摘要：本文介紹了硅藻土過(guò)濾的功能及其工藝流程——預(yù)涂膜、過(guò)濾、反沖洗的全過(guò)根；給出了附加劑投量和起始濾速對(duì)過(guò)濾周期的影響情況，指出硅藻上過(guò)濾可有效地作為電滲析法和離子交換法制各高純水的預(yù)處理方法。

　　日前，我國(guó)利用硅藻土過(guò)濾啤酒、白酒和飲料根普通，但用硅藻土過(guò)濾水，還沒(méi)有推廣。1999年同濟(jì)大學(xué)與法國(guó)利安水務(wù)公司合作，系統(tǒng)地進(jìn)行了硅藻土用于水處理的研究，zui近，又在第二軍醫(yī)大學(xué)*附屬醫(yī)院制劑室制水車間共同進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗(yàn)。
—、硅藻土的過(guò)濾工藝
　　硅藻土過(guò)濾是以硅藻土作為過(guò)濾介質(zhì)，預(yù)涂成膜后，靠膜過(guò)濾使水澄清，它是一種預(yù)涂型過(guò)濾器、故必須要有一個(gè)預(yù)涂階段。這樣，預(yù)涂、道濾、反沖洗是硅藻土過(guò)濾的工藝過(guò)程。過(guò)濾系統(tǒng)的組成見(jiàn)圖1。
1.預(yù)涂
　　先將硅藻土用自來(lái)水或硅藻上濾后水配成一定濃度的漿液。此種漿液稱為“預(yù)涂劑"。用水泵將漿液打入過(guò)濾器進(jìn)行循環(huán)。循環(huán)的流速一般為過(guò)濾時(shí)流速兩倍左右。經(jīng)過(guò)10-15min的循環(huán)，硅藻土即可在濾器內(nèi)的濾元表面均勻地形成—層1-2mm的預(yù)涂膜。當(dāng)循環(huán)漿液濁度達(dá)到所要求的濾后水質(zhì)時(shí)，循環(huán)停止，轉(zhuǎn)入過(guò)濾。一般，每m2過(guò)濾面積可預(yù)涂400-850g硅藻土。所用硅藻土的規(guī)格、品種及數(shù)量、主要取決于原水水質(zhì)，一般說(shuō)粗細(xì)兩種規(guī)格的硅藻土搭配使用可以得到滿意的過(guò)濾效果。我們?cè)谠囼?yàn)中采用寧波向陽(yáng)染化廠產(chǎn)品#401和浙江嵊縣原土搭配，處理效果較單獨(dú)使用一種好得多。
2．過(guò)濾
　　硅藻土過(guò)濾的機(jī)理有三個(gè)方面：①篩分，當(dāng)水流通過(guò)硅藻土濾膜時(shí)，懸浮雜質(zhì)顆粒粒徑大干硅藻土孔隙的全部被截留下來(lái)。篩分作用往往發(fā)生在濾膜表面；②阻流，當(dāng)部分較紉的雜質(zhì)顆粒穿過(guò)濾膜表面，穿入濾膜的內(nèi)部，則被濾膜內(nèi)部彎彎曲曲的微孔溝道和濾膜內(nèi)更小的孔隙所阻留而被去除；②吸附，一些比硅藻土本身內(nèi)部孔隙還小的顆粒，隨水流通過(guò)濾膜時(shí)，碰撞在硅藻土的內(nèi)部表面上，并被相反電荷所吸引。另外，雜質(zhì)顆粒之間，異電相吸，形成鏈團(tuán)而吸附在過(guò)濾介質(zhì)上。
　　影響硅藻土過(guò)濾效果的主要固素如下：
　　(1)附加劑
　　為了使濾膜(即濾餅)中始終保持一定孔隙率，延緩水頭損失增長(zhǎng)速度，需要投加適量的硅藻土(稱為附加劑)至原水中。影響硅藻土過(guò)濾的主要因隸是附加劑。在一定投加量范圍內(nèi)，附加劑投加量大，水頭損失增長(zhǎng)速度減小，過(guò)濾周期延長(zhǎng)。
　　不同附加劑投加量時(shí)，過(guò)濾時(shí)間與水頭損失增長(zhǎng)關(guān)系曲線見(jiàn)圖2。
