水处理用改性石英砂过滤材料的原理是什么呢？

发布时间：2020-10-30 来源：天然石英砂厂家 浏览次数：

         水处理用改性石英砂过滤材料的原理是什么呢？介绍了强化过滤工艺中所使用的改性滤料，对其定义、载体、改良剂、制备及表征技术作了系统的综述。与普通滤料相比，改性滤料具有一系列优良性能。以此为基础，对改性滤料处理水中重金属离子、砷、硒、氟、有机物、微生物、藻类等污染物的工艺进行了简要介绍。
水处理用改性石英砂过滤材料。
         伴随着我国工业的发展，人口的增长，环境污染，尤其是水源地的污染，对城市居民的身体健康造成了极大的威胁。调查显示，被污染水源中所含的大多数有机物对人体健康有害，或者可能形成对人体有“三致作用”的氯消毒副产物(DBPs)。但传统的水处理工艺由于净化功能的限制，对水中有机物、重金属离子、藻类等的去除能力较低，特别是对水溶性低分子有机物的去除能力较差。由于水环境污染的加剧和人们生活水平的不断提高，人们对饮用水的质量要求越来越高，相应的供水水质标准也越来越高。污水的净化与处理已成为一个十分重要而紧迫的新课题。
         它是一种广泛应用于给水处理、污水处理和环境保护等领域的净水材料。但由于石英砂过滤材料表面孔隙率低，比表面积小，等电点低，在正常条件下带入负电性，使其对水中有毒物质(重金属离子等)、细菌、病毒和有机物等的去除效果差。近几年来，研究人员提出了对普通石英砂滤料进行改性的想法，通过在石英砂表面粘附不同功能物质，改善滤料表面性能，制成吸附性能好、机械强度高的改性滤料。考虑到我国目前的经济水平，该技术在给水处理领域具有广阔的应用前景。

