改性石英砂滤料能去除水中的有机物

　石英砂滤料是我国目前使用极其广泛的一种滤料。我厂生产的石英砂滤料有普通石英砂滤料和精制石英砂滤料 精制石英砂滤料 我公司生产的精制石英砂滤料是采用高纯度的石英矿石，经破碎、筛分、水洗加工而成。其作用是与过滤容器结合，用于截留水中悬浮物胶体等颗粒杂质。适用于电力系统、多介质过滤器、离子交换器、活性炭过滤器垫层及水中含有酸碱成份的水处理过滤。外观洁白，多棱角，无粉末积附于石英砂表面。可酸洗（如有要求）。


　　我们生产的石英砂滤料严格按照水处理石英砂滤料（CJ/43-2005）国家标准生产加工。石英砂是采用以含硅物质为主的天然石英矿石，经破碎、水洗、烘干、二次筛选而成。其色纯白、杂质含量小、多棱角、密度大、机械强度高，截污能力强，在过滤和冲洗过程中抗侵蚀，化学性能稳定，出水水质稳定，不堵塞，不结块，比海砂使用周期长（1－2周期），是净化水处理的理想材料。

　　石英砂的粒径标准：

　　1.在各种粒径范围的石英砂滤料中，小于下限粒径的不应大于3%，大于上限粒径的不应大于2%。

　　2.石英砂滤料的有效粒径由使用单位确定。常用规格：0.5-1.2mm， 1-2mm， 2-4mm ，4-8mm， 8-16mm ，16-32mm

　　石英砂滤料的技术要求：

　　1.石英砂滤料的破碎率和磨损率之和不应大于1.5%（百分率按选题计算，下同）

　　2.石英砂滤料的密度不应小于2.55 g/cm3，使用中对密度有特殊要求者除外。

　　3.石英砂滤料应不含有可见泥土、云母和有机杂质，滤料的水浸出液应不含有毒物质。

　　4.石英砂含泥量不应大于1%。密度小于2 g/cm3的轻物质的含量不应大于0.2%。

　　5.石英砂滤料的灼烧减量不应大于0.7%；

　　6.石英砂滤料的盐酸可溶率不应大于3.5%；

　　7.石英砂滤料的有效粒径1.65mm和不均匀系数1.6。

　　石英砂滤料滤层粒径结构标准：

　　滤层根据滤料装填种类的数量分为单过滤器、双层过滤器、多介质过滤器，单层滤料过滤器在水流反冲洗水力分级以后，石英砂粒径小的滤料在上层，粒径大的滤料在下层，其出水水质差，过滤周期短。双层滤料过滤器或多介质过滤器中的滤料层水力反冲洗分层后，密度大的细滤料在底层，密度小的粗料在上层，滤料沿程从粗到细，截污能力沿程渐增，石英砂这种滤床性能，截污容量大，过滤周期长，出水水质好，水头损失增长速度慢。

　　在技术上，从建厂以来一直与北京化工大学、河南大学、省科学研究院等部门进行密切的技术合作，技术力量雄厚。厂内有技术人员十多名，从事新产品的研究开发和跟踪指导。因为的产品和良好的服务，受到了用户的一致好评，也得到了省科学技术厅，中国石化集团水处理药剂评定中心，国家建设部等部门的认可。　随着我国工业的发展和人口的增加，环境污染也逐渐加剧，特别是水源的污染，对城镇居民的身体健康构成了的威胁。研究表明，受污染水源中含有的有机物大部分对人体健康有害或具有形成对人体有“三致作用”的氯消毒副产物(DBPs)的潜力。而常规水处理工艺受其净化功能的限制．对水中有机物、重金属离子、藻类等去除能力较低，尤其是对水中可溶性低分子有机物的去除效果更差。随着水污染的加剧和人民生活水平的不断提高，人们对饮用水水质的要求更加严格，相应供水水质标准也不断提高。受污染水的净化处理已成为一项非常重要和迫切的新课题。污水处理石英砂是一种广泛用于各种给水处理、污水处理和环境治理的净水材料。但是由于石英砂滤料表面孑L隙少，比表面积和等电点较低．在正常条件下带负电，使得它对水中有毒物质(重金属离子等)、细菌、病毒和有机物的去除效果很不理想。

