石英砂過濾在污水處理中應用

石英砂在水處理方面起到越來越重要的作用，去除懸浮物起到過濾作用，作為一項技術手段，在任何水處理工程運用時，應先了解其的一些特性和技術指標，下面從石英砂濾料本身特征和石英砂過濾器運行流程簡述其在水處理中的應用。

靠前部分 石英砂濾料

一、 石英砂濾料的簡介

圖一：水處理石英砂濾料

石英砂濾料是采用天然石英礦石，經破碎，水洗，篩選，酸洗，烘干，二次篩選而成的一種水處理濾料； 石英砂主要成分是二氧化硅，含有氧化鐵、粘土和有機雜質。石英砂濾料外觀呈多棱形、球狀，純白色，硬度大，抗腐蝕性好，密度大，機械強度高，載污能力線使用周期長的特點，是化學水處理的理想材料。在單層、雙層過濾池、過濾器和離子交換器中適用，其各項指標均達到了（CJ/T43-1999）標準。

石英砂濾料起到過濾作用，就像水經過砂石滲透到地下一樣，將水中的那些懸浮的物阻攔下來，主要針對那些細微的懸浮物。

石英砂作為過濾料的應用，石英砂與過濾容器結合，用于截留水中懸浮物膠體等顆粒雜質，從而起到過濾的作用。

二、 石英砂濾料的工作原理

在石英砂過濾的過程中，懸浮顆粒的去除，主要是由顆粒和濾料之間以及顆粒與顆粒之間的吸附粘附作用而被去除的。這就涉及到兩方面的原理：靠前是被水攜帶的懸浮顆粒物發生遷移，脫離水流流線向濾料表面靠近，既遷移機理；第二就是當懸浮顆粒與濾料接觸時，依靠某種或某幾種力（其中有范德華力、表面張力及庫侖力）的作用使得它們粘附在濾料表面上，這就是顆粒的粘附機理，在這一機理中，要保證過濾出水水質，就保證濾層濾料一定的表面積，為懸浮顆粒吸附在表面上提供足夠的吸附空間，以便懸浮顆粒物有效的被吸附在濾料表面。懸浮顆粒物在濾層空隙水流中遷移輸送由沉淀、慣性、阻截、擴散、動力效應等基本作用的過程，至于顆粒受到哪些力的作用，取決于濁質粒度的大小。在過濾過程中,濾料的表面積起到較重要的作用，濾料所提供的顆粒表面越大,對水中懸浮物的附著力越強,為要達到一定的預期的出水水質要求,濾料所提供的表面積應滿足某一較小值。

三、 石英砂濾料的分類

石英按品質可分為普通石英砂，精制石英砂，高純石英砂，熔融石英砂。但在水處理這種中，一般只用到兩種，普通石英砂濾料和精制石英砂濾料，而精制石英砂適用于純水中，污水處理一般只用普通石英砂。普通石英砂的理化性質如下：

表一：石英砂的理化性能

分析項目	鑒定數據	分析項目	鑒定數據	分析項目	鑒定數據
SiO2含量	90-99%	容重	1.75t/m3	鹽酸 可溶率	0.4%
莫氏硬度	7.5	磨損率	0.3%	耐酸度	耐強酸
沸點	2550℃	破碎率	0.35%	耐堿度	耐堿性良好
溶點	1480℃	灰粉率	0.25%	Zn含量	0.005%
比重	2.67	空隙率	43%	其它金屬 含量	不超過國家飲用水標準

其中Fe2O3≤0.06—0.02％,耐火度1750---1800℃，外觀部分大顆粒，表面有黃皮包囊。在污水處理中,用三五年都沒問題,只要防止石英砂流失就行,即使被污染了不要緊,因為污水處理中,污泥可以進行好氧或者厭氧呼吸,將污水中的污染物降解。

