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常见问题

水处理滤料的研究与发展

时间:2021/05/11点击:

一、砂石、石英砂类滤料

1 单层滤料

1829年,英国伦敦的Chelsea供水公司建成了用于实际生产的第一慢滤池。慢滤池在运行过程中,由于水中的悬浮杂质不断积累在滤膜内,增加了过滤阻力,滤速逐渐降低,因此,在运行2~3个月后,需再生后重新投入运行。1885年,美国人研究发明了快滤池,并于1909年建立了第一座快滤池,改善了慢滤池存在的缺陷,大大提高了过滤速度。此时的过滤均为单层过滤,滤料为砂石、石英砂等。

2 多层滤料

随着过滤技术的不断提高,国内外研究者先后提出了多层滤料过滤。多层滤料在应用中使用较多的是双层滤料和三层滤料。1940年,美国首先发展了双层滤料滤池。这种滤池在上层采用密度小、粒径大的轻质滤料,运行资料表明,双层滤料含污能力比传统单层滤料高1倍,滤速提高0.5倍以上。三层滤料技术的研究开始于20世纪60年代,通常采用煤、砂、石榴石为滤料,这种滤池在初滤时滤速可为单层快滤池的3倍,为煤砂双层滤池的2倍。

近几年,国内研究者在滤料材质上也做了相应改进,常见的一种为活性炭和石英砂组合。清华大学张声等对活性炭-石英砂双层深床滤料浮滤池处理高藁水源水进行了研究,结果表明,气浮过滤一体化的活性炭石英砂双层深床过滤对藻总数去除率为95.1%、叶绿素去除率为92.2%、出水浊度去除率为54.3%、耗氧量去除率为63.6%、色度去除率为86.4%。

3 均质滤料

这种滤料形成的滤床从上到下每个剖面都有大、中、小粒径的颗粒,它们各自的量相等或接近。滤料在滤床上下方向的孔隙率相同,从而使滤床水的流态也相同。均质滤料能更好地克服表面阻塞,絮体深人滤床,以达到滤出水量多、水质好的效果。

二、陶粒滤料

陶粒的发现可追溯至1885年,但实际上是于1918年才由S.J.Hayde研制出来。我国是从20世纪50年代初开始研究陶粒的生产和应用的。陶粒是利用工业废渣、废料或废弃的矿物原料、劣质页岩为原料制成的,陶粒内部的微孔为多孔结构,使得陶粒具有容重小、强度高、耐化学腐蚀等特性。陶粒滤料比表面积是石英砂滤料的6~8倍,孔隙率是石英砂的1.7~2.2倍。

近些年来,陶粒作为废水生物处理填料得到广泛应用,对废水处理效果较好,氨氮去除率可达90%以上。Kato等用多孔陶瓷填料处理食品废水,当水力停留时间为30.17h时,COD平均去除率超过87%。目前,国内外研究者在常规陶粒的基础上开发出了酶促陶粒、球形轻质陶粒、纳米改性陶粒等新型陶粒滤料。酶促陶粒主要是利用酶的催化作用来加强处理效果;球形轻质陶粒具有表面粗糙、密度适中、强度高、耐摩擦等优点;纳米改性陶粒则是利用纳米技术对滤料进行改性,该滤料表面存在纳米粒子,使之具有更强的处理能力。

三、改性滤料

考虑到普遍采用的石英砂、陶粒、无烟煤等滤料存在的比表面积有限、中性条件下表面带负电荷或不经济性等,研究者开发了改性滤料,并成为广泛研究的热门课题。改性滤料即在载体滤料表面通过物理化学反应涂上一层改性剂,从而改变原滤料颗粒表面的物理化学性质,可提高滤料的截污能力以及对某些特殊物质的吸附能力、改善出水水质等。实践表明,改性滤料能增加滤料的比表面积和强化吸附能力,从而在与水中各类有机物、细菌、藻类接触的过程中充分发挥由表面涂料所产生的强化吸附和氧化净化功能。改性滤料不但能吸附大分子和胶体有机物,同时还可以大量吸附和氧化水中的重金属离子和小分子可溶性有机物,从而达到全面改善水质的目的。