　　什么是改性石英砂滤料？

　　改性石英砂滤料即在普通石英砂滤料的表面通过化学反应涂上一层改性剂(通常为金属氧化物和氢氧化物)，从而改变原石英砂滤料颗粒表面物理化学性质，以提高滤料对某些特殊物质的吸附能力及增强滤料的截污能力，达到改善出水水质的目的。实践表明，改性石英砂滤料能充分地发挥增加石英砂的比表面积和强化吸附的能力．从而达到与水中各类有机物、细菌、藻类接触过程中由表面涂料所产生的强化吸附和氧化净化功能。改性石英砂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。

　　一、改性石英砂滤料在水处理中的应用

　　1.改性石英砂滤料去除水中重金属离子：高乃云[5-8]等在用金属氧化物改性滤料吸附Zn 的试验中发现，在用氧化铝涂层砂改性滤料除锌的实验中，去除率与pH值密切相关：当出水pH值小于4时．涂铝砂的除锌效果不及石英砂；大于4时，随着pH值的增加，锌去除率增加；大于9时，除锌率可达。

　　2.研究人员用铁氧化物覆盖的砂粒柱进行了吸附Pb2+ 、Cd2+、Cu 2+和C 的吸附实验，结果表明：对进水中溶解态的重金属离子Pb 、Cd2+、Cu 和Cr3+在pH值为8．5时几乎可以全部除去，而一般砂粒的去除率极低；对于络合态的重金属离子，一般砂粒几乎没有去除效果．而铁氧化物覆盖的改性砂粒柱在处理40倍的滤床体积的水时，几乎可以去除全部的络合态重金属离子。对颗粒态的重金属物质，在高水力负荷条件下．一般砂粒柱和改性砂粒柱对颗粒都有70%的去除率．但该去除率在改性砂粒柱中持久实现，而在一般砂料中很快降到25%；与一般砂粒柱相比，改性石英砂滤料砂粒还可以增加滤床的运行时间，降低冲洗频率；冲洗时，先用水反冲，再用酸液(pH值为3)使柱中介质再生。

　　二、改性石英砂滤料去除水中阴离子型有害物质

　　1.改性石英砂滤料去除水中的砷：砷是有毒物质．有些地表水因受农药、固体废物、工业废水的污染而含有砷；有些地下水因通过富砷地层而受到砷的污染。无机砷毒性大于有机砷．三价砷毒性大于五价砷，世界卫生组织规定饮用水中三价砷含量低于0．01ms几。

　　2.研究人员用氧化铁涂层砂改性滤料除砷实验中，发现除砷效果显著，去除率可以达到95%以上，且遵循低pH值、高去除率的规律。用氢氧化铁改性砂来吸附水中的As¨和Ass*，结果表明：在吸附剂和砷浓度比例恰当及适当的pH值条件下．可以使砷的去除率达到92%。

　　3.改性石英砂滤料能去除水中的硒：SeO3 2-和SeO4 2-是Se在水中的主要存在形式，Se过量时，对人体有害。研究人员研究发现：利用氧化铝覆盖的砂粒(AOCS)作为吸附剂，可以有效地除去水中的Se(IV)和Se(VI)。制备时的pH影响AOCS对Se的吸附，研究发现pH值为5．98，AOCS对Se(IV)和Se(vI)的去除率高，量比分别为1．05mg Se(IV)／gAOCS和0．63mg Se(VI)／gAOCS。Se(IV)和Se(VI)的吸附等温线参数与吸附时溶液的pH值有关，在一定的pH范围内大吸附量随pH值上升而下降。在适当的pH值、吸附剂量和吸附时间条件下，可使Se的去除率接近。

　　4.研究人员利用氧化铁涂层砂改性滤料除氟实验中，发现在低pH值条件下(pH值小于5．O)除氟率可达90%以上，但随着水的pH值的升高，除氟率有所下降；除氟吸附等温线属于典型的Langmuir型。

　　三、改性石英砂滤料能去除水中的有机物

　　1.研究人员利用氧化铁涂层砂进行去除有机物研究，发现在酸性条件下，氧化铁涂层砂可有效的吸附天然有机物，(NOM)；水中存Ca2+、Mg2+、CI’、SeO2 -、和HCO-离子，即使在其浓度很高时，对其吸附N0M的容量没有任何影响。

