石英砂過濾器是水處理領域中基礎且核心的預處理設備，主要通過石英砂濾料的物理截留、吸附、沉淀作用，去除水中的懸浮物（SS）、膠體顆粒、泥沙、鐵銹等雜質，降低水的濁度，為后續深度處理（如反滲透、超濾）或直接回用提供合格水質。以下從核心知識點展開分析，涵蓋定義、原理、組件、參數、應用等維度：
一、核心定義與本質
石英砂過濾器（Quartz Sand Filter），又稱砂濾罐，是一種以石英砂為核心濾料的壓力式過濾設備。其本質是利用濾料顆粒間的孔隙，對水流中的固體雜質進行 “篩分”，同時通過濾料表面的微弱吸附作用（如范德華力）截留膠體等微小顆粒，最終實現固液分離。
它的核心優勢是濾料易得、成本低、運行穩定、操作簡單，是市政供水、工業水處理、泳池凈化等場景中不可或缺的預處理單元。
二、工作原理：“過濾 - 反洗” 循環
石英砂過濾器的運行分為兩個核心階段：正常過濾階段和反洗再生階段，兩者交替進行以維持長期過濾效果。
1. 正常過濾階段（核心過程）
- 進水布水：待處理水（原水）在壓力作用下，通過頂部的布水器均勻分布在濾料層表面，避免局部水流過快沖散濾料。
-
分層截留：水流自上而下滲透濾料層（石英砂顆粒由上至下通常呈 “粗→細” 漸變分布，孔隙由大→小）：
- 上層粗濾料：截留大顆粒雜質（如泥沙、鐵銹），防止下層細濾料堵塞；
- 中層濾料：截留中等粒徑的懸浮物；
- 下層細濾料：截留膠體、微小顆粒，進一步降低濁度。
- 出水集水：過濾后的清水通過底部的集水器（如多孔板、濾帽）匯集，從出水口排出，進入后續工藝。
2. 反洗再生階段（關鍵維護）
隨著過濾進行，濾料孔隙會逐漸被雜質堵塞，表現為 “進出口壓差升高”（通常壓差達到 0.05-0.1MPa 時需反洗），此時需通過反洗恢復濾料活性：
- 停止進水：關閉原水進水閥，打開排水閥排出濾罐內部分存水；
- 反洗進水：開啟反洗水泵，使清水自下而上沖刷濾料層（水流速度需足夠大，以 “松動濾料但不沖跑濾料” 為原則）；
- 雜質排出：反洗水流將濾料表面吸附的雜質剝離，并攜帶雜質從頂部的反洗排水口排出；
- 正洗復位：反洗結束后，關閉反洗閥，恢復正常進水方向（自上而下），沖洗濾料層至出水清澈，即可重新進入過濾階段。
注：部分高精度場景會采用 “氣水聯合反洗”（先通壓縮空氣擾動濾料，再通水沖洗），反洗效果更優，可減少反洗用水量。
三、核心組件與選型要點
石英砂過濾器的性能依賴于各組件的匹配，核心組件及選型關鍵如下：
| 組件名稱 | 核心作用 | 常見材質 / 規格 | 選型要點 |
|---|---|---|---|
| 濾罐 | 承載濾料和水流的容器 | 不銹鋼（304/316L）、玻璃鋼（FRP）、碳鋼襯膠 |
- 腐蝕性水質（如海水、化工廢水）選 316L 或 FRP； - 常壓 / 低壓場景選 FRP（重量輕、成本低）； - 高壓場景（>0.6MPa）選不銹鋼或碳鋼襯膠。 |
| 石英砂濾料 | 核心過濾介質 | 天然石英砂（SiO?含量≥98%） |
- 粒徑：通常 0.5-1.2mm（上層粗）、0.3-0.5mm（下層細）； - 不均勻系數（K80）：≤1.8（數值越小，濾料越均勻，過濾效果越好）； - 硬度：莫氏硬度 7（耐磨，不易破碎）。 |
| 布水 / 集水器 | 均勻分配 / 收集水流 |
布水器：多孔管、花籃式； 集水器：濾帽、多孔板 |
- 需保證 “布水均勻”，避免局部濾料過載； - 集水器需 “防漏砂”，濾帽縫隙需小于最小濾料粒徑。 |
| 反洗系統 | 恢復濾料活性 | 反洗水泵、氣動 / 電動閥門、流量計 |
- 反洗強度：水洗通常 10-15L/(m²?s)，氣水反洗氣強度 15-25L/(m²?s)； - 反洗時間：5-10 分鐘（以反洗排水清澈為準）。 |
