低温原水多介质过滤器的运行参数调整与效率提升

低温原水（水温＜5℃，常见于冬季地表水、地下水及高纬度地区水源）因水黏度增大、污染物活性降低、滤料截留性能衰减等特性，会导致多介质过滤器出现滤层孔隙堵塞加快、反洗效果变差、出水水质波动等问题，悬浮物去除率较常温工况下降 20%-30%，反洗周期缩短至 1-2 天。本方案从低温水水质特性出发，通过滤料级配优化、运行参数调整、反洗工艺强化、预处理辅助四大核心措施，实现低温工况下悬浮物去除率≥95%，反洗周期延长至 5-7 天，适配冬季水处理、高纬度地区供水等场景。

一、低温原水对多介质过滤器的影响机制

1. 水物理特性变化导致过滤阻力增大

水温降低至 5℃以下时，水的动力黏度会升高至常温（20℃）的 1.5-2 倍，水分子间作用力增强，水流在滤料孔隙中的流动阻力大幅增加。一方面，水流速度变慢，悬浮物与滤料表面的接触时间延长，但黏性增大的水流会裹挟细小颗粒穿透滤层，导致出水悬浮物浓度升高；另一方面，过滤阻力上升会使过滤器进出口压差增速加快，滤料孔隙易被压实，污染物更难被反洗剥离。

2. 污染物凝聚性能下降，截留难度提升

低温环境下，水中胶体颗粒的布朗运动减弱，碰撞凝聚概率降低，形成的絮体粒径偏小且结构松散，难以被滤料有效截留。同时，低温会抑制混凝剂（如聚合氯化铝、硫酸铝）的水解反应，絮凝效果衰减，进一步增加滤料的截留负荷。此外，低温水的 pH 值易升高，水中钙镁离子易与碳酸根结合形成细微碳酸钙、氢氧化镁沉淀，附着在滤料表面加剧堵塞。

3. 反洗效率显著衰减

常温下的反洗强度与时间参数在低温工况下不再适用：一是低温水黏度大，反洗水流的冲刷力下降，无法有效松动滤层，滤料膨胀高度仅为常温工况的 50%-60%；二是低温下滤料表面的黏性污染物（如腐殖质、胶体）附着力增强，常规气水联合反洗难以将其剥离，反洗后滤料残留污染物较多，导致过滤效率快速反弹。

二、低温原水多介质过滤器运行参数调整策略

1. 滤料级配与类型优化，提升截留性能

针对低温水絮体细小、过滤阻力大的特点，优化滤料组合，降低水流阻力并增强对细小颗粒的截留能力。

滤料级配调整：摒弃常规 “粗粒径无烟煤 + 细粒径石英砂” 的双层滤料结构，采用 **“梯度级配复合滤料”设计：上层选用大粒径改性无烟煤 **（粒径 2.0-3.0mm，厚度 350mm），降低水流阻力；中层选用中粒径食品级陶粒（粒径 1.0-1.5mm，厚度 300mm），利用陶粒多孔结构截留细小絮体；下层选用细粒径石榴石（粒径 0.5-0.8mm，厚度 200mm），作为精滤层拦截穿透上层的微小颗粒。滤料总装填厚度控制在 0.8-1.0m，相较于传统 1.2m 厚滤层，可降低过滤阻力 30% 以上。

滤料改性处理：对无烟煤与陶粒滤料进行疏水改性，通过表面喷涂硅烷偶联剂，降低滤料亲水性，减少低温水在滤料表面的附着，同时削弱污染物与滤料的黏附力，便于反洗剥离。对于高浊度低温水，可在滤料层顶部铺设一层不锈钢纤维滤毡（厚度 5mm），提前截留部分大颗粒悬浮物，降低下层滤料负荷。

2. 过滤运行参数精准调控，降低阻力与提升截留

通过调整过滤流速、压差阈值、混凝剂投加量，适配低温水的过滤特性。

降低过滤流速：将常温工况下的 5-8m/h 过滤流速降至3-4m/h，延长水流与滤料的接触时间至 20-25 分钟，确保细小絮体充分被截留。对于悬浮物浓度＞50mg/L 的低温原水，可进一步降至 2-3m/h，避免滤层超负荷运行。

调整压差控制阈值：将压差触发反洗的阈值从常温的 0.08MPa 降至0.06MPa，在滤料孔隙未被压实前及时反洗，防止污染物在滤层内累积硬化。同时采用 “压差 + 时间” 双触发机制，最长运行时间不超过 72 小时，避免因水质波动导致的滤料堵塞。

优化混凝剂投加方案：在过滤器前端预处理单元中，将混凝剂投加量提高30%-50%，并选用低温型混凝剂（如聚合氯化铝铁、聚丙烯酰胺复配药剂）。同时投加助凝剂（如阳离子 PAM），投加量 0.5-1.0mg/L，促进细小絮体凝聚成大粒径密实絮体，提升滤料截留效率。

3. 反洗工艺强化，提升污染物剥离效果

针对低温反洗效率差的问题，采用 “升温反洗 + 强化气洗 + 化学辅助反洗” 的组合工艺，彻底剥离滤料表面污染物。

反洗水升温处理：将反洗水加热至15-20℃，降低水的黏度，提升反洗水流的冲刷力。可利用工业余热、蒸汽换热器或电加热器加热反洗水，加热后的反洗水可使滤料膨胀高度提升至装填厚度的 40%-50%，与常温反洗效果持平。

