深层过滤是通过滤料层来去除水中颗粒的,因此,深层过滤工艺技术的关键是过滤介质———滤料。石英砂滤料具有来源广、价格低、机械强度和化学稳定性好等优点,因此应用较早也较广泛。但传统的石英砂滤料存在一定的缺陷。石英砂滤层在反冲洗后由于水力筛分作用,使得沿水流方向的砂子粒径逐渐变大,孔隙尺寸也是沿水流方向逐渐变大。当下向流过滤时,水流先经过粒径小、孔隙也小的上部砂层,再到粒径大、孔隙也大的下部砂层。水中颗粒大部分截留在上部数厘米深度内,床层上部孔隙容易堵塞,床层的水头损失上升迅速,下部滤层大部分容量尚未发挥出来就不得不终止过滤。
为了克服这一缺陷,在20世纪50年代，研究人员开发了双层滤料,即在石英砂滤层上部放置一层粒径较大、密度较小的轻质滤料,使用较早也较广泛的轻质滤料是无烟煤。后来使用的轻质滤料还有人工陶粒、人工合成纤维等。双层滤料过滤在一定程度上提高了滤速和过滤效率,增加了床层截污容量,延长了过滤周期。双层滤料体现了水先通过粗粒滤料后通过细粒滤料的理想滤层的概念。基于理想滤层的原理,3层滤料,即在双层滤料下部再加一层密度大、粒径小的滤料。这*下一层滤料一般用石榴石、磁铁矿等。3层滤料比双层滤料床层结构更为合理。三层滤料是沿着双层滤料的思路追求理想滤层的结果。随后又出现了四层滤料和5层滤料。
沿着过滤的水流方向,滤层中滤料的粒径从大到小递减,颗粒间孔隙也沿水流方向从大到小递减。依此推演,滤料层数越多,滤层结构越合理,越符合理想滤层的概念。然而在实际应用中存在许多问题,如相邻两层滤料间的混杂和滤料流失26,加之滤料来源有限,加工复杂等因素,生产中所采用的仍然是双层和3层滤料。
双层和三层滤料滤床实质上不过是两个或3个不同的单层滤料滤床串联组成,而每层内仍存在水力筛分作用,主要担负截污作用的仍为表面部分。20世纪80年代以来,开发应用的均粒滤料在很大程度上解决了非均粒滤料存在的问题,过滤速度、过滤效率及床层截污容量都得到了明显提高。
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