(2)濾速
　　濾速也是影響硅藻土過(guò)濾的一個(gè)很重要的因素。在過(guò)濾中可采用恒壓變速、恒壓等速和變壓變速過(guò)濾方式。在保證濾后水質(zhì)和選定硅藻土規(guī)格、品種的前提下，所采用起始濾速的大小，直接影響到單位重量硅藻土所過(guò)濾的水量，即制水成本。一般說(shuō)，起始濾速過(guò)大，水頭損失增長(zhǎng)快，過(guò)濾周期縮短。起始濾速不同的具體過(guò)濾特性見(jiàn)圖3。從固中可以看出，由于曲線D起始濾速大(即v＝3.4m／h)，過(guò)濾周期zui短；曲線A(V＝2.4m／h)；曲線B(V＝1.56m／h)5曲線C的起始濾速zui小(v＝1.46m／h)，C曲線員平緩，即水頭損失增長(zhǎng)員慢，使其過(guò)濾周期zui長(zhǎng)。
　　在水質(zhì)要求較高的情況下，如純水制備過(guò)程中的預(yù)處理，采用較慢的濾速，通常采用2—3m／h較合適。
　　影響硅藻土過(guò)濾效果的因索還很多，諸如原水水質(zhì)、采用硅藻土的型號(hào)、規(guī)格、預(yù)涂劑量、濾速等。但實(shí)踐證明，溫度對(duì)硅藻土過(guò)濾基本上沒(méi)有影響。
3．反沖洗
　　當(dāng)過(guò)濾周期結(jié)束時(shí)，需將裁留下雜質(zhì)的濾餅沖洗掉以便重新進(jìn)行預(yù)涂。沖洗的方法有四種：反向水流沖洗；反向水流加空氣助沖；噴射流沖洗；空氣撞擊反沖洗。反向水流沖洗是員常用的易于進(jìn)行的一種沖洗方法。一般以8一l0L／(m2·e)沖洗強(qiáng)度，僅2min即可沖洗干凈，沖洗水約占過(guò)濾水量的2％左右。對(duì)于高純水制備的預(yù)處理，反沖可直接用原水(即自來(lái)水)。反沖務(wù)求*、干凈，否則，將嚴(yán)重影響下一周期的過(guò)濾。
二、硅藻土過(guò)濾的功能
1．懸浮固體和膠體物質(zhì)的去除
　　直接用硅藻土過(guò)濾，即可去除水中的懸浮顆粒和很大比例的肢體雜質(zhì)。較粗等級(jí)的硅藻土可去除5ym以上的雜質(zhì)顆粒；較紉等級(jí)的硅藻土可去除50nm以下的顆粒。
2．細(xì)菌的去除
　　美國(guó)弗吉尼亞州Fort Belvoir的*工程研究和發(fā)展實(shí)驗(yàn)室的工作說(shuō)明，使用較細(xì)等級(jí)的硅藻土過(guò)濾不但能夠100％的去除阿米巴痢疾孢囊，而且能夠有效地去除其它病原性微生物；Rutgers大學(xué)所做的工作指出，員粗等級(jí)的硅藻土，只可去除大腸桿菌大于50％(100ml進(jìn)水中含有2l0—1300個(gè)大腸桿菌)，而zui細(xì)等級(jí)的硅藻土可以*去除進(jìn)水中的全部大腸桿茵，甚至100m1進(jìn)水中含有幾千個(gè)大腸桿菌，也可去除。
　　我們?cè)谠囼?yàn)中也發(fā)現(xiàn)，硅藻土過(guò)濾的除茵率始終保持在—個(gè)較高的范圍內(nèi)，有時(shí)高達(dá)100％。
3．除鐵除錳
　　未經(jīng)任何氧化處理的含鐵水，直接用硅藻土過(guò)濾，原水中的含鐵量可去除30％左右。若水中含有低價(jià)鐵、鍺(如地下水)，首先應(yīng)經(jīng)過(guò)氧化預(yù)處理，待水中的低價(jià)鐵、錳氧化成高價(jià)鐵、錳，再用硅藻土過(guò)濾去除。不過(guò)，與其它除鐵方法相比，氧化不必過(guò)于充分，這是硅藻土除鐵的優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外使用硅藻土過(guò)濾技術(shù)去除地下水中的鐵和錳已有三十年的歷史。
