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一、機械篩分（直接攔截）

• 原理：石英砂過濾器石英砂顆粒按一定粒徑級配堆積形成濾層，顆粒間的孔隙構成 “篩網”，當水流通過時，大于孔隙直徑的懸浮物被直接攔截。

• 關鍵特性：

• 石英砂粒徑越小、堆積越緊密，孔隙直徑越小，對細微顆粒的攔截精度越高（如 0.5mm 粒徑砂層可攔截≥5μm 顆粒）；

• 濾層上層孔隙因先接觸水流，易被大顆粒堵塞，形成 “初始濾餅層”，進一步提升篩分效率。

• 應用場景：適用于去除原水中可見懸浮物（如泥沙、藻類殘骸），是過濾初期的主要機制。

二、慣性碰撞與攔截

• 原理：水流中的顆粒隨水流繞過石英砂顆粒時，因慣性保持原有運動軌跡，與砂粒發生碰撞而被截留；部分顆粒雖未直接碰撞，但貼近砂粒表面時被吸附攔截。

• 影響因素：

• 顆粒粒徑越大、流速越高，慣性作用越明顯（如 10μm 以上顆粒易因慣性碰撞被截留）；

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

• 典型案例：在地下水除鐵工藝中，Fe (OH)?膠體顆粒（粒徑 1-5μm）通過慣性碰撞被石英砂捕獲。

三、擴散沉積（布朗運動）

• 原理：微小顆粒（＜1μm）因布朗運動隨機運動，與石英砂表面接觸后被吸附，該機制在低流速條件下更顯著。

• 關鍵參數：

• 水流速度≤5m/h 時，擴散沉積效率提升 30%-50%（如電子超純水預處理需控制低流速）；

• 石英砂比表面積越大（如細粒徑砂），擴散沉積作用越強。

• 應用場景：用于去除水中膠體硅、細菌等微小顆粒，是深層過濾的主要機制。

四、吸附與絮凝作用

• 物理吸附：石英砂表面存在范德華力，對水中帶電膠體（如黏土顆粒）產生吸附作用，尤其當砂粒表面帶負電荷時，可吸附水中陽離子膠體。

• 化學吸附（催化作用）：

• 石英砂若含有微量金屬氧化物（如 Fe?O?），可催化水中溶解氧與鐵錳離子反應，生成沉淀物被截留（如地下水除鐵錳工藝）；

• 當原水投加絮凝劑（如 PAC）時，石英砂表面可作為絮凝核心，促進絮體長大并被截留。

• 案例：在市政水處理中，投加 PAC 后形成的 Al (OH)?絮體，通過石英砂的吸附 - 架橋作用被高效去除。

五、深層過濾與截污分布

• 濾層深度與截污規律：

• 上層濾層（0-300mm）：主要截留大顆粒（＞50μm），形成 “粗過濾區”，易堵塞；

• 中層濾層（300-800mm）：通過慣性碰撞和吸附截留中等顆粒（10-50μm）；

• 下層濾層（800mm 以下）：依靠擴散沉積和吸附去除細微顆粒（＜10μm），為 “精過濾區”。

• 級配設計的作用：
  采用 “上細下粗” 級配（如上層 0.5-0.8mm 石英砂，下層 1.0-2.0mm）時，截污分布更均勻，濾層利用率提升 40% 以上（對比單層等粒徑濾料）。