高纯水制备的有效预处理——硅藻土过滤

范谨初 高乃云 吴柏生

　　摘要：本文介绍了硅藻土过滤的功能及其工艺流程——预涂膜、过滤、反冲洗的全过根；给出了附加剂投量和起始滤速对过滤周期的影响情况，指出硅藻上过滤可有效地作为电渗析法和离子交换法制各高纯水的预处理方法。

　　日前，我国利用硅藻土过滤啤酒、白酒和饮料根普通，但用硅藻土过滤水，还没有推广。1999年同济大学与法国利安水务公司合作，系统地进行了硅藻土用于水处理的研究，最近，又气第二军医大学第一附属医院制剂室制水车间共同进行了生产性试验。

—、硅藻土的过滤工艺

　　硅藻土过滤是以硅藻土作为过滤介质，预涂成膜后，靠膜过滤使水澄清，它是一种预涂型过滤器、故必须要有一个预涂阶段。这样，预涂、道滤、反冲洗是硅藻土过滤的工艺过程。过滤系统的组成见图1。

1.预涂
　　先将硅藻土用自来水或硅藻上滤后水配成一定浓度的浆液。此种浆液称为“预涂剂”。用水泵将浆液打入过滤器进行循环。循环的流速一般为过滤时流速两倍左右。经过10-15min的循环，硅藻土即可在滤器内的滤元表面均匀地形成—层1-2mm的预涂膜。当循环浆液浊度达到所要求的滤后水质时，循环停止，转入过滤。一般，每m2过滤面积可预涂400-850g硅藻土。所用硅藻土的规格、品种及数量、主要取决于原水水质，一般说粗细两种规格的硅藻土搭配使用可以得到满意的过滤效果。我们在试验中采用宁波向阳染化厂产品#401和浙江嵊县原土搭配，处理效果较单独使用一种好得多。
2．过滤
　　硅藻土过滤的机理有三个方面：①筛分，当水流通过硅藻土滤膜时，悬浮杂质颗粒粒径大干硅藻土孔隙的全部被截留下来。筛分作用往往发生在滤膜表面；②阻流，当部分较纫的杂质颗粒穿过滤膜表面，穿入滤膜的内部，则被滤膜内部弯弯曲曲的微孔沟道和滤膜内更小的孔隙所阻留而被去除；②吸附，一些比硅藻土本身内部孔隙还小的颗粒，随水流通过滤膜时，碰撞在硅藻土的内部表面上，并被相反电荷所吸引。另外，杂质颗粒之间，异电相吸，形成链团而吸附在过滤介质上。
　　影响硅藻土过滤效果的主要固素如下：
　　(1)附加剂
　　为了使滤膜(即滤饼)中始终保持一定孔隙率，延缓水头损失增长速度，需要投加适量的硅藻土(称为附加剂)至原水中。影响硅藻土过滤的主要因隶是附加剂。在一定投加量范围内，附加剂投加量大，水头损失增长速度减小，过滤周期延长。
　　不同附加剂投加量时，过滤时间与水头损失增长关系曲线见图2。

(2)滤速
　　滤速也是影响硅藻土过滤的一个很重要的因素。在过滤中可采用恒压变速、恒压等速和变压变速过滤方式。在保证滤后水质和选定硅藻土规格、品种的前提下，所采用起始滤速的大小，直接影响到单位重量硅藻土所过滤的水量，即制水成本。一般说，起始滤速过大，水头损失增长快，过滤周期缩短。起始滤速不同的具体过滤特性见图3。从固中可以看出，由于曲线D起始滤速大(即v＝3.4m／h)，过滤周期最短；曲线A(V＝2.4m／h)；曲线B(V＝1.56m／h)5曲线C的起始滤速最小(v＝1.46m／h)，C曲线员平缓，即水头损失增长员慢，使其过滤周期最长。
　　在水质要求较高的情况下，如纯水制备过程中的预处理，最好采用较慢的滤速，通常采用2—3m／h较合适。
　　影响硅藻土过滤效果的因索还很多，诸如原水水质、采用硅藻土的型号、规格、预涂剂量、滤速等。但实践证明，温度对硅藻土过滤基本上没有影响。

3．反冲洗
　　当过滤周期结束时，需将裁留下杂质的滤饼冲洗掉以便重新进行预涂。冲洗的方法有四种：反向水流冲洗；反向水流加空气助冲；喷射流冲洗；空气撞击反冲洗。反向水流冲洗是员常用的易于进行的一种冲洗方法。一般以8一l0L／(m2·e)冲洗强度，仅2min即可冲洗干净，冲洗水约占过滤水量的2％左右。对于高纯水制备的预处理，反冲可直接用原水(即自来水)。反冲务求彻底、干净，否则，将严重影响下一周期的过滤。