         过滤材料的改进。所谓改性滤料，就是在普通石英砂滤料表面通过化学反应涂覆一层改性剂(通常是金属氧化物和氢氧化物)，从而改变原滤料颗粒表面的物理化学性质，以增加滤料对某些特殊物质的吸附能力，增强其截污能力，达到改善出水水质的目的。通过试验证明，改性滤料能充分发挥增大滤料比表面和强化吸附的能力，从而实现在与水中各种有机物、细菌、藻类接触的过程中，表面涂料产生的强化吸附和氧化净化作用。它不仅能吸附大分子物质和胶体有机物，而且能对水中的重金属离子和小分子可溶性有机物进行大量吸附和氧化，达到全面改善水质的目的。
         吸附剂。适宜作滤料吸附剂的材料有很多，常用的有Fe系、Al系氧化物或氢氧化物、锰系氧化物、镁系氧化物和稀土类金属化合物等。在吸附剂中，Fe系和Al系的水合氧化物、氢氧化物应用广泛。活化镁比表面积大，孔隙多，吸附能力强，是一种优良的吸附材料。其中，稀土金属配合物是一种新型材料，它能改善传统滤料的表面结构，提高其吸附位置，对水中的重金属离子和部分无机离子等杂质具有良好的去除效果。但是，稀土类金属化合物作为吸附剂与载体结合不好，在一定程度上限制了其广泛应用。另外，将含有多种特殊基团的聚合物有机化合物涂覆于滤料表面或与金属氧化物结合，通过官能团的作用改善滤料的吸附性能也是目前研究的方向。
改性过滤材料在水处理工艺中的应用。
         改性滤料可去除水中的重金属离子。金属氧化物对Zn2+的吸附实验表明，在氧化铝涂层砂改性滤料除锌实验中，去除率与pH值有密切关系：当出水pH值小于4时，铝砂比石英砂更有效；大于4时，随着pH值的增大，对锌的去除率提高；大于9点时，对锌的去除率达到100%。
采用铁氧体覆盖砂粒柱进行吸附Pb2+,Cd2+,Cu2+,Cr2+和Cr2+的实验研究，结果表明：在pH为40倍滤床体积的情况下，溶解态重金属离子Pb2+,Cd2+,Cd2+,Cu2+和Cr2+几乎都能被去除，一般情况下，络合态重金属离子的去除率较低，而铁氧体覆盖砂粒柱在滤床体积为40倍的情况下，几乎能被去除。对于颗粒状重金属物质，在高水力负荷条件下，一般砂粒柱和改性砂粒柱对颗粒均有70%的去除率，但这种去除率在改性砂粒柱中持久实现，在普通砂料中可迅速降至25%；与普通砂粒柱相比，改性砂粒柱还可增加滤层运行时间，降低冲洗频率；在冲洗过程中，先用水反洗，然后用酸性溶液进行再生(pH值为3)。
         改性滤料可去除水中阴离子型有害物质。改性滤料在水中去除砷。砷属有毒物质，一些地表水由于受到农药、固体废物和工业废水的污染而含有砷，另一些地下水由于在高砷地层中被砷污染。无机砷的毒性大于有机砷，三价砷的毒性大于五价砷，世界卫生组织规定饮用水中三价砷的含量不超过0.01毫克/升。
         通过对氧化铁砂改性滤料进行除砷试验，发现除砷效果明显，脱砷率可达95%以上，并符合低pH值、高脱砷的规律。研究结果表明，在一定的pH值和吸附剂浓度范围内，以氢氧化铁改性砂吸附水中As2+和As2+，可使砷的脱除效率达到92%。通过改良的过滤介质去除水中的硒。
SeO2-3和SeO2-4是水中硒的主要形式，过量的硒对人体有害。研究发现，覆盖氧化铝(AOCS)的砂能有效去除水中的硒(ⅳ)和硒(ⅵ)。AOCS对硒的吸附受制备过程中酸碱度的影响。研究发现，当pH值为5.98时，AOCS对四价硒和六价硒的去除率分别为1.05和0.63。硒(ⅳ)和硒(ⅵ)的吸附等温线参数与吸附过程中溶液的酸碱度有关。在一定的酸碱度范围内，大吸附量随着酸碱度的增加而降低。在合适的酸碱度、吸附量和吸附时间条件下，硒的去除率可接近100%。
         通过改进的过滤介质去除水中的氟。在氧化铁覆膜砂改性滤料除氟实验中，发现在低pH值(pH值小于5.0)条件下除氟率可达90%以上，但随着水pH值的增加，除氟率降低；除氟吸附等温线属于典型的朗缪尔型。
3.3通过改良的过滤介质去除水中的有机物。
         利用氧化铁覆膜砂去除有机物，发现氧化铁覆膜砂在酸性条件下能有效吸附天然有机物(NOM)。水中有Ca2+、Mg2+、CI、SeO2-4和HCO3-离子，即使浓度很高，对NOM的吸附能力也没有影响。比较了三种氧化物覆膜砂和未覆膜砂对有机物的去除性能。实验结果表明，高温制备的铝覆膜砂和铁覆膜砂对NOM的去除效果优于碱沉淀法制备的铁覆膜砂，三种覆膜砂均优于未覆膜砂。反洗后三种不同覆膜砂的效果与反洗前没有区别。
         对四种不同改性滤料对水中有机物的去除效果进行了静态和动态吸附实验。结果表明，改性滤料对有机物的去除效果始终优于原滤料，包覆铁砂对有机物的去除率达到66%。通过用氢氧化铁和氢氧化铝覆盖沙子来改性过滤材料。将lkg改性滤料放入柱(体积0.7L)中，水中大肠杆菌、霍乱弧菌、脊髓灰质炎病毒1型和大肠杆菌MS-2的去除率均在99%以上。将120升的水处理30天后，去除效果得以保持。通过192L水后，大肠杆菌、大肠杆菌MS-2、脊髓灰质炎病毒1的去除率仍为80%、99.9%、90%。此外，改性后的滤料还可以去除原水中的肠道细菌和大肠杆菌。室温下，被测微生物(如肠杆菌、大肠杆菌MS-2、大肠杆菌)的去除率均在99%以上；而普通沙子对微生物的去除作用不大。此外，在流出物中没有检测到与盖子相关的成分，表明盖子非常稳定。
         石英砂表面覆盖有氢氧化铝、氢氧化铁、石灰和δ-二氧化锰。结果表明，当酸碱度在6.3范围内时，脊髓灰质炎病毒1号的吸附效果良好。采用以氢氧化铝覆膜砂为过滤介质的吸附柱(体积0.0063升)去除脊髓灰质炎病毒。通过0.2L水时，病毒去除率为98.9%。当处理0.5L水时，病毒去除率为93.97%。用氢氧化铝和氢氧化铁改性的石英砂滤料去除水中的病毒。实验表明，当pH值为7时，脊髓灰质炎病毒1型的去除率为86.1%，大肠杆菌MS-2的去除率为100%。
         改性滤料可以消除其他污染物。研究了改性滤料对痕量苯酚的去除。研究发现，随着pH值的降低，改性滤料对苯酚的吸附效率逐渐提高，但去除率不高，说明改性滤料表面对苯酚的吸附遵循配位交换吸附机理，并且预先加入高锰酸钾可以明显增强改性滤料对苯酚的去除效果。
对改性滤料除藻进行了研究。研究发现，虽然改性砂对含藻水的直接过滤效果略好于石英砂，但经过混凝沉淀后，改性砂对含藻水的过滤效果明显优于石英砂，尤其是过滤滞留量远远大于普通石英砂。还发现含藻水经过混凝沉淀后残留的铝能够促进藻类颗粒的去除。
         存在的问题。         (1)过滤过程中滤料长时间浸泡在水中。如何保证改性滤料的稳定性，即金属氧化物/氢氧化物与滤料表面的强粘附性，是研究和实际应用中需要解决的关键技术问题。目前国外通常采用高温煅烧的方法在石英砂表面烧结铁或氧化锰，通过氧化铁在水中形成丰富的表面羟基来提高吸附能力。在今后的研究中，我们应该重点研究各种制备方法，特别是通过各种物质的复合对普通过滤材料的改性。此外，借鉴纳米制备技术也值得探索。
         (2)寻找合适的载体。国外已发现，用橄榄石代替普通石英砂制成的改性滤料的性能比用石英砂作为载体制成的滤料好得多。在国内，可以根据当地情况使用其他天然滤料代替石英砂，或者将改性后的砂与其他吸附载体烧结在一起(如硅藻土、火山灰等)。)以提高改性过滤材料的去除效果。
         (3)到目前为止，改性滤料去除的物质不多，水中氨氮、苯酚等有害物质的去除还有待研究。而且由于各个研究人员的生产方法不同，改性后的过滤介质性能往往有很大差异。因此，如何找到一种有效的制备方法来工业化生产改性滤料，并形成独立的产品，以促进其在水处理中的广泛应用，是一个具有重要意义的课题。
         前景。目前，国内外专家学者致力于研究改性滤料的制备方法和载体，以及在制备过程中如何拓宽改性滤料的吸附范围，提高吸附效率，从而制备出性能更好的改性滤料。改性后的滤料能有效去除水中的重金属离子、有机物、细菌病毒、藻类、苯酚等有毒有害物质，非常适合我国水处理的现状，因此在水处理方面将有广阔的应用前景。

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