如何通过物理手段改良水质?
浏览: 日期:2026-02-03
通过物理手段改良水质,核心是利用物理作用分离、去除水中的杂质或调整水的物理性质,全程不改变水中物质的化学结构,仅通过过滤、沉淀、吸附、分离、换热等方式优化水质指标,是水处理中最基础、应用最广泛的改良方式,常作为预处理或深度处理环节,适配原水净化、污水预处理、循环水改良等几乎所有水质改良场景。
物理改良水质的方法按核心作用原理可分为 6 大类,每类方法都有明确的适用杂质、实操设备和应用场景,且大多可组合使用,以下是实操性极强的分类详解,包含适用场景 + 核心设备 + 改良效果,覆盖水处理全流程:
一、筛滤 / 截留法:去除水中粗大悬浮固体
核心原理:利用筛网、格栅的孔隙大小,机械截留水中的粗大杂质,类似 “筛子筛东西”,是水质改良的第一道预处理工序。
- 常用设备:格栅(粗格栅 / 细格栅)、筛网、微滤机
- 适用杂质:树枝、塑料、纤维、泥沙团、大颗粒悬浮物等
- 改良效果:去除水中肉眼可见的粗大固体,防止后续设备(泵、管道、过滤器)堵塞、磨损,降低水的悬浮物(SS)指标
- 典型场景:市政污水预处理、地表水净化、工业废水前端处理、水产养殖水过滤
二、沉淀 / 重力分离法:去除水中可沉降的悬浮颗粒
核心原理:利用重力差,让水中密度大于水的悬浮颗粒自然沉降(或密度小于水的浮渣上浮),实现固液分离,是去除水中细颗粒悬浮物的基础方法。
- 常用设备:平流沉淀池、竖流沉淀池、斜管 / 斜板沉淀池、隔油池(浮上分离)
- 适用杂质:泥沙、黏土、细颗粒悬浮物、油珠(隔油池)、矿渣颗粒等
- 改良效果:大幅降低水的 SS、浊度指标,隔油池可去除水中 80% 以上的浮油,沉淀后水的浊度可降至 10~20NTU
- 典型场景:自来水厂原水净化、污水预处理、工业废水除砂、油田含油废水初步除油
三、过滤法:去除水中细微悬浮颗粒 / 胶体,深度降低浊度
核心原理:让水通过多孔过滤介质(滤料),利用介质的孔隙截留、颗粒吸附作用,去除水中沉淀法无法去除的细微悬浮颗粒和胶体,是深度降低浊度、SS的核心物理方法,分常规过滤和精密过滤两类。
1. 常规过滤(粗过滤)
- 设备:快滤池、慢滤池、石英砂过滤器、活性炭过滤器(物理吸附 + 过滤)、多介质过滤器(石英砂 + 无烟煤 + 磁铁矿)
- 适用杂质:细微悬浮物、胶体、少量有机物,可去除部分余氯、异味
- 改良效果:将水的浊度降至 1NTU 以下,SS 接近 0,改善水的口感和外观
2. 精密过滤(微滤 / 超滤)
- 设备:微滤(MF)膜组件、超滤(UF)膜组件、保安过滤器(5μm/1μm 滤芯)
- 适用杂质:微米级 / 纳米级悬浮物、胶体、细菌、藻类、大分子有机物
- 改良效果:浊度降至 0.1NTU 以下,完全去除细菌、藻类,为后续反渗透(RO)、纳滤(NF)提供合格原水
- 典型场景:自来水深度净化、反渗透预处理、工业纯水制备、污水深度处理回用
四、吸附法:去除水中异味、色素、微量有机物 / 重金属
核心原理:利用吸附剂的多孔结构和表面吸附力(物理吸附,范德华力),将水中的微量杂质吸附在吸附剂表面,实现分离,是改善水的口感、色度、异味的核心物理方法,也可辅助去除微量污染物。
