多介质过滤器是利用一种或几种过滤介质，如石英砂、无烟煤、锰砂等，在一定的压力下把浊度较高的原水通过一定厚度的粒状或非粒状滤料，降低水的浊度，截留水中的悬浮物、胶质颗粒，特别是能有效地去除沉淀技术不能去除的微小粒子等，使原水得到净化。

多介质过滤器是常用的水质深度净化装置，广泛应用于除浊、反渗透以及离子交换软化除盐水处理系统的前级预处理，也用于地表水、地下水除泥沙及作水质要求不高的工业用水的粗过滤设备。

滤罐材质采用玻璃钢、Q235钢防腐或衬胶以及不锈钢。

多介质过滤器的操作方式有全自动和手动两种，自动控制是采用自动控制器及气动阀和液动阀控制，操作简便，易于维护保养。

（一）多介质过滤器的构造

多介质过滤器如图14-1所示。

多介质过滤器也叫机械过滤器，主要由过滤器体、配套管线和阀门构成，其中过滤器体又包括筒体、布水器、支撑组件、反洗气管、滤料、排气阀（外置）等。多介质过滤器构造，如表14-1所示。

图14-1 多介质过滤器

表14-1 多介质过滤器构造

（续）

（二）多介质过滤器的滤料

多介质过滤器的滤料有石英砂、无烟煤、锰砂等。

1.石英砂滤料

（1）石英砂的性质。石英砂如图14-2所示。

1）由石英粒组成的未胶结的碎岩石称为石英砂。石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO₂，有光泽，呈玻璃状，有时呈脂肪状，质地纯粹者为无色，含杂质者有红色、黄色、蓝色、黑色、褐色、紫色或绿色，根据含杂质的量从透明至不透明，性脆无解理，断口呈壳状或参差状，莫氏硬度为7，密度为2.65g/cm³，堆积密度1～20目为1.6g/cm³、20～200目为1.5g/cm³，不溶于水、硫酸、盐酸和硝酸，微溶于KOH溶液，熔点为1750℃，其化学、热学和力学性能具有明显的异向性。

图14-2 石英砂

2）石英晶体呈六方柱状，柱面具有横纹；有左晶和右晶的区别，双晶很普遍；通常呈晶簇或粒状、块状集合体。石英晶体具有双折射及旋转偏光面的光学性能，具有压电效应。石英片的振荡频率有高度的稳定性，利用石英片的振荡能辐射出超声波。

3）石英有透过超紫外线的能力，不导电。石英在均匀加热或冷却时发生均质性的变形，在转变到另一多形变体前仍保持着自己的对称性。

（2）石英砂滤料的生产及用途。石英砂滤料采用天然优质石英矿为原料，经机械破碎、滚动压碾、水洗筛选、烘干筛分、振动分级等一系列生产工艺生产，具有滤速快，过滤效果好、出水水质稳定、不堵塞、不结块、比海砂使用周期长1～2周期的特点。石英砂滤料同无烟煤滤料配合，是我国目前推广的双层快速滤池、介质过滤器的常见形式。石英砂滤料在提高滤速、增加单位面积出水量、提高截污能力、降低工程造价和减少占地面积方面卓有成效。它用途广泛，使用范围大，精制石英砂滤料适用于生活饮用水过滤和其他水质净化处理，也适用于石油、化工、矿山、冶金、热电、造纸、印染、制革、食品等行业生产用水的前期处理和循环水处理。

