多介质过滤器处理含硅垢的原水该如何防止滤料堵塞？

在水处理领域，含硅垢原水广泛存在于地下水、工业循环水及矿山废水等场景中。这类原水中的硅以溶解态（如硅酸根离子）或胶体态（如二氧化硅溶胶）形式存在，在多介质过滤器运行过程中，受温度升高、pH 值变化或离子浓度叠加影响，易转化为不溶性二氧化硅沉淀（即硅垢）。硅垢一旦附着在滤料表面或沉积于滤料孔隙中，会快速形成坚硬的堵塞层，不仅导致过滤阻力骤升、出水浊度超标，还会使滤料失去截留能力，大幅缩短滤料使用寿命。本文结合硅垢的形成机制与多介质过滤器的运行特性，从 “源头控硅 - 滤料适配 - 运行调控 - 系统维护” 四个维度，构建防止滤料堵塞的完整技术体系。

一、硅垢的形成特性及对滤料堵塞的核心影响

（一）硅垢的形成机制

含硅垢原水中的硅垢形成主要依赖 “溶解 - 析出 - 聚合” 三个阶段：首先，原水中的溶解态硅酸根离子（如 H₂SiO₃、HSiO₃⁻）在温度升高（超过 40℃）或 pH 值降低（低于 7.0）时，溶解度下降并析出二氧化硅单体；随后，单体二氧化硅在滤料表面或水中悬浮物表面发生聚合反应，形成二氧化硅凝胶；最终，凝胶逐渐脱水硬化，形成致密的硅垢层。此外，原水中若存在钙、镁离子，会与硅酸根离子结合形成硅酸钙、硅酸镁沉淀，这类复合硅垢的硬度更高、附着力更强，对滤料的堵塞危害更为严重。

（二）硅垢导致滤料堵塞的关键问题

滤料孔隙堵塞：硅垢初期以细小颗粒形式沉积在滤料孔隙中，随着运行时间推移，颗粒逐渐聚合长大，会将滤料间的缝隙完全填充，导致水流无法正常渗透，过滤阻力在短时间内（通常 1-2 周）可从 0.05MPa 升至 0.2MPa 以上。

滤料表面钝化：硅垢附着在滤料表面后，会形成一层光滑的致密膜，不仅改变滤料的亲水性（如石英砂表面从亲水变为疏水），还会隔绝滤料与水中悬浮物的接触，使滤料失去截留功能，即使反洗也难以将坚硬的硅垢层彻底清除。

反洗失效恶性循环：硅垢的硬度高（莫氏硬度约 6.5）、附着力强，常规反洗（如水洗、气水联合反洗）无法将其从滤料表面剥离，反洗后残留的硅垢会继续积累，导致滤料堵塞程度逐渐加重，最终需更换全部滤料，大幅增加运维成本。

二、防止滤料堵塞的关键技术措施

针对含硅垢原水的特性，需通过 “预处理减少硅含量 - 优化滤料抗垢性能 - 调整运行参数抑制硅垢析出 - 强化维护清除残留硅垢” 的全流程控制，从根本上防止滤料堵塞。

（一）预处理控硅：减少进入过滤器的硅含量

预处理是控制硅垢堵塞的核心环节，通过物理或化学手段降低原水硅含量，可从源头减轻多介质过滤器的滤料堵塞压力。

化学除硅预处理

混凝沉淀除硅：对于胶体态二氧化硅含量较高（超过 50mg/L）的原水，向水中投加聚合氯化铝（PAC）或聚合硫酸铁（PFS）等混凝剂（投加量 20-50mg/L），混凝剂水解形成的氢氧化铝、氢氧化铁絮体可吸附胶体硅，形成大颗粒絮体后经沉淀池去除，除硅率可达 60%-80%，使进入多介质过滤器的胶体硅含量降至 10mg/L 以下。

化学沉淀除硅：对于溶解态硅含量较高（超过 100mg/L）的原水，采用 “石灰 - 纯碱法” 除硅：先投加石灰（CaO）调节 pH 值至 10.5-11.5，使硅酸根离子与钙离子结合形成硅酸钙沉淀；再投加纯碱（Na₂CO₃）去除过量钙离子，避免生成碳酸钙沉淀污染滤料。该方法可将溶解态硅含量降至 30mg/L 以下，适合高硅原水（如某些地下水、工业废水）预处理。

物理吸附除硅

在多介质过滤器前端增设专用除硅吸附塔，选用改性活性氧化铝或沸石作为吸附剂（比表面积≥200m²/g），这类吸附剂对硅酸根离子的吸附容量可达 50-80mg/g，且吸附速率快（接触时间 30-60min 即可达到平衡）。吸附塔采用逆流运行方式，进水从底部进入，顶部流出，确保吸附剂与原水充分接触，除硅率可达 70%-90%，尤其适合低硅原水（硅含量 30-50mg/L）的深度处理，避免微量硅在滤料层富集形成硅垢。