二、硅藻土过滤的功能

1．悬浮固体和胶体物质的去除
　　直接用硅藻土过滤，即可去除水中的悬浮颗粒和很大比例的肢体杂质。较粗等级的硅藻土可去除5ym以上的杂质颗粒；较纫等级的硅藻土可去除50nm以下的颗粒。
2．细菌的去除
　　美国弗吉尼亚州Fort Belvoir的军队工程研究和发展实验室的工作说明，使用较细等级的硅藻土过滤不但能够100％的去除阿米巴痢疾孢囊，而且能够有效地去除其它病原性微生物；Rutgers大学所做的工作指出，员粗等级的硅藻土，只可去除大肠杆菌大于50％(100ml进水中含有2l0—1300个大肠杆菌)，而最细等级的硅藻土可以完全去除进水中的全部大肠杆茵，甚至100m1进水中含有几千个大肠杆菌，也可去除。
　　我们在试验中也发现，硅藻土过滤的除茵率始终保持在—个较高的范围内，有时高达100％。
3．除铁除锰
　　未经任何氧化处理的含铁水，直接用硅藻土过滤，原水中的含铁量可去除30％左右。若水中含有低价铁、锗(如地下水)，首先应经过氧化预处理，待水中的低价铁、锰氧化成高价铁、锰，再用硅藻土过滤去除。不过，与其它除铁方法相比，氧化不必过于充分，这是硅藻土除铁的优点。国外使用硅藻土过滤技术去除地下水中的铁和锰已有三十年的历史。
4．其它物质的去除
　　硅藻土过滤还可以去除藻类、色度、腐植酸等有机物。除色的效果一般可过60％左右；硅藻土对腐植酸等有机物尚有吸附作用。

三、硅藻土过滤作为电渗析和离子交换预处理的特点与益处

　　如前所述，预处理的主要对象是悬浮物质、胶体、微生物、有机物等。经硅藻土过滤的最大特点是去除上述杂质颗粒的效果很好。在长海医院制剂室的试验表明，硅藻土过滤后的水比棉纤做的蜂房式管状滤芯出水浊度低0.2一0.4度，且水质稳定，使离子交换树脂的再生周期延长20％左右，除菌率可达90％以上。
　　硅藻土过滤预处理对电渗析和离子交换器产生如下有益效果：
1．对电渗析的效果
　　硅藻土过滤除浊彻底和除菌串高，既延长了离子交换膜的使用寿命又使其电阻降低，有益于出水水质。因为，粘附在膜面上的悬浮物，成为离子迁移的一层障碍*细菌又以膜为有机养料，在膜面上蟹殖，均会使膜电阻增加和水质恶化。
硅藻土过滤过程具有除铁、除锗的特性，可避免铁和锗高价金屑离子使离子交换膜中毒。
2．对离子交换树脂的效果
　　硅藻土过滤除浊、除茵较彻底，避免了各种杂质附着于交换树脂颗粒表面而降低其交换容量及堵塞树脂层孔隙，引起水头损失增加，当反冲洗不良时，上述杂质还可能深入内部，使交换剂层结块造成偏流，从而恶化出水水质。
　　硅藻土过滤除色的特点有利于保证出水水质。一般说，含较多的泥沙为黄色；含大量泥沙及腐殖质的水为黄褐色；含胶体铁的水为浅黄色或绿色；含藻类的水为亮绿或棕色或暗褐色。显色度物质会污染交换树脂，堵塞树脂层孔隙，蟹殖纫茵，恶化出水水质。
　　硅藻土过滤除铁、降锰的特性，更有利于离子交换树脂。因水中的铁、锰离子易被树脂吸附，且不易被低浓度再生剂取代，积累在树脂颗粒内部，使树脂交换容量降低。若形成氢氧化物沉淀，会堵塞树脂微孔和孔隙，使水头损失增大。
　　总之，硅藻土过滤作为制各高纯水的预处理，使离子交换膜和交换树脂的使用寿命增加，出水水质可得到提高。
3．注意事项
　　(1)当硅藻土过滤器的水头损失达到期终允许值(一般期终允许水头损失值为0.15MPa时，需停泵中断过滤。停泵后，可马上重新开启，经l0—15min的循环，滤后水达到要求的水质时，再转入正常过滤。
　　(2)当一个过滤周期结束时，硅藻土实际上并没得到充分利用。滤饼中有硅藻土(预涂剂和附加剂)以及杂质颗粒，为充分利用硅藻土，可用本该排放的滤饼按照(1)中的方法重新开始一个周期；或使本该排放的滤饼倒流回预涂桶中，然后用此浆液再进行预涂，这种做法叫做硅藻土的重复使用。
　　通常，重复利用的滤膜的初始水头损失高于清洁硅藻土预涂所形成的滤膜，且随着重复使用次数的增加，起始水头损失一次比一次高；而在过滤过程中，水头损失的增长速度随重复利用的次数，一次比一次缓慢。在保证滤后水质的前提下，原水浊度高时，重复利用的次数可为2—3次，对于浊度较低的原水，可重复利用6—7次甚至l0次。