多介质过滤系统技术方案

一、方案总则

1.1 方案目的

本方案针对工业/市政水处理预处理需求，设计一套高效、稳定、节能的多介质过滤系统，核心用于去除原水中的悬浮物、胶体颗粒、部分有机物及浊度，将出水水质控制在后续工艺（RO/UF膜分离、循环水补水、达标排放等）要求范围内，保障后续系统安全稳定运行，降低运维成本，实现水资源高效利用。

1.2 适用范围

本方案适用于以下场景的水处理预处理工程，包括但不限于：

- RO/UF膜系统前置预处理，降低进水浊度、SDI值，保护膜组件免受污染堵塞；

- 工业循环冷却水旁滤处理，去除循环水中的悬浮物、腐蚀产物，延长换热设备使用寿命；

- 市政自来水、地表水（河水、湖水）深度预处理，改善出水水质，满足生活或生产用水要求；

- 工业废水回用预处理，去除废水中的悬浮物、胶体，提升废水可回用性；

- 高浊度原水（浊度10-500 NTU）预处理，降低后续处理单元负荷。

1.3 设计依据与标准

本方案设计严格遵循国家及行业相关标准、规范，确保系统设计科学、合规、可靠，主要依据如下：

- 《室外给水设计标准》（GB 50013-2018）；

- 《水处理设备制造技术条件》（JB/T 2932-2019）；

- 《压力容器安全技术监察规程》（TSG 21-2016）；

- 《工业用水处理设备通用技术条件》（GB/T 18300-2011）；

- 客户提供的原水水质报告、处理流量及出水水质要求；

- 相关行业工程实践经验及设备运行参数优化数据。

1.4 设计原则

1. 实用性：结合原水水质及处理需求，选用成熟、可靠的工艺及设备，确保系统运行稳定，出水达标；

2. 高效节能：优化滤料级配、运行参数及反洗系统，提升过滤效率，降低水耗、电耗，减少运维成本；

3. 经济性：在满足处理要求的前提下，优化设备选型、管路布置，控制投资成本，兼顾短期投资与长期运维效益；

4. 安全性：设备材质、压力等级、安装工艺符合安全规范，设置完善的监测、防护及应急措施，杜绝安全隐患；

5. 可扩展性：系统设计预留一定余量，便于后续根据处理需求扩容、升级，适配水质及流量的波动变化；

6. 易运维：设备结构简洁，操作便捷，监测仪表齐全，便于日常巡检、维护及故障处理。

二、原水水质与处理目标

2.1 原水水质参数（参考典型工况，可按客户实际水质调整）

水质指标

数值范围

备注

浊度（NTU）

10-500

地表水/工业废水典型范围

悬浮物（SS，mg/L）

20-200

主要去除污染物

pH值

6.5-8.5

中性至弱碱性，适配常规滤料

水温（℃）

5-35

常温运行，超出范围需调整滤速

SDI值（污染指数）

8-15

RO预处理需重点控制指标

腐蚀性

弱腐蚀/无腐蚀

特殊水质需优化罐体材质

2.2 处理目标（按后续工艺要求定制，可调整）

处理场景

浊度（NTU）

悬浮物（SS，mg/L）

SDI值

其他要求

RO/UF膜预处理

≤0.5

≤5

≤3

无明显胶体、大颗粒杂质

循环水旁滤

≤5

≤10

无要求

去除腐蚀、结垢产物

市政/生产供水

≤1.0

≤10

无要求

出水清澈，无异味、无可见杂质

废水回用预处理

≤1.0

≤10

≤5

适配后续深度处理工艺

三、系统工艺设计

3.1 工艺流程图

本系统采用“前置预处理→多介质过滤→后置保障→出水”的工艺流程，核心为多介质过滤单元，搭配完善的反洗系统，确保过滤效果稳定，具体流程如下：

原水→旋流除砂器（可选，高浊度原水）→混凝反应池（可选，高SS原水）→精密过滤器（50μm，前置保护）→多介质过滤器（核心单元）→出水水箱→后续工艺（RO/UF/循环水/供水）

