多介质过滤器(Multi-Media Filter, MMF)是水处理领域中一种非常常见和重要的预处理设备。它的核心目的是利用多种不同粒径和密度的过滤介质,通过物理截留(筛分、吸附)的方式,去除水中悬浮的固体颗粒、胶体、泥沙、藻类、部分有机物及微生物等杂质,从而降低水的浊度、SDI(淤泥密度指数)值,为后续更精细的处理工艺(如反渗透、离子交换、超滤等)提供合格的进水。
分层过滤:
介质多样性: 多介质过滤器使用至少两种(通常是三种或更多)不同材质、不同粒径、不同密度的滤料。
密度差异: 滤料密度从上到下依次增大(如:无烟煤 < 石英砂 < 石榴石/磁铁矿)。
粒径差异: 滤料粒径从上到下依次减小(如:上层无烟煤最粗,中层石英砂中等,下层石榴石最细)。
排列方式: 最轻、最粗的介质(如无烟煤)铺在最上层,中等密度和粒径的(如石英砂)在中间,最重、最细的(如石榴石、磁铁矿)铺在最底层。
过滤路径: 原水从过滤器顶部进入,自上而下流经滤料层。水流先经过粗粒、低密度的上层滤料(拦截较大的颗粒),再经过中等粒度的中层滤料(拦截中等颗粒),最后经过细粒、高密度的底层滤料(拦截最细小的颗粒)。这种结构实现了“逐层过滤、由粗到精” 的效果。
截留机理: 主要依靠物理作用:
筛分作用: 比滤料孔隙大的颗粒直接被截留在滤料表面。
吸附作用: 颗粒碰撞到滤料表面被吸附(范德华力、静电引力等)。
深层过滤: 更小的颗粒可以进入滤料层内部孔隙,在弯曲的流道中被捕获和截留。
反冲洗:
必要性: 随着运行时间增长,滤料层截留的杂质越来越多,过滤阻力(压差)增大,出水水质下降,此时需要进行反冲洗以恢复滤料层的过滤能力。
过程: 水流方向自下而上。通常使用过滤后的清洁水(有时辅以空气擦洗),以较高的流速反向冲洗滤料层。强大的水流使滤料层膨胀、流化,相互摩擦碰撞,将截留的污物剥离并随反洗水排走。
分层恢复: 反冲洗结束后,由于滤料密度不同,最重的滤料(石榴石/磁铁矿)会最先沉降到底部,然后是石英砂,最后是最轻的无烟煤落在最上层,自动恢复原有的分层结构,无需人工重新铺装。这是多介质过滤器的关键优势之一。
双层滤料: 最常见的是无烟煤(上层) + 石英砂(下层)。
三层滤料: 应用更广泛,效果更好,通常是无烟煤(上层) + 石英砂(中层) + 石榴石 或 磁铁矿(下层)。
多介质过滤器广泛应用于各种需要降低浊度和悬浮物的水处理场景:
工业用水预处理:
锅炉补给水处理(保护离子交换树脂、反渗透膜)。
循环冷却水系统补水处理。
生产工艺用水(如电子、医药、食品饮料、化工等)的预处理。
市政给水处理: 地表水(河水、湖水、水库水)净化处理的重要环节。
中水回用/污水处理: 深度处理单元,用于去除二级生化处理出水中的悬浮物。
海水淡化预处理: 保护后续的反渗透膜。
游泳池水处理: 循环过滤系统的主要设备。
其他: 景观水、农业灌溉水过滤等。
过滤精度较高(相对单介质): 能有效去除更小粒径的悬浮物和胶体,出水浊度低(通常可达1 NTU以下)。
截污容量大: 分层结构使杂质能深入穿透各层滤料,整个滤床的纳污空间得到充分利用,延长了过滤周期,减少反洗频率。
运行稳定可靠: 结构相对简单,操作维护方便。
适用范围广: 可处理各种不同浊度的原水。
自动恢复分层: 反冲洗后能自动按密度重新排列,维持最佳过滤结构。
运行成本相对较低: 主要消耗是反洗水和电耗(泵)。
无法去除溶解性物质: 如盐分、硬度离子、溶解性有机物、病毒等。
需要定期反洗: 反洗会消耗水和能量,并产生废水。
反洗操作要求: 反洗强度(流速、时间)控制不当可能造成滤料流失或冲洗不彻底。
占地面积: 大型过滤器需要一定的安装空间。
滤料磨损与补充: 长期运行后滤料会有一定磨损和流失,需要定期检查和补充。
滤速: 单位时间内通过单位过滤面积的流量(m³/(m²·h) 或 m/h)。根据水质和处理要求选择,通常在8-15 m/h范围内。
滤层厚度: 每层滤料的厚度,直接影响过滤效果和周期。
反洗强度: 单位时间内单位过滤面积所需的反洗水流量(L/(m²·s) 或 m/h)。需根据滤料种类和粒径确定。
反洗时间: 通常持续几分钟到十几分钟,直到反洗排水变清。
空气擦洗(可选): 对于粘附性强的杂质,可在水反洗前或同时通入压缩空气辅助擦洗,提高反洗效果。
运行压差: 滤床前后的压力差,是判断是否需要反洗的重要指标(通常设定上限值如0.5-1 bar)