（3）石英砂滤料的要求

1）精制石英砂滤料理化性能分析（以0.5～1.2为例）。精制石英砂滤料理化性能如表14-2所示。

表14-2 精制石英砂滤料理化性能

2）石英砂滤料应为坚硬、耐用、密实的颗粒。在加工和过滤、冲洗过程中应能耐蚀，其含硅物质（以SiO₂计）不应小于85%。

3）石英砂滤料中不应含可见的泥土、粉屑、云母或有机杂质。

4）在石英砂滤料中，密度小于2g/cm³的轻物质不应大于0.2%（百分比按重量计，下同）。

（4）承托料。石英砂滤料和其他滤料及承托料的比较如表14-3所示。

表14-3 石英砂滤料和其他滤料及承托料的比较

注：磁铁矿滤料和承托料的密度一般为4.4～5.2g/cm³。

1）砾石承托料。

①砾石承托料为滤池中承托滤料的砾石。砾石承托料应有足够的强度和硬度，在加工和过滤、冲洗过程中应能耐蚀。

②砾石承托料中不应含可见的泥土、页岩或有机杂质。

③砾石承托料中明显扁平、细长（长度超过5倍厚度）的颗粒不应大于2%。

④砾石承托料粒径范围一般为2～4mm、4～8mm、8～16mm、16～32mm和32～64mm。

2）高密度矿石承托料。

①高密度矿石承托料为滤池中承托滤料的高密度矿石颗粒，应为磁铁矿、石榴石或钛铁矿较粗颗粒，并应有足够的强度和硬度，在加工和过滤、冲洗过程中应能耐蚀。

②高密度矿石承托料中不应含可见的页岩、泥土或有机杂质。

③高密度矿石承托料中明显扁平、细长（长度超过5倍厚度）的颗粒不应大于2%。

④高密度矿石承托料粒径范围一般为0.5～1mm、1～2mm、2～4mm和4～8mm。

⑤机械强度、破碎率和磨损率之和不应大于1.5%。

⑥化学性质稳定，不含可见泥土、云母或有机杂质，滤料的水浸出液中不含有毒、有害物质。

3）石英砾石承托料。

①石英砂的密度不应小于2.55g/cm³（使用中对密度有特殊要求者除外）。

②含泥量不应大于1%，密度小于2g/cm³的轻物质的含量不应大于0.2%（部颁标准）。

③粒径级配合理，外观呈多棱角独白有光泽的晶体。单层或双层滤料的粒径范围一般为0.5～1.2mm，三层滤料的粒径范围一般为0.5～0.8mm。

④粒径范围小于指定下限粒径的按重量计不大于3%，大于指定上限粒径的不大于2%。

⑤石英砾石承托层的粒径范围一般为2～4mm、4～8mm、8～16mm、16～32mm和32～64mm（部颁标准）。

（5）石英砂其他应用领域

1）石英砂是重要的工业矿物原料，非化学危险品，广泛用于玻璃、铸造、陶瓷、耐火材料、冶炼硅铁、冶金熔剂、建筑、化工、塑料、橡胶、磨料等工业。

2）石英砂所具有的独特的物理、化学特性，使其在航空、航天、电子、机械以及当今飞速发展的IT产业中占有举足轻重的地位。特别是其内在分子链结构、晶体形状和晶格变化规律，使其具有耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀等特点，并有压电效应、谐振效应以及独特的光学特性，在许多高科技产品中发挥着越来越重要的作用。二氧化硅作为硅原料的核心原料，在硅原料的生产与供应中起着不可替代的重要基础作用，如IT行业的核心技术产品——计算机芯片、光导纤维，电子产业的谐振器、新型电光源，无电线工业中的频率稳定器、石英滤波器等，就是利用石英晶体的压电效应、谐振效应等特性制作而成的。

3）石英石在建筑中利用其有很强的耐酸性介质浸蚀的能力，用来制取耐酸混凝土及耐酸砂浆。石英石还用作混凝土、胶凝材料、筑路材料、人造大理石、水泥物理性能检验材料、硅化合物和水玻璃等的原料，硫酸塔的填充物，无定形二氧化硅微粉、铸造型砂的主要原料，以及研磨材料（喷砂、硬研磨纸、砂纸、砂布等）、高纯度金属硅、通信用光纤、橡胶、塑料填料（可提高耐磨性）、涂料填料（可提高涂料的耐候性）等。

4）结晶和形状美丽的石英石可制作眼镜及贵重的工艺品，还可制作各种透镜、反射器、光谱管、导光管和光学仪器中的棱镜、偏光镜等。

5）在化学工业中，石英可用于制作耐酸耐温仪器和器皿。

6）国内的石英砂有一大部分用在石英制品行业，中国硅工业的集中地——江苏东海，素有“石英之乡”、“水晶之乡”的美称。东海有一些实力雄厚的石英管和石英棒生产厂家，如连云港东鑫石英制品有限公司，该公司有着过硬的生产石英管的技术和规模，是专业生产彩色石英管的厂家，也是亚洲第一个研发出彩色石英管的厂家，产品有红色石英管、黄色石英管、灰色石英管、黑色石英管、蓝色石英管等，还生产滤紫外石英管、透明石英管、石英棒等石英制品。