- 常用吸附剂:活性炭(颗粒活性炭 GAC / 粉末活性炭 PAC,最常用)、沸石、硅藻土、分子筛
- 适用杂质:水中的异味物质(如腐殖质、硫化氢)、色素、余氯、微量有机物(如农药残留)、部分微量重金属离子
- 改良效果:去除水中 90% 以上的异味、色素,余氯去除率接近 100%,大幅改善水的感官指标
- 典型场景:自来水厂口感改良、饮用水深度净化、工业废水除色除味、泳池水净化
五、膜分离法:精密分离水中的离子、分子、微粒(物理截留为主)
核心原理:利用特殊合成膜的选择性透过性,在压力 / 浓度差驱动下,让水分子通过膜孔,截留水中的离子、分子、微粒,是物理法中精度最高的水质改良方式,反渗透(RO)、纳滤(NF)虽有少量溶解作用,但核心为物理截留。
- 常用设备:纳滤(NF)膜组件、反渗透(RO)膜组件、电渗析(ED,物理离子迁移)
- 适用杂质:无机盐离子(如钙、镁、钠、氯)、小分子有机物、重金属离子、细菌、病毒
- 改良效果:反渗透可去除水中 99% 以上的无机盐和杂质,产出超纯水;纳滤可选择性去除二价离子,保留部分一价离子(如矿泉水制备)
- 典型场景:海水 / 苦咸水淡化、工业超纯水制备、饮用水除盐除重金属、污水深度回用
六、物理调整法:改变水的物理性质,适配使用 / 处理要求
这类方法不直接去除杂质,而是通过调整水的物理状态改良水质,满足后续工艺或使用需求,是辅助性物理改良手段,核心分为 3 类:
- 沉淀辅助:水力搅拌 / 曝气原理:通过搅拌或曝气让水中悬浮颗粒碰撞凝聚,形成大颗粒絮体,加速沉淀;曝气还能增加水中溶解氧(DO)设备:搅拌器、曝气盘、射流器场景:沉淀池预处理、污水生化池前置曝气、地下水除铁锰(辅助氧化,物理 + 轻度化学)
- 防垢除垢:磁化 / 超声波处理原理:利用磁场或超声波改变水中钙镁离子的结晶形态,防止其在管道 / 设备表面结垢,同时让已结垢层脱落设备:磁化水处理器、超声波除垢仪场景:工业循环冷却水防垢、锅炉水预处理、管道除垢
- 温度调整:换热 / 蒸发原理:通过换热器调节水温(如降低循环水温度、提高原水温度),或通过蒸发实现固液分离(如高盐废水浓缩)设备:板式换热器、蒸发结晶器、冷却塔场景:工业循环水温度控制、高盐废水减量处理、饮用水低温预处理
物理改良水质的核心特点 & 实操搭配原则
- 核心优势:全程无化学药剂添加(或少量辅助),无二次污染,操作简单,成本较低,设备易维护,适合大规模水处理;
- 局限性:对水中溶解性小分子、离子型污染物的去除能力有限(仅膜分离法可高效去除),常需与化学法、生物法搭配使用;
- 搭配原则:由粗到精,逐级处理—— 先通过格栅 / 沉淀池去除粗大杂质,再通过过滤器 / 活性炭去除细微颗粒和异味,最后通过膜分离法实现深度净化,形成 “物理预处理→物理深度处理” 的完整流程,若水中有机物含量高,可在中间加入生物法辅助。
典型物理法水质改良流程示例
- 自来水净化:原水→格栅→沉砂池→斜管沉淀池→石英砂过滤器→活性炭过滤器→消毒(化学)→成品水
- 反渗透预处理:原水→多介质过滤器→保安过滤器→超滤→反渗透进水(浊度<0.1NTU,满足 RO 要求)
- 生活污水回用:污水→格栅→沉淀池→石英砂过滤器→活性炭过滤器→超滤→中水(用于绿化、冲厕)