反洗流程：反洗水箱→反洗水泵→多介质过滤器→反洗排水→污水处理单元（或回用）

气洗流程（气水联合反洗）：罗茨风机→多介质过滤器→反洗排水→污水处理单元（或回用）

3.2 工艺说明

3.2.1 前置预处理单元

根据原水水质优化配置，核心作用是降低多介质过滤器负荷，避免滤料快速堵塞、磨损，延长过滤周期：

- 旋流除砂器：针对浊度≥100 NTU、含砂量较高的原水，去除粒径≥50μm的砂粒、大颗粒悬浮物，减少滤料磨损，可选配；

- 混凝反应池：针对SS≥100 mg/L、胶体含量高的原水，投加PAC、PAM等混凝剂，使胶体、细小悬浮物凝聚成大絮体，便于后续过滤去除，可选配；

- 精密过滤器（50μm）：标配单元，去除原水中残留的细小悬浮物、絮体，防止其进入多介质过滤器堵塞滤头、污染滤料，保护过滤单元。

3.2.2 核心过滤单元（多介质过滤器）

本单元是系统核心，通过梯度滤料分层过滤，实现“上层截粗、下层截细”的深度过滤效果，具体设计如下：

1. 滤料级配：采用三层滤料组合（优先推荐，适配多数场景），兼顾过滤效率与纳污量；常规场景可选用双层滤料，简化配置、降低成本。   

  - 上层滤料：无烟煤，粒径0.8-1.6 mm，厚度400-600 mm，密度1.4-1.6 g/cm³，主要截留大颗粒悬浮物、絮体；

  - 中层滤料：石英砂，粒径0.5-0.8 mm，厚度200-300 mm，密度2.6-2.7 g/cm³，主要截留中粒径胶体、细小悬浮物；

  - 下层滤料：磁铁矿（或石榴石），粒径0.25-0.5 mm，厚度100-150 mm，密度4.5-5.0 g/cm³，主要截留细小颗粒，确保出水浊度达标；

  - 承托层：卵石，粒径2-5 mm，厚度100-150 mm，铺设在滤料下层、集水器上层，支撑滤料，防止滤料流失，保证布水均匀。

2. 过滤原理：原水经精密过滤器预处理后，自上而下进入多介质过滤器，通过三层梯度滤料的拦截、吸附、沉淀作用，逐步去除水中的悬浮物、胶体颗粒；滤料形成“上疏下密”的滤层结构，纳污量高，过滤周期长，出水水质稳定。

3. 运行方式：采用压力式过滤，立式罐体设计，原水在压力作用下通过滤层，无需额外动力提升；系统可实现自动、手动两种运行模式，默认自动模式，减少人工干预。

3.2.3 反洗系统（核心保障单元）

随着过滤过程的进行，滤料表面截留的污染物逐渐增多，滤层阻力增大，出水水质下降，此时需启动反洗系统，恢复滤料过滤性能，本系统采用气水联合反洗（标配），高浊度场景可强化反洗参数，具体设计如下：

- 反洗触发条件：两种触发方式，可单独或联动使用，确保反洗及时、节能；

  - 压差触发：过滤器进出口压差达到0.10-0.15 MPa，自动启动反洗；

  - 时间触发：连续运行24-72 h（可调整），若压差未达到阈值，也自动启动反洗，避免滤料长期堵塞。

- 反洗流程：气洗→气水联合反洗→水洗→静置，总反洗时间8-10 min（可调整）；

  - 气洗：启动罗茨风机，向过滤器内通入压缩空气，气强15-25 L/(m²·s)，持续2-3 min，松动滤层，使截留的污染物脱离滤料表面；

  - 气水联合反洗：气洗同时启动反洗水泵，通入反洗水，水强30-45 L/(m²·s)，持续3-4 min，将脱离的污染物冲洗至过滤器底部，随反洗水排出；

  - 水洗：关闭罗茨风机，继续通入反洗水，持续2-3 min，冲洗滤层残留污染物，直至反洗排水清澈；

  - 静置：反洗结束后，静置1-2 min，使滤料自然沉降、分层，恢复过滤状态。

- 反洗配套设备：       

  - 反洗水泵：流量≥过滤器最大处理流量的1.2倍，扬程适配系统压力；

  - 罗茨风机：风量适配气洗强度，压力≥0.05 MPa，噪音≤85 dB；

  - 反洗水箱：容积≥单台过滤器反洗水量的1.5倍，储存反洗水，可回用过滤出水，降低水耗；

  - 反洗排水阀：耐腐蚀材质，开关灵活，反洗时自动开启，排水至污水处理单元或回用。

3.2.4 后置保障单元

过滤出水进入出水水箱，水箱起到缓冲、稳定水量的作用，同时可根据需求增设在线监测仪表，实时监测出水浊度、SS、SDI等指标，若出水不达标，自动切换至反洗模式或报警，确保后续工艺进水安全；出水水箱配备液位计，联动进水、出水阀门，实现液位自动控制。