石英砂的常用规格有：0.5～1.0mm、0.6～1.2mm、1～2mm、2～4mm、4～8mm、8～16mm、16～32mm。

（6）石英分类

1）石英矿通常分为石英、鳞石英、白矽石三大类。

2）石英包括三方晶系的低温石英（α-石英）和六方晶系的高温石英（β-石英），一般所说石英均指低温石英。

3）石英作为工业原料，依其质量和用途分为压电石英、光学石英、熔炼石英和琢磨石英四大类。

4）石英砂在工业上常分为普通石英砂、精制石英砂、高纯石英砂、熔融石英砂及硅微粉等。

①普通石英砂。w（SiO₂）=90%～99%，w（Fe₂O₃）=0.02%～0.06%，耐火度为1750℃，外观呈大颗粒，表面有黄皮包囊，粒度范围为5～220目，可按用户要求粒度生产，主要用于冶金、墨碳化硅、玻璃及玻璃制品、搪瓷、铸钢、水过滤、泡花碱、化工、喷砂等行业。

②精制石英砂由精选优质矿石进行复杂加工制成，外观呈白色或结晶状，主要用于玻璃制品、耐火材料、熔炼石类、精密铸造、砂轮磨材等行业。精制石英砂规格如表14-4所示。

表14-4 精制石英砂规格

(www.daowen.com)

③高纯石英砂。w（SiO₂）=99.5%～99.9%，w（Fe₂O₃）≤0.005%，是采用1～3级天然水晶石和优质天然石类，经过精心挑选，精细加工而成的，粒度范围为1～0.5mm、0.5～0.1mm、0.1～0.01mm和0.01～0.005mm，可按用户要求生产。

④熔融石英砂。w（SiO₂）=99.9%～99.95%，w（Fe₂O₃）=（5～25）×10^-4%，w（Li₂O）=（1～2）×10^-4%，w（Al₂O₃）=（20～30）×10^-4%，w（K₂O）=（20～25）×10⁴%，w（Na₂O）=（10～20）×10^-4%。

外观为无色透明块状、颗粒或白色粉末，相对密度为2.21，莫氏硬度为7.0，pH值为6.0。

⑤硅微粉为灰色或灰白色粉末，耐火度大于1600℃，密度为200～250kg/m³。硅微粉的化学成份如表14-5所示。

表14-5 硅微粉的化学成份

2.无烟煤滤料 无烟煤滤料如图14-3所示。

无烟煤俗称白煤或红煤，一般含碳量在90%以上，挥发物质量分数在10%以下，是煤化程度最大的煤；灰分不多，水分较少，发热量很高，挥发分产率低，密度大，黑色坚硬，有金属光泽，以脂摩擦不致染污，断口成介壳状，燃点高，燃烧时火焰短而少烟，火焰呈青蓝色，挥发分释出温度较高，其焦炭没有黏着性，着火和燃尽均比较困难，无胶质层厚度，热值约（3.35～3.56）×10⁷J/（kg·K）。

图14-3 无烟煤滤料

煤样在规定条件下隔绝空气加热，煤中的有机物质受热分解出一部分相对分子质量较小的液态（此时为蒸汽状态）和气态产物，这些产物称为挥发物。挥发物占煤样质量的百分数称为挥发分产率或简称挥发分。以干燥无灰基为分析基，挥发分低于10%的煤称为无烟煤，挥发分大于6.5%小于10%的无烟煤称为03号无烟煤。03号无烟煤为年轻无烟煤，01号无烟煤为年老无烟煤，02号无烟煤为典型无烟煤。

中国无烟煤预测储量为4740亿t，占全国煤炭总资源量的10%，年产2亿t。其中，山西省占32%，河南省占18%，贵州省占11%。中国有六大无烟煤基地：北京京煤集团、晋城煤业集团、焦作煤业集团、河南永城矿区、神华宁煤集团、阳泉煤业集团。

无烟块煤主要应用在化肥（氮肥、合成氨）、陶瓷、锻造等行业；无烟粉煤主要应用在冶金行业，用于高炉喷吹（高炉喷吹用煤除无烟煤外，还有贫煤、瘦煤和气煤）。

无烟煤可用作水处理行业过滤用滤料。无烟煤滤料是采用优质无烟煤为原料，经精选、碎、粉、筛等工艺加工而成的，经过过滤和冲洗，采用人工分类，以减少无关矿物质和灰分的含量，确保其适合水过滤之用。无烟煤滤料外观光泽度好，呈多棱形颗粒状，抗压耐磨性强，具有良好的比表面积。

无烟煤滤料由于具有较好的固体颗粒保持能力，因此能够可靠地提高悬浮颗粒清除能力。此外，无烟煤滤料均匀系数较低，有助于加快流速。无烟煤滤料一般用于双层和三层过滤。建设部标准《水处理用滤料》（CJ/T43—2005）对各项指标均做了规定。无烟煤滤料理化指标如表14-6所示。

