文/广东联盛水环境工程有限公司总部事业部总经理 施建鹏

过滤系统的发展

1900s—1940s 第一代过滤系统

重力式过滤，占地面积大，过滤效率低

1950s—现在 第二代过滤系统

压力过滤，占地面积小，流量可控，高效运行

2000s—现在 第三代过滤系统

硅藻超微过滤器（UFF）过滤面积大、过滤精度高、机房面积和空间小，更高效运行

负压真空曝气精流过滤技术过滤面积大、过滤精度高、机房面积和空间小，更高效运行，曝气增氧

碳化硅精滤器，过滤面积大、过滤精度高、机房面积和空间小，高效节能，无须更换过滤介质

反渗透过滤、过滤精度非常高、机房面积和空间小。

2000s—现在 第一代过滤系统的改进版

重力式过滤占地面积和占用空间大、滤层较浅、过滤效率低，但是能曝气增氧。

过滤的基本原理

随着人对水的利用，发现水需要过滤。最早是把水引到沙尘里面，通过沙流出来，因为动力系统和水泵还没发展。从这个里面过滤之后，需要用一种设备去处理，就出现了孵化过滤，就用水厂里面的过滤，把水提到上面的水箱，然后流下来，这个过滤真正的名字叫浮法过滤。后来发展到压力式过滤，它的效率比较高。现在则进化成了超滤，是比较高端的过滤。

池水过滤，通过设备内的过滤介质层拦截池水中胶状、颗粒状有机物无机物及部分病毒、细菌后，使洁净的池水经过加热、消毒重新送入游泳等池内继续使用，实现了水的循环使用。它是保证池水洁净、透明、清晰，及低浑浊度进水，而且会降低消毒剂的用量和维持池水低水平的化合氯。过滤净化被称为池水循环净化水处理工艺流程中三大要素的第二关键要素。

过滤器有几个方面组成，过滤器的气是指外壳，过滤是指滤料。这其中滤料的变化，由一般过滤到微过滤，到反渗透过滤，其中的数据也从微米衡量达到了纳米的衡量。反渗透目前是最好的过滤方式，但是它的投资各方面都比较贵，符合我们需求。我们集中在超滤里面跟沙里面，一般过滤里面有些微孔的，有的里面还有其他滤料，所产生的效果是不一样的。更多的超过滤里面会用到珍珠岩过滤和碳化硅过滤，这两个过滤产生的精度是最高的。

要注意的是，在使用过程中有些过滤器会出现漏水现象。因为在过滤过程中可能会出现水层或罐体的破坏，尤其是附再负压时还有变扁的可能。因此，规程中有明确要求，外壳内压值不应小于0.4MPa，结构简单、快速拆装、操作方便、密封性能好。

同样的情况之下，温泉和水上乐园还要有除渣器，把里面的渣、沙全流到下面。过滤器里面有很多规格，用的比较多的FRP，过滤器里面除了产生压力，更多的还要适合环境，比如海水或有臭氧反应的，一定要抗氧化防腐蚀涂料。

过滤器的使用寿命受很多条件因素的影响。在生产过程中，一个过滤器不是一个单层解决的，有很多层解决，并且每个层解决的目的不一样。比如外表压力问题，从大的过滤器到小的过滤器，更多的在于里面水的阻力问题。

压力颗粒过滤器

石英砂过滤器系压力容器，采用FRP材质，适用任何水质处理，包括海水等，内层是抗氧化防腐蚀涂料，具有传统工艺、水质稳定，操作简单、维修费用低、机房面积占用大，设备投资成本低、适应泳池负荷变化幅度大情况，滤料容易获得，具有经济、维护方便和使用寿命长等优点。