3.3 工艺优化要点

- 水力优化：采用CFD模拟布水、集水过程，优化布水器、集水器结构，确保滤层水流均匀，避免偏流导致的滤层局部失效、跑料问题；

- 节能优化：反洗水采用过滤出水回用，反洗时间、强度可根据原水水质自动调整，减少水耗、电耗；多台过滤器并联运行时，实现反洗轮换，不影响系统连续出水；

- 过滤优化：根据原水浊度、SS波动，自动调整滤速（5-15 m/h可调），高浊度时降速、低浊度时提速，兼顾效率与效果；

- 防腐优化：罐体、管路、阀门材质根据原水腐蚀性选型，关键部位做防腐处理，延长设备使用寿命。

四、设备选型与参数

设备选型核心是“匹配工艺要求、适配原水水质、兼顾经济性与运维性”，所有设备均选用成熟、可靠的品牌产品，关键参数按处理流量、水质目标定制，具体选型如下（以单台处理流量10 m³/h为例，可按实际流量扩容）：

4.1 核心设备：多介质过滤器

设备名称

规格参数

材质

数量

备注

多介质过滤器

立式，直径1200 mm，总高度3500 mm，高径比≥2.2:1；设计压力0.6 MPa，工作压力0.1-0.4 MPa；滤速10-12 m/h；滤料总厚度700-1050 mm（三层）

碳钢衬胶（常规）/304不锈钢（防腐）/FRP（小型）

1台（≥50 m³/h配备用台）

含布水器、集水器、滤头、承托层

滤料

无烟煤（0.8-1.6 mm）、石英砂（0.5-0.8 mm）、磁铁矿（0.25-0.5 mm）；均匀系数K60≤1.5，磨损率≤1.5%

天然/精制滤料

按需装填

食品/医药场景选用食品级滤料

承托层

卵石，粒径2-5 mm，厚度100-150 mm

天然卵石

按需装填

支撑滤料，防止滤料流失

4.2 前置预处理设备

设备名称

规格参数

材质

数量

备注

旋流除砂器（可选）

处理流量12 m³/h（预留20%余量），进出口管径DN80，除砂粒径≥50μm，处理效率≥95%

碳钢衬胶

1台

高浊度、高含砂原水选用

混凝反应池（可选）

有效容积10 m³，停留时间20-30 min，配备搅拌装置（转速60-80 r/min）

碳钢衬胶/FRP

1座

高SS、高胶体原水选用，配药剂投加装置

精密过滤器

处理流量12 m³/h，过滤精度50μm，滤芯材质PP，数量6支，可拆洗

304不锈钢

1台

标配，保护多介质过滤器滤料、滤头

4.3 反洗系统设备

设备名称

规格参数

材质

数量

备注

反洗水泵

流量15 m³/h，扬程30 m，功率4 kW，材质耐腐蚀

铸铁衬胶/不锈钢

1台（备用1台）

提供反洗水流，适配反洗强度

罗茨风机

风量1.2 m³/min，压力0.06 MPa，功率7.5 kW，噪音≤85 dB

铸铁

1台

提供气洗气流，气强可调

反洗水箱

有效容积8 m³，直径1500 mm，高度4000 mm，配液位计

FRP/碳钢衬胶

1座

储存反洗水，可回用过滤出水

反洗排水阀

口径DN100，压力等级1.0 MPa，开关方式气动

不锈钢

1台

反洗时自动开启，排水顺畅

4.4 配套管路与仪表

4.4.1 管路系统

- 材质：常规管路选用碳钢衬胶管，腐蚀性水质选用不锈钢管（304/316L），小型管路选用UPVC管；

- 管径设计：进水管、出水管管径按流速1.5-2.0 m/s设计，反洗管径按流速2.0-2.5 m/s设计，确保水流顺畅，无滞留；

- 阀门：进出口、反洗、气洗管路均配备气动蝶阀（核心管路）或手动蝶阀（备用），材质与管路一致，开关灵活，密封性能好；关键阀门配备限位开关，反馈运行状态。

4.4.2 监测与控制系统

- 在线仪表（标配）：

  - 浊度仪：安装在过滤器出水口，量程0-10 NTU，精度±0.1 NTU，实时监测出水浊度，超标报警；

  - 压差表：安装在过滤器进出口管路，量程0-0.6 MPa，精度±0.01 MPa，触发反洗信号；

  - 液位计：安装在反洗水箱、出水水箱，量程0-5 m，实时监测液位，联动水泵、阀门；

  - 压力表：安装在各关键管路，监测系统压力，及时发现泄漏、堵塞问题。

- 控制系统：       

  - 控制箱：采用PLC控制系统，配备触摸屏，可显示系统运行状态、参数（流量、浊度、压差、液位等），可手动/自动切换运行模式；

  - 联动控制：实现“压差/时间触发反洗→气洗→气水联合反洗→水洗→恢复过滤”全流程自动控制；水泵、风机、阀门联动，故障时自动停机、报警；

  - 远程控制（可选）：配备远程通讯接口（Modbus协议），可接入客户中控系统，实现远程监测、操作、调试。