　　2.研究人员对3种不同的氧化物涂层砂和未涂层砂去除NOM性能进行了比较，实验研究表明：涂铝砂和通过高温制备的涂铁砂对NOM的去除效果优于利用碱性沉淀法制备的涂铁砂，且3种涂层砂均优于未涂层砂；3种不同涂层砂在反冲洗之后的效果与反冲洗之前没有区别。

　　3.研究人员对4种不同的改性滤料去除水中有机物的效果进行了静态和动态吸附对比实验，研究结果表明：改性滤料对有机物的去除效果始终优于原滤料．涂铁砂对有机物的去除率达66%。

　　四、改性滤料去除水中的微生物

　　1.研究人员用氢氧化铁、氢氧化铝覆盖砂粒．对滤料进行改性。将lkg改性滤料放入柱内(体积为0．7L)，对水中的大肠杆菌、霍乱弧菌、脊髓灰质炎病毒1、大肠噬菌体MS一2的去除率都在99%以上，在30d试验中处理120L的水，一直保持这～去除效果。通过192L水后，对大肠杆菌、大肠噬菌体MS一2、脊髓灰质炎病毒1仍有80%、99．9%、90%的去除率。此外。改性滤料还可以去除原水中的肠形细菌和大肠噬菌体。在室温下，所实验的微生物(如肠形细菌、大肠噬菌体MS一2、大肠杆菌)的去除率都在99%以上；而普通砂粒对微生物几乎没有去除效果。另外，出水中未检测到与覆盖物相关的成份．说明覆盖物非常稳定。

　　2.研究人员在石英砂上覆盖AI(OH)3、Fe(OH)3、石灰、8-MnO ，结果发现pH值在6．3～9的范围内，A1(OH)3覆盖的砂粒吸附脊髓灰质炎病毒1的效果好。用AI(OH)覆盖砂粒作过滤介质的吸附柱(体积为0．0063L)进行去除脊髓灰质炎病毒的实验，通过0．2L水时， 病毒去除率为98．9%；处理0．5L水时，病毒去除率为93．97%。

　　3.研究人员用A1(0H) 、Fe(OH)3改性的石英砂滤料来去除水中病毒．实验表明：同时覆盖A1(OH)3和Fe(OH)3的滤料在pH值为7时，脊髓灰质炎病毒1的去除率为86%±1%．大肠噬菌体MS一2的去除率达。

　　五、改性水处理石英砂能击除其他污染物质

　　1.研究人员对改性石英砂滤料去除微量苯酚进行了研究，实验中发现：改性滤料对苯酚有一定的吸附作用，且随pH值的降低而对苯酚的吸附效率逐渐增大，但去除率不高，这表明苯酚在改性滤料表面的吸附遵循配位交换吸附机理，而预投高锰酸钾对改性滤料过滤去除苯酚有明显的强化作用。

　　2.研究人员还对改性石英砂滤料去除藻类进行了研究，实验中发现：虽然改性石英砂对含藻水的直接过滤效果略好于石英砂．但改性砂对混凝沉淀后含藻水的过滤效果明显优于石英砂．尤其是过滤截留容量远远大于普通石英砂。研究还发现，混凝沉淀后含藻水中的残余铝对藻类颗粒的去除有促进作用。

　　近年来，研究者提出了对水处理石英砂滤料改性的想法，通过在石英砂表面附着不同功能的物质，改善石英砂滤料表面的性质，制成具有优良吸附性能和一定机械强度的改性滤料。鉴于我国目前的经济水平，这一技术将在给水处理中有广阔的应用前景。　现代过认为滤理论研究,在快滤池中悬浮颗粒的去除,主要是由颗粒与石英砂滤料之间以及颗粒与颗粒之间的吸附(粘附)作用而被去除的不同粒径的均质石英砂滤料过滤性能有何不同。为了过滤出水水质,滤层具有一定的厚度是必要的,由实际经验有L/d=800～1000时,可以达到过滤出水水质的要求。悬浮颗粒在滤层空隙水流中的迁移、输送是由沉淀、惯性、阻截、扩散、动力效应等基本作用的过程,对于一个颗粒来说,可能同时受几种作用,但占主导作用的只是一种或两种,主要取决于浊质粒度的大小。