过滤器里面大家肯定会碰到两种，缠绕式FPR和胶衣层压式。缠绕式FRP有内胆和外部网状缠绕层构成：内胆主要起密封作用，外层的网状缠绕层起到加强、保温、保护和承托作用。现在缠绕的技术已经从2D发展到4D、5D，覆盖的力度更强，如果整体纤维拉出来，纤维就代表钢筋，树脂代表水泥。我们会更注重缠绕力度的问题，每个纤维怎么缠绕，力度如何控制，都要从强度考虑。

层压式FRP材质，国内称为胶衣沙缸，采用的就是胶衣（复合材料）FRP制造工艺。这种符合材料的的纤维是短纤维，是喷上去的。

在做海水处理的时候，一般情况下用到FRP符合材料，但是超大型的时候也会用到金属。金属有两种，一种是碳钢的，一种是不锈钢的。以珠海长隆科技海洋科学馆为例，它所要求的就是的φ3×10m的卧式不锈钢内涂层石英砂过滤器。

压力颗粒过滤器的耐压很重要，但是耐压不是过滤器的全部，而与过滤相关的。

一个是配水系统，收集臂的滤棒和收集板的滤帽开孔总面积与过滤器过滤面积之比，决定了配水系统的大阻力配水系统、中阻力配水系统、小阻力配水系统。《游泳池给水排水工程技术规程》CJJ 122-2017要求集配水系统采用中阻力配水系统。当然能达到或优于小阻力配水系统更好！这一点很关键，珠海长隆科技海洋科学馆的过滤砂缸高3米，长10米，重量达100多吨，这种情况下就要用小阻力配置。目前市面上的很多砂缸，连中阻力都不具备。

二是滤料粒径和滤料不均匀系数，K80< 1.6，国外U < 1.6。

三是过滤速度。一般情况下，过滤速度越大，过滤效果就越降低。实践证明：过滤速度在10m/h~25m/h范围内，过滤效果、过滤器压力损失与过滤速度成正比。如过滤速度超过25m/h，过滤效率降低很快，即随着过滤速度的增加，滤后出水水质将会不断恶化。在实际工程中，我们应该着重关注过滤器的过滤效率。过滤速度越低，滤后出水水质越有保证。但这样一来需要的过滤器过滤面积越大，会造成过滤器体型偏大或数量偏多，占用建筑面积就会增加。这就要求设计从技术上与经济上进行综合分析比较后，确定一个经济、实用的过滤速度。

四是过滤介质的厚度。规程中写的比较详细，直径大于1m的立式过滤器和直径大于2.2m的卧式过滤器，滤层厚度不小于于700mm，这是对于中大型游泳池而言。此时可以采用《游泳池给水排水工程技术规程》CJJ 122-2017上采用一定滤料直径（dnin-dmax）和不均匀系数（K80）的颗粒滤料。

对于小型游泳池，而选用小型过滤器，即：直径小于1m的立式过滤器和直径小于2.2m的卧式过滤器，此时滤层厚度达不到介质层的厚度700mm。就要根据颗粒过滤的原理和相关标准，选择合适的过滤介质的有效粒径（d），使滤层厚度与过滤介质的有效粒径的比例达到一定的数值，L/de>1000。即根据滤层厚度选过滤介质的有效粒径。

过滤器一定要把过滤和过滤器综合起来。等于说我们的砂缸里面除了刚才那些原因之外，还要注意配水系统，一定在中阻力系统以下做配置。配水系统大阻力，滤泵都是关键的，滤泵的产生不是随便而来的，要通过测试。

总体来说，压力颗粒过滤系统要注意如下几点：

1. 缸体材料：耐腐蚀（氯、臭氧等）、耐压、耐磨。

2. 布水材料：同上、滤水收集形式、滤缝总面积。

3. 滤料：材料、粒径、不均匀系数、滤层厚度。

4. 过滤速度、反冲洗强度、反冲洗时间。

5. 过滤设备：立式和卧式、大型和小型、顶置和侧置。

6. 过滤精度：与循环流量和循环周期、与循环方式和水流组织。

7. 排气与放水：顶置与侧置，防水与排砂。

过滤器国家有行业标准，过滤器要用过滤行业的标准、规范和有技术手册来保证期性能与规范。其实，过滤器的基本原理与要求都是与国外相同的，也是对国外标准和技术的等同采用和修改采用。国内的过滤器多用于公共游泳池和竞赛游泳池系统，国外过滤器很多是偏向私家泳池系统，滤速偏高，与国内的滤速选取理念有异。国内的使用环境和泳池的负荷差异和国外也是不一样的，国内泳池的人数普遍较多，要求是不一样的；并且国外滤料的特性和国内也是有差距的。