（二）滤料优化：提升滤料抗硅垢能力

选择抗硅垢附着、易清洁的滤料，并优化滤料级配，可减少硅垢在滤料层的沉积与堵塞。

抗硅垢滤料选型

改性石英砂滤料：选用经过硅烷偶联剂或氟化物改性的石英砂，其表面形成疏水涂层，可减少硅垢的附着（硅垢附着量较普通石英砂降低 40%-60%），且涂层耐酸碱腐蚀，在 pH 值 4-11 范围内稳定运行，适合作为多介质过滤器的中层滤料（粒径 0.8-1.2mm）。

陶瓷滤料：以氧化铝为原料烧制的多孔陶瓷滤料（孔隙率 45%-55%），表面光滑且孔隙分布均匀，硅垢难以附着在孔隙内部；同时，陶瓷滤料的耐高温、耐磨损性能优异，即使长期运行也不易因硅垢挤压导致破碎，适合作为高硅原水的上层滤料（粒径 1.2-2.0mm），截留水中残留的硅垢颗粒。

石榴石滤料：作为下层承托滤料（粒径 0.4-0.6mm），石榴石的密度大（3.6-4.0g/cm³）、硬度高（莫氏硬度 7.5-8.0），可有效支撑上层滤料，且其表面致密，硅垢不易沉积，能防止滤料层因硅垢堆积导致的级配紊乱。

滤料级配与装填优化

采用 “上层粗粒径 - 下层细粒径” 的渐变级配，上层选用 1.5-2.0mm 陶瓷滤料，中层选用 0.8-1.2mm 改性石英砂，下层选用 0.4-0.6mm 石榴石滤料，滤料总高度控制在 1.5-1.8m，较常规级配增加 20%，延长原水在滤料层的停留时间，避免硅垢快速穿透至下层滤料形成深层堵塞。

装填滤料时，在中层改性石英砂与下层石榴石之间铺设 1-2 层尼龙网（孔径 0.2-0.3mm），可截留可能随水流下沉的细小硅垢颗粒，防止其堵塞下层滤料孔隙，同时便于后续维护时单独清理硅垢。

（三）运行参数调整：抑制硅垢析出与沉积

通过优化多介质过滤器的运行参数，控制硅垢在滤料层的析出条件，减少硅垢形成与附着。

控制进水温度与 pH 值

硅垢的析出速率随温度升高而加快，需将过滤器进水温度控制在 35℃以下，若原水温度较高（如工业循环水），需在前端增设换热器降温，避免高温环境促进硅垢形成；

调节进水 pH 值至 7.5-8.5，该范围可提高硅酸根离子的溶解度，抑制二氧化硅析出 —— 若原水 pH 值偏低，可投加氢氧化钠（NaOH）调节；若 pH 值偏高，投加盐酸（HCl）微调，确保 pH 值稳定在目标范围，波动不超过 ±0.5。

优化滤速与反洗工艺

降低滤速至 6-8m/h（常规滤速为 10-12m/h），减缓水流速度可减少硅垢颗粒对滤料表面的冲击附着，同时延长原水与滤料的接触时间，提升滤料对硅垢颗粒的截留效率，避免硅垢穿透滤料层。

采用 “气水联合反洗 + 化学辅助清洗” 的强化反洗工艺：

气洗阶段：通入压缩空气（气速 18-22L/(m²・s)），持续 5-7min，利用气流扰动滤料层，打散附着在滤料表面的松散硅垢；

气水联合反洗阶段：加入 40-45℃的温水（温度略高于运行水温，可促进硅垢软化），水洗速 7-9L/(m²・s)，持续 8-10min，温水与气流共同作用，将软化的硅垢随水流带出；

化学清洗阶段：每月进行 1 次化学反洗，向反洗水中投加 2%-3% 的氢氟酸（HF）溶液（氢氟酸可溶解二氧化硅，反应生成可溶性的四氟化硅），循环清洗滤料层 10-15min，再用清水冲洗至 pH 值中性，彻底清除残留硅垢 —— 需注意：氢氟酸具有腐蚀性，过滤器罐体需选用耐酸材质（如 316L 不锈钢），且操作人员需做好防护措施。

控制进水离子浓度

若原水中钙、镁离子含量较高（硬度超过 200mg/L，以 CaCO₃计），需在前端增设软化设备（如离子交换树脂软化器），降低水的硬度，避免钙、镁离子与硅酸根离子结合形成复合硅垢 —— 复合硅垢的硬度远高于单纯硅垢，更难清除，会加剧滤料堵塞。