四、 石英砂濾料的技術要求

⑴ 石英砂濾料的破碎率和磨損率之和不應大于1.5%（百分率按質量計，下同）。

⑵ 石英砂濾料的密度不應小于2.55g/cm3，使用中對密度有特殊要求都除外。

⑶ 石英砂濾料應不含可見泥土、云母和有機雜質，濾料的水浸出液不含有毒物質。含泥量不應大于1%，密度小于2g/cm3的輕物質的含量不應大于0.2%。

⑷ 石英砂濾料的灼燒減量不應大于0.7%。

⑸ 石英砂濾料的鹽酸可溶率不應大于3.5%。

⑹ 單層或雙層濾料濾池的石英砂濾料粒徑范圍，一般為0.5～1.2mm。三層濾料濾池的石英砂濾料粒徑范圍，一般為0.5～0.8mm。

⑺ 在各種粒徑范圍的石英砂濾料中，小于下限粒徑的不應大于3％，大于上限粒徑的不應大于2％。

⑻ 石英砂濾料的有效粒徑和不均勻系數，由使用單位確定。

五、 影響石英砂濾料過濾的因素

1、 水質的溫度

溫度對濾料過濾的影響是明顯的，溫度高，水的粘度高，有利于過濾，溫度低，水的粘度低，不利于過濾。溫度一般控制在20-30℃.不同水質不同情況，較佳溫度在使用石英砂過濾時，可以現在實驗室里進行小試，然后再行確定。

2、 pH值

普通石英砂在pH中性及值范圍內的酸性水中都很穩定，但在堿性條件下有微溶現象�；瘜W水處理中SiO2增量不應超過2mg/L。

3、 運行周期

石英砂濾料在使用過程中，使用周期隨不同水質而不同，為了保證出水水質的達標，要及時檢驗石英砂濾料的運行狀況，并且要隨時檢驗出水的濁度，當出水不在清澈，水質濁度高時，要及時進行反沖洗濾料，在日常的試驗中，把握石英砂濾料的使用周期。一般可以以水頭損失為石英砂濾料是否到期為依據,當水頭損失為1.5～1.8m時，說明濾料周期已到，停止過濾，進行反沖洗。

4、 石英砂濾料的孔徑

常用規格有：0.5-1.0mm、 0.6-1.2mm、 1-2mm 、2-4mm 、4-8mm 、8-16mm 16-32mm。

在研究均質石英砂過濾性能研究中發現，不同粒徑的均質石英砂進行直接過濾，在單位面積濾層濾料表面積相等的條件下，進行過濾性能比較，經過試驗證明，單位濾層濾料顆粒表面積相等的條件及運行參數相同的情況下，過濾以后，出水的濁度等基本相同，粗石英砂過濾的水頭損失小于細石英砂的過濾的水頭損失。主要是因為粗粒徑的有效孔隙率優于細粒徑的有效孔隙率，粗粒徑濾料截留濁質后濾層內部水流變化比細粒徑濾料截留濁質后濾層內部水流變化慢且小，在處理污水過程中，一般采用較粗粒徑的濾料。

5、 石英砂濾料濾層的厚度

石英砂濾料濾層的厚度本沒有硬性的規定,各單位或企業可根據不同的水質自行制定濾層厚度,但根據我國許多生產過程中水處理的實際情況試驗中,有一定的經驗,可以借鑒一下:如:單濾層濾料過濾中,使用石英砂粒徑為0.5～1.2mm，而濾層厚度為0.7m；發過使用的石英砂濾料，粒徑為0.7～2.0mm，濾層厚度為0.95～1.5m；美國日處理污水130萬方，粒徑1.7mm，濾層后1.8m；中國北京的第九水廠二期工程日處理水量為50萬方，粒徑為1.1mm,濾層厚度為1.5m。

綜合4、5兩條，石英砂濾料的粒徑和厚度對過濾性能的好壞有著重要的作用。在使用濾層過濾中，濾料的濾徑越大，可容納的懸浮物空間越大，過濾能力強，截污量大；而同樣的足夠保護厚度的條件下，懸浮物可以更多地被截留，使中下層濾料更好的發揮作用。所以粒徑與濾層厚度的選擇，是衡量過濾器性能的重要指標，一般認為，濾層厚度和粒徑的比值越大越好，據中國《城市供水行業2000年技術進步發展規劃》提出：“為保證水質，濾層厚度粒徑比應大于800。”當然，在各企業中，可根據自己污水性質，在實驗中尋求二者的較佳關系值。