精细过滤的技术焦点

精细过滤的形式有多种，硅藻土、珍珠岩、有机膜 （如PVC、PTFE、PS等）、陶瓷膜，它们主要的特性是过滤层通量间隙小，有较高的过滤精度。但长时间运行时悬浮物就隔在膜外面，影响水的通量，导致滤料层的堵塞。

精细过滤的焦点是在反冲洗工艺技术上，满足反冲洗最佳效果是滤元本身材料利于反冲洗，悬浮物不易吸附。易冲走，是否无滤料排放，智能控制运行。

有一种碳化硅陶瓷膜超滤系统具有不容易吸附悬浮物和油脂，无添加滤料零排放的优点。而硅藻土、珍珠岩过滤，都是添加滤料后要靠有机膜来隔阻滤料形成滤床，而无机膜容易吸附小的悬浮物和油脂，它们在精细过滤上存在较大的缺点。

负压式过滤设备

负压过滤也是最近新接触到的，它的工作原理是重力过滤与压力过滤的结合，即进入设备的水流与重力过滤相同，而出水的方式与压力过滤相反，采用水泵抽吸方式。从过滤设备底部的集水装置内抽吸过滤层表面的进水，使其被强制加速通过滤料层，从而达到净水目的，此设备亦有称其为负压（真空）过滤设备。它的特点构造与玻璃设备的机房集成一体，也可以实现地埋，把整个机器埋在地下，能实现：

a）一座游乐池设置一座负压过滤设备；

b）不需要专用设备机房；

c）特别适合水上游乐池类型多且分散的情况应用；

d）设备可工厂预制，从而节约了土建工程成本；

e）可不设置均（平）衡水池。

新加坡滨海湾金沙酒店的室外泳池采用的就是负压过滤系统的工艺。酒店的泳池位于55层，高度为650英尺（198米），长150米，是奥运会泳池长度的3倍，是这一高度下世界上最大的室外泳池。

负压过滤器应采用石英砂过滤介质，石英砂颗粒的不均匀系数K80不应大于1.4；石英砂层的厚度不应小于500mm。过滤速度，我们在人工湖达到每小时35公里去配。技术方面，过滤速度不宜超过20m/h；过滤介质层被过滤水淹没的水层厚度不应小于350mm；过滤器进水管应高出过滤器内水面200mm，进水水流速度不应大于0.8m/s，进水口应设实现均匀布水的水幕装置；池水循环水泵的吸水高度不应小于0.06MPa；池内集配水系统应采用中阻力配水系统。这个都是我们对过滤器调试出来的一些参数。

负压过滤器应采用气-水组合反冲洗方式，有气水反冲洗的要求，冲洗时有一定的技术要求，如：池水循环水泵吸水管的阻力损失等于0.03MPa时，应对过滤介质层进行反冲洗；反冲洗顺序和反冲洗参数应符合先气洗后水洗；气洗强度为10L/(m2·s)~12 L/(m2·s)；气洗持续时间不应少于5min；水洗强度为6 L/(m2·s)~8 L/(m2·s)；水洗持续时间不应少于5min；反冲洗排水装置不应出现倒灌现象等。这也是通过试用情况统计出来的数据。

负压过滤器外壳应采用牌号不低于S30408奥氏体不锈钢材质，并且因为是埋地，还考虑地下水的防护问题。

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