多介质过滤器的接触絮凝原理有哪些？-源澈

多介质过滤器的接触絮凝原理有哪些？

发布时间：2025-07-29 浏览量：0次来源：利菲尔特

多介质过滤器的接触絮凝是其去除水中细小胶体颗粒和悬浮杂质的核心机制之一，本质是通过滤料表面与污染物颗粒的物理化学作用，使微小颗粒聚集形成可被滤层截留的大颗粒，从而提升过滤效率。其原理可从颗粒与滤料的相互作用、絮凝过程的物理化学驱动力及滤层结构对絮凝的强化作用三个层面详细解析：

一、接触絮凝的核心过程：从 “微小颗粒” 到 “可截留颗粒”

水中的胶体颗粒（如黏土颗粒、细菌、有机物胶体等）通常粒径极小（0.001-1μm），远小于滤料间隙（常规滤料间隙约 0.1-1mm），若仅靠物理筛分无法被截留。接触絮凝通过以下步骤实现去除：

颗粒迁移至滤料表面：水流流经滤料层时，胶体颗粒因布朗运动（微小颗粒的无规则热运动）、水流对流（滤料周围流线弯曲导致颗粒偏离原轨迹）或重力沉降（较大胶体的缓慢下沉），逐渐靠近滤料表面。

颗粒与滤料表面的吸附结合：当颗粒与滤料表面距离足够近（通常＜10nm）时，两者通过分子间作用力、静电引力或化学键合形成稳定吸附，完成 “接触” 过程。

颗粒聚集形成大絮体：已吸附在滤料表面的颗粒会成为新的 “吸附核心”，继续吸附后续流经的胶体颗粒，逐渐聚集成粒径＞10μm 的大絮体，最终因无法通过滤料间隙而被截留。

二、驱动接触絮凝的物理化学作用力

接触絮凝的核心是颗粒与滤料表面的 “吸附结合”，其驱动力来自以下几种作用力，这些力共同决定了絮凝效果的强弱：

范德华力（分子间引力）

所有物质分子间均存在的吸引力，其大小与颗粒和滤料的分子结构、间距相关。对于水中的胶体颗粒（如黏土）和滤料（如石英砂、无烟煤），范德华力通常表现为吸引力，且随颗粒与滤料表面距离的减小而显著增强（距离缩小至原来的 1/2，力增大至 8 倍），是推动颗粒吸附的基础力。

静电作用力

水中胶体颗粒和滤料表面通常带有电荷（如黏土颗粒因吸附水中离子带负电，石英砂表面因硅羟基解离也带负电）：

若两者电荷相反（如滤料经改性带正电，胶体带负电），静电引力会显著促进吸附；

若两者电荷相同（如均带负电），会产生静电斥力，阻碍吸附。此时需通过调节原水 pH（如降低 pH 使颗粒表面电荷中和）或投加絮凝剂（如聚合氯化铝，其水解产物带正电），抵消斥力以增强吸附。

氢键作用

当滤料表面或颗粒表面存在羟基（-OH）、氨基（-NH₂）等极性基团时（如活性炭滤料、有机物胶体），会与水分子或其他极性分子形成氢键（一种特殊的分子间作用力），进一步强化颗粒与滤料的结合稳定性。例如，活性炭滤料对水中有机胶体的吸附中，氢键作用是重要驱动力之一。

化学键合力

在特定条件下（如滤料为锰砂、活性炭等），颗粒与滤料表面可能发生化学反应，形成化学键（如共价键、离子键）。例如，锰砂（含 MnO₂）去除铁胶体时，Fe²⁺被氧化为 Fe (OH)₃胶体后，会与 MnO₂表面形成化学吸附键，这种结合力远强于物理吸附，对特定污染物的去除效率更高。

三、多介质滤层对接触絮凝的强化作用

多介质过滤器的分层级配结构（如上层无烟煤、中层石英砂、下层卵石）对接触絮凝有显著强化效果，相比单介质过滤器，其优势体现在：

滤料粒径梯度优化吸附效率

上层滤料（如无烟煤，粒径 0.8-1.8mm）粒径较大、孔隙率高，水流速度相对缓慢，为胶体颗粒的迁移和吸附提供了充足时间；下层滤料（如石英砂，粒径 0.5-1.2mm）粒径较小，可截留上层未完全絮凝的细小颗粒，形成 “多级吸附 - 絮凝” 的协同效应。

滤料密度差异减少反洗对絮凝层的破坏

多介质滤料按密度分层（无烟煤密度 1.4-1.6g/cm³，石英砂 2.6-2.7g/cm³），反洗时滤料层按密度自然分层复位，避免滤料混合导致的孔隙率紊乱，保证每次过滤时滤料表面的 “吸附位点” 分布稳定，维持絮凝效果的一致性。

滤料种类多样化增强针对性吸附

通过选择不同材质的滤料，可强化对特定污染物的接触絮凝作用：

活性炭滤料：表面多孔且富含极性基团，对有机胶体（如腐殖酸）的氢键吸附能力强；

锰砂滤料：表面的 MnO₂可通过氧化 - 吸附作用强化对铁、锰胶体的絮凝；

无烟煤滤料：表面相对粗糙，比表面积大（约 0.5-1m²/g），提供更多吸附位点，适合拦截有机胶体。

四、影响接触絮凝效果的关键因素

接触絮凝的效率并非固定不变，受以下因素影响显著，实际应用中需针对性调节：

原水水质参数

浊度：原水浊度过低（＜5NTU）时，胶体颗粒浓度低，碰撞概率小，絮凝效果差，可投加少量絮凝剂（如 PAC）增加颗粒浓度；

pH 值：影响颗粒和滤料的表面电荷（如 pH 降低，石英砂表面负电荷减少，静电斥力减弱），需根据滤料类型调整（如石英砂滤料通常控制 pH 6-8）；

水温：水温降低会减缓布朗运动和化学反应速率，絮凝效果下降，低温时需降低滤速以延长接触时间。

滤料特性

比表面积：滤料比表面积越大（如活性炭＞无烟煤＞石英砂），吸附位点越多，絮凝效果越强；

表面粗糙度：表面越粗糙（如无烟煤＞石英砂），水流扰动越强，颗粒与滤料的碰撞概率越高，絮凝效果越好；

表面电荷：通过改性（如对石英砂进行胺基化处理使其带正电）可增强对负电胶体的吸附。

运行参数

滤速：滤速过高（＞15m/h）会缩短颗粒与滤料的接触时间，且水流剪切力可能破坏已形成的絮体；滤速过低（＜5m/h）则效率低下，通常控制在 8-12m/h 为宜；

反洗效果：反洗不彻底会导致滤料表面残留过多污染物，堵塞吸附位点，降低絮凝能力；反洗强度过大则可能剥离滤料表面的 “活性吸附层”，需通过试验确定最佳反洗参数（如气水反洗时气速 15L/m²・s，水洗速 18m/h）。

总结：多介质过滤器的接触絮凝是物理迁移、表面吸附、颗粒聚集的协同过程，其核心驱动力为范德华力、静电引力等物理化学作用，而分层滤料结构通过优化吸附条件进一步强化了絮凝效果。这一机制使其能有效去除常规筛分无法截留的细小胶体颗粒，成为多介质过滤器高效截污的关键保障。

返回上级

0373-3389677