六、 石英砂濾料的貯存

石英砂濾料包裝袋上應印字表明產品名稱、粒徑范圍、生產廠名，字體的顏色一般為棕色。

石英砂濾料宜用耐用織物袋包裝運輸，粒徑大于16mm的濾料包裝可以適當降低。石英砂濾料在運輸和貯存期間應防止包裝袋破損，以漏失和混入雜物。

石英砂濾料不宜與承托料及其它濾料一起堆放。 石英砂濾料和其它濾料不宜與其它有毒有害物品個污染物品一起堆放。不能漏天存放,防塵防污染存放,一般質保期為十年。

七、 石英砂濾料過濾的注意事項

1、進水中不能含有大于5mm的顆粒物，如有，應在砂濾前安裝一張濾網，避免大顆粒物對砂濾過程產生危害；

2、禁止污泥膨脹，污泥浮渣類廢水進入砂濾系統；

3、為提高砂濾去除SS的效果，可配合加入FeCl3或者是PAC，但禁止加入PAM，防止砂子板結；

4、禁止污泥脫水機水和氣浮系統出水直接進入砂濾系統；

5、水力負荷，注意砂濾承擔的水力負荷，根據不同的砂濾器或是快濾池的設備本身要求，定制進水量；

八、石英砂濾料的檢驗方法（詳見附件一：石英砂濾料檢驗標準）。

第二部分 石英砂過濾器在污水中的應用

在污水處理中，石英砂濾料得到廣泛的應用，把石英砂濾料與過濾器結合成石英砂過濾器，利用石英砂的粒徑范圍，用于截留水中懸浮物膠體等顆粒物。

石英砂過濾器 英文名Shallow medium filter，它是利用石英沙作為過濾介質，在一定的壓力下，把濁度較高的水通過一定厚度的粒狀或非粒的石英砂過濾，有效的截留除去水中的懸浮物、有機物、膠質顆粒、微生物、氯、嗅味及部分重金屬離子等，較終達到降低水濁度、凈化水質效果的一種過濾設備。

一、石英砂過濾器的原理

石英砂過濾器是利用一種或幾種過濾介質，常溫操作、耐酸堿、氧化，PH適用范圍為2-13。系統配置完善的保護裝置和監測儀表,且具有反沖洗功能，泥垢等污染物很快被沖走，耗水量少，按用戶要求可設置全自動功能。在一定的壓力下，使原液通過該介質的觸絮凝、吸附、截留，去除雜質，從而達到過濾的目的。其過濾精度在0.005－0.01m之間,可有效去除膠體微粒及高分子有機物。

連續過濾器的運行可分為原水過濾和濾料清洗再生兩個相對獨立又同時進行的過程。二者在同一個過濾器的不同位置完成，前者動力依靠高位差或泵的提升，而后者則通過壓縮空氣完成的。

二、石英砂過濾器的工作流程

排氣→沖洗→反洗（二）→正洗→制水→反洗（一）→排水→汽水擦洗

1、排氣：初次調試，由于設備內有空氣，故需排氣。打開過濾器的排氣閥和進水閥，至排氣閥出水后，關閉排氣閥。

2、沖洗：設備初運行時，濾層還無法形成，過濾效果不佳，故設有沖洗工藝，打開過濾器的進水閥和正洗排放閥運行至出水濁度≦2mg/L。

3、運行：打開過濾器的進水閥和出水閥，開啟原水泵和計量泵，

4、反洗：過濾器過濾周期結束或進出水壓差達到設定值時或過濾出水水質下降到控制極限時，過濾器都應進行反洗。過濾器反洗時，過濾進出水閥門關閉，反洗進出水閥門開啟，同時啟動反沖洗水泵，過濾器反洗持續時間一般為10-15分鐘，過濾器反洗時，排氣閥必須始終處于關閉狀態。過濾器的反洗流量應控制在33～40m3/h，揚程應控制在28-30m范圍內，不允許超流量及揚程反洗。

