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一、机械筛分（直接拦截）

• 原理：石英砂过滤器石英砂颗粒按一定粒径级配堆积形成滤层，颗粒间的孔隙构成 “筛网”，当水流通过时，大于孔隙直径的悬浮物被直接拦截。

• 关键特性：

• 石英砂粒径越小、堆积越紧密，孔隙直径越小，对细微颗粒的拦截精度越高（如 0.5mm 粒径砂层可拦截≥5μm 颗粒）；

• 滤层上层孔隙因先接触水流，易被大颗粒堵塞，形成 “初始滤饼层”，进一步提升筛分效率。

• 应用场景：适用于去除原水中可见悬浮物（如泥沙、藻类残骸），是过滤初期的主要机制。

二、惯性碰撞与拦截

• 原理：水流中的颗粒随水流绕过石英砂颗粒时，因惯性保持原有运动轨迹，与砂粒发生碰撞而被截留；部分颗粒虽未直接碰撞，但贴近砂粒表面时被吸附拦截。

• 影响因素：

• 颗粒粒径越大、流速越高，惯性作用越明显（如 10μm 以上颗粒易因惯性碰撞被截留）；

• 石英砂表面粗糙度越高，碰撞拦截概率越大（天然石英砂比光滑石英砂拦截效率高 10%-20%）。

• 典型案例：在地下水除铁工艺中，Fe (OH)₃胶体颗粒（粒径 1-5μm）通过惯性碰撞被石英砂捕获。

三、扩散沉积（布朗运动）

• 原理：微小颗粒（＜1μm）因布朗运动随机运动，与石英砂表面接触后被吸附，该机制在低流速条件下更显著。

• 关键参数：

• 水流速度≤5m/h 时，扩散沉积效率提升 30%-50%（如电子超纯水预处理需控制低流速）；

• 石英砂比表面积越大（如细粒径砂），扩散沉积作用越强。

• 应用场景：用于去除水中胶体硅、细菌等微小颗粒，是深层过滤的主要机制。

四、吸附与絮凝作用

• 物理吸附：石英砂表面存在范德华力，对水中带电胶体（如黏土颗粒）产生吸附作用，尤其当砂粒表面带负电荷时，可吸附水中阳离子胶体。

• 化学吸附（催化作用）：

• 石英砂若含有微量金属氧化物（如 Fe₂O₃），可催化水中溶解氧与铁锰离子反应，生成沉淀物被截留（如地下水除铁锰工艺）；

• 当原水投加絮凝剂（如 PAC）时，石英砂表面可作为絮凝核心，促进絮体长大并被截留。

• 案例：在市政水处理中，投加 PAC 后形成的 Al (OH)₃絮体，通过石英砂的吸附 - 架桥作用被高效去除。

五、深层过滤与截污分布

• 滤层深度与截污规律：

• 上层滤层（0-300mm）：主要截留大颗粒（＞50μm），形成 “粗过滤区”，易堵塞；

• 中层滤层（300-800mm）：通过惯性碰撞和吸附截留中等颗粒（10-50μm）；

• 下层滤层（800mm 以下）：依靠扩散沉积和吸附去除细微颗粒（＜10μm），为 “精过滤区”。

• 级配设计的作用：
  采用 “上细下粗” 级配（如上层 0.5-0.8mm 石英砂，下层 1.0-2.0mm）时，截污分布更均匀，滤层利用率提升 40% 以上（对比单层等粒径滤料）。