表14-6 无烟煤滤料理化指标

注：1.无烟煤滤料应为坚硬、耐用的无烟煤颗粒。

2.无烟煤滤料不应含可见的页岩、泥土或碎片杂质。

3.无烟煤滤料中，密度大于1.8g/cm³的重物质不应大于8%。

4.其他重金属含量不超过国家饮用水标准。

无烟煤滤料包装及储存：50kg袋装，使用塑料编织袋，产品应存放在室内干燥处。

3.滤料其他要求

（1）滤料必须有足够的机械强度，以免在反冲洗过程中很快地磨损和破碎。

（2）滤料的化学稳定性要好。

（3）滤料不应含有对人体健康有害及有毒的物质，不应含有对生产有害、影响生产的物质。

（4）滤料的选择，应尽量采用吸附能力和截污能力大、产水量高、出水水质好的滤料。其中的卵石主要起支撑作用，在过滤工艺过程中，因其强度高，相互之间的间距缝隙稳定，即孔隙大，便于正洗工序中滤后水顺利通过；反之，便于反洗工序中反洗水和反洗空气等顺利通过。常规配置中，卵石分为四种规格。

4.多介质过滤器滤料铺装方法

（1）准备

1）在滤罐（池）铺装承托料和滤料以前，应先清除滤罐（池）内一切部位的全部杂物，并清洗干净；应先检查配水配气的管系是否水平、孔眼或缝隙是否畅通无阻，再按设计冲洗方法用水或气水冲洗，观察冲洗时配水配气系统的水或气水分布是否均匀和有无渗漏。

2）在滤池内壁按承托料和滤料的各层设计顶高画水平线，作为铺装高度标记。

3）分别清洗各种粒径范围的承托料。

（2）铺装

1）先大后小。

2）滤床高度和滤料平均粒径的比值：800～1000（设计规范）。

3）滤料的粒径大小和过滤精度有关。

4）铺装承托料时，应避免损坏滤罐（池）的配水配气系统。应均匀轻撒承托料，严禁由高向低把承托料倾倒至配水配气系统或下一层承托料之上。铺装人员不应直接在承托料上站立或行走，而应站在平板上操作，以免造成承托料的移动。

5）使滤罐（池）充水并使水面符合罐（池）内壁水平线，以校核铺装的承托层顶高。承托层顶面与水面的高度差值应小于10mm，承托层顶面高于与低于水面的面积之和应小于10%。

6）在下层承托料顶面符合要求后，再开始铺装上一层承托料。铺完粒径等于或小于4mm的承托层后，应用该滤池的设计上限冲洗强度进行冲洗。开始冲洗时必须使用小冲洗强度，以便排除配水系统中的空气，空气排完后，再逐渐提高冲洗强度。达到设计上限冲洗强度以前的历时不应少于3min。冲洗水中夹带大气泡时，极易搅乱分级的承托料。停止冲洗前应先逐渐降低冲洗强度。排水后，细心刮除该层承托料表面的轻物质和细颗粒。

7）承托料全部分层铺装完成后，使滤罐（池）充水至洗砂排水槽以下。由槽顶向水中撒入预计数量的滤料（包括应刮除的轻细杂物）。应尽量使撒入的滤料均布全罐（池），不应形成滤料丘。排水后，先将滤料整理平再进行冲洗；冲洗后，刮除轻细杂物。按上述方法操作后，如滤料层顶面未达到设计顶高水平线要求，应重复上述撒料、整平、冲洗、刮除操作，直到滤料符合要求为止。如果是双层或三层滤料滤罐（池），则应在下层滤料完成上述四步操作并且该层滤料顶面达到水平线后，再铺装一层滤料。无烟煤滤料装入滤罐（池）后，应在水中浸泡24h以后，方可进行冲洗和刮除操作。