1 改性滤料用于污水处理

向阳采用改性蒙脱土、海泡石吸附水中的有机污染物,发现当水中含有一些过渡金属如铁、铬、锰、铜、铂时,由于过渡金属空轨道吸引了有机物中一些原子或官能团的孤对电子,而改变了有机物的结构,使一些难以降解有机物的化学键极易断裂,从而将有机物彻底分解。高乃云教授采用氧化铝涂层改性石英砂去除有机物和浊度,发现出水中的TOC、CODMn指标都显示出涂层砂优于未涂层砂。国外这方面的研究开始得更早一些。1989年,Jiban K.Satpathy用平均几何尺寸为0.7mm的过筛石英砂表面涂以硝酸铁,结果发现,其表面积增加近40倍,能有效地从镀镉、镀铬废水中去除镉、铬和氰化物。1996 年,印度工业学院Arun Joshi等采用硝酸铁涂到平均几何尺寸为0.49mm的石英砂表面的氧化铁涂层砂作为滤料,制成低成本的、简单的家用除砷装置,以去除地下水中的三价和五价砷。

2 改性滤料用于净水处理

当改性滤料用于污水处理的研究越来越广泛时,用于净水处理的研究也已经开始。周岳溪等研究发现表面改性石英砂能有效去除水中的可溶性磷酸盐,对Cr3+、Cu2+等重金属离子的去除率均在90%以上;日本Maeda等将氢氧化铁涂到珊瑚石上,得到铁珊瑚石滤料,可以有效地把水中的五价砷吸附到铁珊瑚石表面; 20世纪90年代初,Benjanin教授和他的课题组成员开始将改性滤料用于给水处理中;Stenkamp等将涂铁改性石英砂滤料用于过滤试验,去除带正电的铁化合物颗粒和带负电的乳浊液颗粒,结果改性滤料几乎在所有试验中优于原石英砂,改性滤料具有静电吸附能力强、成熟期短、能减少混凝剂用量等特点;Jerzy Lu Kasik 等人用氢氧化铁、氢氧化铝覆盖砂粒,对滤料进行改性去除水中的微生物,结果表明,对水中的大肠杆菌、霍乱杆菌、脊髓灰质炎病毒1、大肠菌噬体MS-2的去除率都在99%以上。

四、聚合物滤料、金属滤料

随着聚合物加工技术、生产技术的不断进步,具有不同功能的聚合物滤料、金属滤料等不断出现,这些滤料在强度、密度等方面比石英砂滤料等具有较为明显的优势。英国某水厂曾使用聚乙烯轻质滤料进行过滤,效果很好,其过滤在出水、投药量等方面远优于砂滤料滤池;我国也有一些小型的水处理如游泳池的水处理、小型给水系统采用了轻质滤料进行过滤,均取得良好的效果;Cu-Zn合金滤料是由高纯度的铜、锌两种金属按一定的比例组合而成的一种水处理材料,商品名为KDF(Kinetic Degradation Fluxion),由Don Heskett教授于1984年发明,合金滤料已经被用于生活用水深度净化、工,业给水净化及废水处理等方面。

五、纤维滤料

纤维滤料突破了粒状滤料粒径不能进一步缩小的限制,使滤料的直径达到了微米级,大大增加了滤料的比表面积和吸附能力。日本尤尼切卡公司首先研制了纤维球滤料,它由松散的短纤维制成,具有孔隙率高、比表面积大、截污能力强、可以进行微絮凝过滤等特点。继而国内研究者也开始对纤维类滤料进行研究。彗星式纤维滤料是国家863科技成果、国家火炬项目、国家重点新产品(也称863滤料),该滤料纤维球上带着细小纤维,散开时形状如彗星,具有足够的化学稳定性,滤水过程无有害成分溶出。

六、生物活性滤料

1 复合生物活性滤料随着水源污染日趋严重,给水处理与污水处理的界限也越来越模糊,污水处理中的许多技术也开始用于给水处理中。复合生物活性滤料由活性和惰性滤料复合构成滤床,在保持滤池去除悬浮物功能的基础上强化滤池去除有机物的能力。活性滤料由极性和非极性滤料复合而构成,用以提高吸附、去除有机物的能力,对氨氮的去除效果较好,也可去除水中的部分COD。

2 臭氧-生物活性炭滤料

水中通有充分的溶解氧,在活性炭前加臭氧,使附着于活性炭上的微生物产生生物活性,是利用活性炭的吸附量并采用臭氧消毒的技术。试验表明,臭氧-生物活性炭滤料能去除大量天然有机物、溶解无机物及铁、锰等。生物活性炭滤料比活性炭滤料使用寿命增加2~9倍,不足之处是生物膜由滤料中脱落进入清水池中可能对水质产生二次污染。

随着国内外研究者对水处理滤料研究的不断深人,新型性能优越的滤料不断涌现。滤料在材质、性能等方面都得到了很大的改善,价格低廉、性能优越、具有生物活性的滤料是以后的发展趋势。