强化气洗参数与时序：延长气洗时间并提高气洗强度，将常温下气洗强度 15-18L/(m²・s) 提升至20-25L/(m²·s)，气洗时间从 5 分钟延长至8-10 分钟。采用 “先强气洗、后气水联合洗、再温水漂洗” 的时序：强气洗阶段利用高强度气流剧烈扰动滤层，打破污染物与滤料的黏附力；气水联合洗阶段（气洗强度 15L/(m²・s)，水洗强度 12L/(m²・s)）用温水将污染物带出；最后用常温清水漂洗 5 分钟，避免残留温水对滤料造成热冲击。

化学辅助反洗：每 3 次常规反洗后，进行一次化学辅助反洗，投加 2% 的氢氧化钠 + 0.5% 的次氯酸钠混合溶液，浸泡滤料 30 分钟。氢氧化钠可分解滤料表面的黏性有机物，次氯酸钠能杀灭低温下易滋生的微生物黏泥，浸泡后再用温水反洗，可使滤料截留性能恢复至初始状态的 90% 以上。

三、预处理辅助措施，降低低温水过滤负荷

1. 前置混凝沉淀强化，减少滤料截留压力

在多介质过滤器前增设高效沉淀池，优化低温絮凝工艺：

采用低温型混凝剂 + 助凝剂复配投加，混凝剂选用聚合氯化铝铁（PAFC），其水解温度低，在 5℃以下仍能保持良好的絮凝效果；助凝剂选用阴离子 PAM，增强絮体的密实度与沉降性能。

沉淀池内设置导流板与斜管填料，提升絮体沉降效率，确保沉淀池出水悬浮物浓度降至 20mg/L 以下，大幅降低后续过滤器的负荷。

2. 原水预热处理，改善水物理特性

对于条件允许的场景，可在预处理阶段对原水进行适度预热，将水温提升至 8-10℃：

利用电厂余热、工业废水余热等低品位热源，通过板式换热器加热原水，避免直接加热导致的能耗过高；

预热后的原水黏度可降低 30%-40%，不仅能提升过滤效率，还能促进混凝剂水解，减少药剂投加量。

3. 投加抗低温助滤剂，优化滤料表面特性

向过滤器进水端投加硅藻土或珍珠岩粉等助滤剂，投加量为 5-10mg/L。助滤剂可在滤料表面形成一层疏松的滤膜，一方面截留细小悬浮物，另一方面增大滤料孔隙率，降低过滤阻力。助滤剂形成的滤膜易于反洗剥离，不会加剧滤料堵塞。

四、低温工况下的运维管控要点

1. 定期监测水质与运行参数

每日检测过滤器进出口水温、悬浮物浓度、压差变化，记录过滤流速、反洗强度、反洗时间等参数，建立低温工况运维台账。当出水悬浮物浓度＞5mg/L 时，及时调整过滤流速或启动强化反洗程序。

2. 滤料定期维护与再生

每季度对滤料进行一次筛分，去除磨损破碎的细颗粒滤料，补充新滤料；每半年对滤料进行一次深度化学清洗，采用 “酸洗 + 碱洗” 组合工艺：先用 5% 盐酸溶液浸泡 2 小时，去除滤料表面的钙镁结垢，再用 2% 氢氧化钠溶液浸泡 1 小时，剥离黏性有机物，最后用温水反洗至出水清澈。

3. 反洗系统的冬季防冻措施

对于室外安装的过滤器，需对反洗水管路进行保温处理，包裹聚氨酯保温层并加装伴热带，防止低温下管路结冰堵塞；反洗水箱设置加热装置，确保反洗水温度稳定在 15-20℃；停机时需彻底排空过滤器与管路内的积水，避免冻裂设备。

五、工程应用案例

某高纬度地区市政供水项目，冬季原水水温低至 2-4℃，原水悬浮物浓度 30-80mg/L，采用常规多介质过滤器时，悬浮物去除率仅为 70%，反洗周期不足 2 天。应用本方案优化后：

将滤料级配调整为 “2.5-3.0mm 改性无烟煤 + 1.0-1.5mm 陶粒 + 0.5-0.8mm 石榴石”，总装填厚度 0.9m；

过滤流速降至 3.5m/h，压差阈值调整为 0.06MPa；

反洗水加热至 18℃，气洗强度提升至 22L/(m²・s)，反洗时序优化为 “强气洗 8 分钟 + 气水联合洗 10 分钟 + 温水漂洗 5 分钟”；

前置沉淀池投加低温型 PAFC 与 PAM，沉淀池出水悬浮物浓度降至 15mg/L 以下。

优化后，过滤器悬浮物去除率提升至 96%，出水悬浮物浓度≤3mg/L，反洗周期延长至 6 天，冬季运行稳定性显著提升，年节约反洗水耗与药剂成本约 12 万元。

六、工艺优化方向

智能化温控系统：加装水温与压差联动控制系统，根据进水温度自动调整过滤流速与反洗强度，实现无人值守精准调控；

新型低温滤料研发：开发耐低温、疏水性强的复合滤料（如石墨烯改性陶粒），进一步提升低温工况下的截留性能；

余热回收利用：耦合市政供暖余热或工业余热，实现原水预热与反洗水加热的一体化设计，降低运行能耗。