| 控制系統 | 自動化運行與監控 | 手動閥門、PLC 控制柜（自動） |
- 簡易場景選手動（人工監控壓差）； - 連續運行場景選自動（PLC 根據壓差 / 時間自動觸發反洗）。 |
四、關鍵技術參數（選型核心依據）
技術參數直接決定過濾器的處理能力和適配性，選型時需重點關注以下指標：
| 參數名稱 | 定義 | 常規范圍 | 影響說明 |
|---|---|---|---|
| 處理量 | 單位時間內可處理的水量 | 0.5-500 m³/h（按需定制） | 需匹配前端原水流量，避免過載導致過濾效果下降。 |
| 過濾速度 | 水流通過濾料層的速度 | 5-12 m/h |
- 速度過快：雜質易穿透濾料，出水濁度超標； - 速度過慢：處理效率低，設備體積過大。 |
| 工作壓力 | 過濾器運行時的額定壓力 | 0.2-0.6 MPa | 需與系統管網壓力匹配，避免超壓泄漏或壓力不足導致流量不夠。 |
| 濾料層高度 | 石英砂濾料的填充高度 | 600-1200 mm |
高度過低：截留雜質容量小，反洗頻繁； 高度過高：水頭損失大（能耗增加）。 |
| 進出口濁度 | 進水 / 出水的濁度指標（NTU） | 進水≤50 NTU；出水≤5 NTU | 出水濁度需滿足后續工藝要求（如反滲透預處理需≤1 NTU）。 |
| 反洗耗水量 | 反洗一次消耗的水量占總處理量的比例 | 3%-5% | 是運行成本的一部分，氣水反洗可降低耗水量。 |
五、典型應用場景
石英砂過濾器因適配性強，廣泛應用于多個領域的預處理或直接過濾：
- 市政供水：自來水廠的 “沉淀后過濾”，去除沉淀池未沉降的膠體和懸浮物，降低出廠水濁度；
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工業水處理：
- 反滲透（RO）/ 超濾（UF）預處理：去除大顆粒雜質，防止膜組件堵塞、劃傷；
- 循環冷卻水旁濾：去除循環水中的泥沙、微生物黏泥，減少管道和換熱器結垢；
- 泳池 / 景觀水：去除泳池水中的毛發、皮膚碎屑、藻類，保證水質清澈；
- 污水處理：市政 / 工業污水二級處理（生化池）后的深度過濾，降低出水 SS，滿足回用或排放標準；
- 食品飲料 / 制藥：工藝用水預處理，去除水中雜質，避免影響產品質量（如飲料澄清度、藥品純度）。
六、優缺點分析
優點：
- 成本低：石英砂濾料價格低廉、易采購，設備制造成本低于膜過濾設備；
- 操作簡單：手動 / 自動均可，日常維護僅需定期反洗和更換濾料；
- 適應性強：可處理不同濁度的原水（5-50 NTU），且對水溫、pH 值（6-9）適應性廣；
- 處理穩定：出水濁度可穩定控制在 5 NTU 以下，滿足多數預處理需求。
缺點：
- 僅去懸浮物：無法去除水中的溶解性污染物（如離子、有機物、重金屬），需配合活性炭、反滲透等設備；
- 反洗耗水：每次反洗需消耗 3%-5% 的處理水量，長期運行有一定水耗；
- 濾料需更換：濾料使用 1-3 年后會磨損、板結，需定期更換（更換周期取決于進水水質）；
- 占地較大：相比膜過濾器，同等處理量下石英砂過濾器體積更大，需預留更多安裝空間。
七、總結
石英砂過濾器是水處理系統中的 “基礎防線”，其核心價值在于以低成本、高穩定性去除懸浮物，保護后續高精度設備或直接改善水質。選型時需結合進水水質（濁度、SS）、處理量、出水要求及運行成本，合理匹配濾罐材質、濾料規格和反洗方式；日常運行中需重點監控進出口壓差，及時反洗，以維持長期過濾效果。
若需進一步優化處理效果（如同時去除有機物），可將石英砂過濾器與活性炭過濾器、保安過濾器等組合使用，形成更完善的預處理系統。
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