　　对于滤料截除悬浮物质的确切作用过程,目前还不十分清楚,但一般认为通过微颗粒间滤料表面“输送”以及在滤料表面的“附着”两个阶段才能达到。在“附着”过程中,滤料除浊质能力的好坏不仅与浊质粒子的物理化学特性有关,并且滤料本身的表面物理和化学特性也具有很大的关系。然而单位面积滤层滤料表面积的大小对这整个滤后水水质的好坏具有很大的影响。本试验采用福建生产的同产地、同种类材质的粗细两种石英砂滤料,在A、B两实验柱单位面积滤层所提供的滤料表面相等的条件下进行对比实验。单位面积滤层所提供的滤料表面积为:
由表1可知,在单位面积滤层滤料表面积相等的条件下,出水水质基本相同,然而从F值的大小可知,粗砂的F值比细砂的F值平均优于28%左右,主要是因为粗砂过滤的水头损失小于细砂过滤的水头损失,就水头损而言,宜采用粗砂作为滤料较好。截留概率K值表示了浊质通过某一粒径滤料厚度滤层时被截留的概率,在滤柱工作15小时后,A、B两柱出水的平均浊度及滤柱截留概率K值见表2,在投药量、滤速、进水浊质、单位面积滤层滤料表面积相同的条件下,A、B两柱滤层截留概率K值相同,说明同种材质的粗细两种滤料的滤层去除浊质 的模式相同,从Ka或Kb可看出,虽进水浊质、滤料及其表面积相同,但投药量、滤速对滤层截留模式有所影响,滤速对浊质的“输送”过程具有一定的影响,投药量在一定程度上影响浊质表面的物理化学特性,从而影响浊质与滤料表面的附着过程。

　　从严格的理论上讲,滤料所具有的对悬浮物的截留能力的滤料所提供的表面积,快滤池的过滤能力主要来自滤料颗粒表面吸附作用。在过滤过程中,滤料所提供的颗粒表面越大,对水中悬浮物的附着力越强,为要达到一定的预期的出水水质要求,滤料所提供的表面积应满足某一小值,滤料所具有的截留能力还与滤料本身的表面特性有关。实验表明同种材质单位面积滤层滤料表面积及滤池运行参数均相同的情况下,出水水质基本相同,用单位面积滤层滤料表面积来衡量对滤池滤料的要求比L/d指标更合理,其截留模式相同。对于粗砂或细砂,其截留模式与滤速、投药量等均有关系。在相同运行参数下,粗石英砂的过滤水头损失小于细石英砂的过滤水头损失,滤料宜采用较粗的滤料,其F值较优。由此可见,在过滤过程中整个滤层滤料表面积的大小对滤出水水质的影响很大。


　　实验采用福建生产的均质石英砂滤料。规格为:粗砂deq=1.10mm,ε0=0.43,ψ=0.78,d10=0.91,K60=1.22,滤层厚950mm;细砂deq=0.85,ε0=0.40,ψ=0.81,d10=0.62,K60=1.24,滤层厚720mm。模型滤 池是两套高3000mm,直径100mm的有机玻璃柱,沿柱体纵向有测压管和取样管。实验采用AL2(SO4)3作为混凝剂,以高岭土自配原水,在原水水质,滤床结构,滤柱运行控制参数及投药量完全相同的情况下,进行对比实验。A柱装入粗砂,B柱装入细砂。


　　试验中滤柱均运行15小时,滤速分别采用6.8m/h,8.33m/h,流向朝下,投药量ALT分别采用0.05,0.2,进水浊度10NTU。由图可知粗石英砂的过滤水头损失小于细石英砂的过滤水头损失,这主要是因为粗滤料的有效孔隙率优于细滤料的有效孔隙率,粗滤料截留浊质后滤层内部的水流曲线变化比细滤料截留浊质后滤层内部的水流曲线变化慢且小。出水浊度的变化情况比较如图(c),(d),(e),(f)所示：


　　由图(c),(d),(e),(f)可知:在每组对比试验中,原水浊度、滤速、投药量、单位面积滤层所提供的滤料总表面积相同的情况下,粗、细石英砂过滤的出水浊度相同,在原水浊度、滤速、投药量相同的情况下,原水具有相同的过滤性能,单位面积滤层所提供的滤料总表面积相同,为悬浮颗粒被吸附在滤料表面提供相同的吸附空间,被滤料表面所吸附的悬浮颗粒量相同,所以,粗、细石英砂过滤的出水浊度相同。
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