（四）系统维护：及时清除残留硅垢

通过定期维护与专项清理，清除滤料层与系统内的残留硅垢，防止堵塞问题累积。

定期检查与取样分析

每周打开过滤器人孔，取样观察滤料状态：若发现滤料表面有白色或灰白色致密层（硅垢），需及时进行化学清洗；检测滤料层高度，若因硅垢堆积导致高度上升超过 5%，需手动松动滤料层，避免硅垢压实滤料形成板结。

每两周检测出水硅含量，若出水硅含量较进水升高超过 10%，说明滤料层已出现硅垢堵塞，需缩短反洗周期（从常规 8-12h 调整为 6-8h），并提前进行化学清洗。

滤料再生与更换

对于改性石英砂、陶瓷等可再生滤料，每 3-6 个月进行一次离线再生：将滤料取出后，浸泡在 3%-5% 的氢氟酸溶液中 2-3h，溶解滤料表面附着的硅垢；再用清水冲洗至 pH 值中性，晾干后检测滤料孔隙率（需保持在 40% 以上），达标后方可重新装填。

若滤料因长期硅垢附着导致孔隙率低于 30%，或出现明显破碎（破碎率超过 8%），需及时更换新滤料，避免失效滤料继续使用导致堵塞加剧。

系统管道与阀门清理

每月对过滤器进水管道、反洗管道进行冲洗：关闭过滤器进出口阀门，从管道一端通入高压水（压力 0.4-0.6MPa），冲洗管道内壁附着的硅垢，防止管道内硅垢脱落进入滤料层，造成二次堵塞；

每季度拆解检查进水阀、反洗阀的阀芯，若发现阀芯有硅垢堆积，用软毛刷蘸取 1% 的氢氟酸溶液轻轻擦拭清理，避免阀芯卡涩导致流量控制异常，影响过滤器运行稳定性。

三、不同场景下的措施适配建议

（一）地下水处理场景（硅含量 50-100mg/L，含少量钙镁离子）

预处理：采用 “混凝沉淀（PAC 投加量 30-40mg/L）+ 改性活性氧化铝吸附塔”，将硅含量降至 20mg/L 以下；

滤料配置：上层 1.5-2.0mm 陶瓷滤料，中层 0.8-1.2mm 改性石英砂，下层 0.4-0.6mm 石榴石，中间增设尼龙网；

运行控制：进水温度≤30℃，pH 值 7.5-8.0，滤速 7-8m/h，反洗周期 8-10h，每月 1 次化学反洗；

维护重点：每两周检测出水硅含量，每 3 个月对滤料进行离线再生。

（二）工业循环水处理场景（硅含量 100-150mg/L，高温、高硬度）

预处理：“换热器降温（至 35℃以下）+ 石灰 - 纯碱软化 + 除硅吸附塔”，硅含量降至 30mg/L 以下，硬度降至 50mg/L 以下；

滤料配置：全层采用 1.0-1.5mm 陶瓷滤料（耐高温、抗硅垢），下层铺设双层尼龙网；

运行控制：pH 值 8.0-8.5，滤速 6-7m/h，反洗周期 6-8h，每两周 1 次化学反洗；

维护重点：每周检查滤料硅垢附着情况，每月清理管道与阀门，每 4 个月更换一次吸附塔吸附剂。

（三）矿山废水处理场景（硅含量 150-200mg/L，含大量悬浮物与胶体硅）

预处理：“格栅 + 混凝沉淀（PFS 投加量 50-60mg/L）+ 澄清池 + 除硅吸附塔（双塔并联，交替运行）”，硅含量降至 40mg/L 以下，悬浮物含量≤10mg/L；

滤料配置：上层 2.0-2.5mm 多孔陶瓷滤料，中层 1.0-1.2mm 改性石英砂，下层 0.6-0.8mm 石榴石，滤料层总高度 2.0m；

运行控制：pH 值 7.5-8.0，滤速 6m/h，反洗周期 6h，每周 1 次化学反洗；

维护重点：每日检测进水硅含量与 pH 值，每两周对滤料进行离线清洗，每半年更换一次中层改性石英砂。

四、结语

多介质过滤器处理含硅垢原水时，滤料堵塞的防止需以 “控硅为核心、适配为原则”，通过预处理减少硅含量、优化滤料抗垢性能、调整运行参数抑制硅垢析出、强化维护清除残留硅垢，构建全流程防控体系。实际应用中，需结合原水硅含量、温度、硬度等特性，灵活适配技术措施，同时注重定期监测与维护，才能有效避免滤料堵塞，保障多介质过滤器长期稳定运行，为后续水处理单元提供优质进水。