5、正洗：打開過濾器的進水閥和正洗排放閥，運行至出水濁度≦1mg/L

6、排水：打開過濾去的排氣閥和正洗排放閥，把過濾器內的積水排至濾料層上200mm以上。

7、汽水擦洗：關閉進水閥和出水閥，打開正洗排放閥、進氣閥和反洗進氣閥，以10-151/s﹒m2的進氣強度，同時水以10-15m/h的流速進行汽水擦洗，時間為10分鐘左右。

三、石英砂過濾器操作規程

1、過濾器使用前應檢查前級設備的處理量和各閥門的位置是否正確。

2、過濾器靠前次使用或停用一段時間重新投入使用時，濾料浸泡時間不得低于12小時。

3、過濾器的運行可采用自動控制，也可采用手動控制，任憑用戶自由選擇。

4、設備靠前次投運或長時間停運后重新投入運行時，應首先打開排氣閥及過濾進水閥，向設備內進水，待排氣閥有水溢出時關閉排氣閥，對濾料進行浸泡，濾料浸泡12小時后，可將設備投入正常運行。打開過濾進水閥、過濾出水閥，設備進入正常過濾運行。

五、石英砂過濾器使用注意事項

1、當設備進行檢修需要人進入容器內時，應先將罐內積水排凈，并打開人孔蓋通風換氣，才可進行下一步工作。

2、設備未安裝使用前，應遠離火源、妥善保管，并防止銹蝕和損壞。

3、設備在氣溫低于零度條件下運行時，罐體及管線應進行保溫處理。

4、設備不允許再動火焊接或發生破壞防腐層的現象。

5、設備只能由經培訓的專業人員進行安裝、使用和維護。業主和用戶必須讓操作人員受到適當培訓。

第三部分 其他

石英砂濾料在污水處理中，除了配合使用過濾器以外，還有的使用過濾池，在使用過濾池過濾時，其中較重要的步驟是石英砂濾料的反洗。

污水流經水處理濾料層之后，水中的懸浮物被截留在濾層之中，如果不進行反洗，這些濾料中的微孔就會被堵塞，失去他們的作用，對水頭也有一定的損失，反沖洗環節操作時，水流經底部排水系統反向通過濾池，以沖掉石英砂濾料的堵塞物質，并減少產生水頭損失的因素。一般使用快濾池過濾，反沖強度為36-54m3/h，反沖洗時間為5-10min，濾層膨脹率達40-50%。

反沖洗注意的事項：一是要有足夠的沖洗強度和水頭，如有難以洗掉的附著物，應添加適當的清洗劑；反沖洗的水要迅速排掉，可以回流至污水來路。二是反沖洗的時間要根據實際情況而定，時間不能太長，否則會沖散濾。

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石英砂是石英石經破碎加工而成的石英顆粒。石英石（quartzrock）亦稱硅石，是一種質地堅硬、耐磨、化學性質穩定的硅酸鹽類礦物。在自然界中以石英砂巖、石英巖和脈石英存在。石英砂巖是固結的碎屑巖石，石英碎屑含量達95%以上，精制石英砂來源于各種巖漿巖，沉積巖和變質巖，重質礦物較少，伴生礦物為長石、云母和黏土礦物。石英巖分沉積成因和變質成因兩種，前者碎屑顆粒與膠結物的界限不明顯，后者指變質程度深、質純的石英巖礦石。脈石英是由熱液作用形成，幾乎全部由石英組成，致密塊狀構造。石英砂中礦物含量變化較大，以石英為主，其次為長石、云母、巖屑、重礦物、黏土礦物等。石英砂是一種堅硬、耐磨、化學性能穩定的硅酸鹽礦物，其主要礦物成分是SiO2，石英砂的顏色為乳白色、或無色半透明狀，硬度7，性脆無解理，貝殼狀斷口，油脂光澤，密度為2.65，堆積密度（1-20目為1.6），20-200目為1.5，其化學、熱學和機械性能具有明顯的異向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液，熔點1750℃。石英砂常用規格有：0.5-1mm、1-2mm、2-4mm、4-8mm、8-16mm、16-32mm、10-20目、20-40目、40-80目、100-120目