8）对于大厚度的单一滤料滤床，一次铺装滤料厚度不应超过0.9m。在下部0.9m厚滤料完成上述四步操作后，再进行上部滤料的四步操作。

9）刮除：刮除步骤应进行几次，以便去除全部轻细杂物。刮除工具可用灰刀、平锹等。两次刮除步骤之间，一般冲洗1～3次，每次冲洗历时不应少于5min。

（三）多介质过滤器反冲洗工艺

在过滤过程中，过滤器使用一定时间后，原水中的悬浮物被滤料表面吸附并不断地在滤料层中积累，滤料表层截留或吸附一定数量的杂物或污渍，滤层孔隙逐渐被污物堵塞，进水和出水管道的压力差增大，过滤水头损失不断增加，水流对吸附在滤料表面的污物的剪切力变大，其中有些颗粒在水流的冲击下移到下层滤料中去，最终会使水中的悬浮物含量不断上升、水质变差、过滤器的流量降低。另外，污水的悬浮物中含有大量有机物，长期滞留在滤层中会发生厌氧腐败现象。因此要进行反洗，使过滤器恢复性能。

1.反冲洗原理 水流逆向通过滤料层，使滤层膨胀、悬浮，借水流剪切力和颗粒碰撞摩擦力的作用清洗滤料表层，并将滤层内的污物冲洗出。

2.膨胀高度 反冲洗时，为了保证滤料颗粒有足够的间隙使污物迅速随水排出滤层，滤层膨胀率应大一些。但膨胀率过大时，单位体积中滤料的颗粒数变少，颗粒碰撞的机会也减少，所以对清洗不利。双层滤料膨胀率一般为40%～50%。

3.空气辅助清洗

（1）先用空气冲洗，然后用水反冲洗。首先将滤池水位降至滤层表面以上100mm处，通入空气数分钟，然后用水反冲洗，适用于表面污染重而内部污染轻的滤池。

（2）空气和水同时反冲洗。从静止滤层下部送入空气，在砂层内合并成的大气泡一面反复分散，一面上升，滤层反冲洗时呈悬浮状态，气泡直径大，清洗效果好。

（3）在气-水联合冲洗结束后，停止送入反洗空气，反洗水以同样的流量继续冲洗3～5min，即可去除遗留在滤床中的气泡。

4.反冲洗注意事项

（1）在生产运行中，对滤料的填充高度、膨胀高度等定期进行检查，因为正常反洗过程中，会有部分滤料跑失或磨损，需要进行补充。在反洗过程中，通入的反洗空气汇集于过滤器的顶部，大部分应通过双孔排气阀排出。日常生产中，需经常检查排气阀的通畅性，主要表征在阀球升降的自由度上。

（2）相应的阀门关闭必须到位，否则水位降到很低时，滤层的上部没有水的浸润，在颗粒的上下扰动过程中，污物不能有效排出，反而会往深处移动。

（3）水的反洗压力和空气的反洗压力不同、强度不同、工作的先后顺序中，避免反洗水进入空气管道。

5.过滤器滤帽的特点

（1）反洗采用气垫层冲洗，能够提高冲洗效果、降低运行成本、延长滤料的使用寿命。

（2）设备下部采用滤帽收水，能够解决由于设备压力变化而引起滤料跑失的问题，同时减少过滤器底部承托层的高度和数量，减轻设备的运行重量。

（3）反洗流程中，滤帽结构特点的体现：初期，当气垫层达到一定厚度时，气由杆上的孔和槽少量进入水中，连同水由弱到强一起对滤料进行气-水联合冲洗；当气垫层达到设计厚度（通常要求600mm）时，气体将由滤帽杆的下部口进入，通过滤帽均匀分布，滤料在气体的推动下进行膨胀，高强度的相互摩擦，进而实现高强度的气体与水混合冲洗滤料的目的。

（四）滤料“板结”原因的分析

（1）如果反洗空气的分布不均匀，膨胀高度发生变化，则搓动量小的地方，截留在滤层上表层的污物不能有效地去除，在投入下一正常滤水周期后，局部负荷增大，会从表面沉入内部，球团逐渐增大，并同时向过滤器的填充深度内延伸，形成“板结”，直至整个过滤器失效。实际运行中，反洗空气不均匀的现象经常出现，其原因是底部布气管道穿孔、局部滤帽堵塞或损坏或栅管变形。

（2）滤层的表面滤料颗粒细小，反冲洗时相互碰撞机会少、动量小，所以不易清洗干净。附着的砂粒易结成小泥球。当反冲洗后滤层重新级配时，泥球就随之长大而不断向深处移动。

（3）原水中所包含的油污被截留在过滤器内，经反洗后的残余部分日积月累，是导致过滤器滤料板结的主要因素。

何时进行反洗可根据原水的水质特点和出水水质要求，采用限定水头损失、出水水质或过滤时间等标准来确定。

（五）多介质过滤器技术参数

多介质过滤器技术参数如表14-7所示。

表14-7 多介质过滤器技术参数