4．其它物質(zhì)的去除
　　硅藻土過(guò)濾還可以去除藻類、色度、腐植酸等有機(jī)物。除色的效果一般可過(guò)60％左右；硅藻土對(duì)腐植酸等有機(jī)物尚有吸附作用。
三、硅藻土過(guò)濾作為電滲析和離子交換預(yù)處理的特點(diǎn)與益處
　　如前所述，預(yù)處理的主要對(duì)象是懸浮物質(zhì)、膠體、微生物、有機(jī)物等。經(jīng)硅藻土過(guò)濾的zui大特點(diǎn)是去除上述雜質(zhì)顆粒的效果很好。在長(zhǎng)海醫(yī)院制劑室的試驗(yàn)表明，硅藻土過(guò)濾后的水比棉纖做的蜂房式管狀濾芯出水濁度低0.2一0.4度，且水質(zhì)穩(wěn)定，使離子交換樹(shù)脂的再生周期延長(zhǎng)20％左右，除菌率可達(dá)90％以上。
　　硅藻土過(guò)濾預(yù)處理對(duì)電滲析和離子交換器產(chǎn)生如下有益效果：
1．對(duì)電滲析的效果
　　硅藻土過(guò)濾除濁*和除菌串高，既延長(zhǎng)了離子交換膜的使用壽命又使其電阻降低，有益于出水水質(zhì)。因?yàn)?，粘附在膜面上的懸浮物，成為離子遷移的一層障礙*細(xì)菌又以膜為有機(jī)養(yǎng)料，在膜面上蟹殖，均會(huì)使膜電阻增加和水質(zhì)惡化。
硅藻土過(guò)濾過(guò)程具有除鐵、除鍺的特性，可避免鐵和鍺高價(jià)金屑離子使離子交換膜中毒。
2．對(duì)離子交換樹(shù)脂的效果
　　硅藻土過(guò)濾除濁、除茵較*，避免了各種雜質(zhì)附著于交換樹(shù)脂顆粒表面而降低其交換容量及堵塞樹(shù)脂層孔隙，引起水頭損失增加，當(dāng)反沖洗不良時(shí)，上述雜質(zhì)還可能深入內(nèi)部，使交換劑層結(jié)塊造成偏流，從而惡化出水水質(zhì)。
　　硅藻土過(guò)濾除色的特點(diǎn)有利于保證出水水質(zhì)。一般說(shuō)，含較多的泥沙為黃色；含大量泥沙及腐殖質(zhì)的水為黃褐色；含膠體鐵的水為淺黃色或綠色；含藻類的水為亮綠或棕色或暗褐色。顯色度物質(zhì)會(huì)污染交換樹(shù)脂，堵塞樹(shù)脂層孔隙，蟹殖紉茵，惡化出水水質(zhì)。
　　硅藻土過(guò)濾除鐵、降錳的特性，更有利于離子交換樹(shù)脂。因水中的鐵、錳離子易被樹(shù)脂吸附，且不易被低濃度再生劑取代，積累在樹(shù)脂顆粒內(nèi)部，使樹(shù)脂交換容量降低。若形成氫氧化物沉淀，會(huì)堵塞樹(shù)脂微孔和孔隙，使水頭損失增大。
　　總之，硅藻土過(guò)濾作為制各高純水的預(yù)處理，使離子交換膜和交換樹(shù)脂的使用壽命增加，出水水質(zhì)可得到提高。
3．注意事項(xiàng)
　　(1)當(dāng)硅藻土過(guò)濾器的水頭損失達(dá)到期終允許值(一般期終允許水頭損失值為0.15MPa時(shí)，需停泵中斷過(guò)濾。停泵后，可馬上重新開(kāi)啟，經(jīng)l0—15min的循環(huán)，濾后水達(dá)到要求的水質(zhì)時(shí)，再轉(zhuǎn)入正常過(guò)濾。
　　(2)當(dāng)一個(gè)過(guò)濾周期結(jié)束時(shí)，硅藻土實(shí)際上并沒(méi)得到充分利用。濾餅中有硅藻土(預(yù)涂劑和附加劑)以及雜質(zhì)顆粒，為充分利用硅藻土，可用本該排放的濾餅按照(1)中的方法重新開(kāi)始一個(gè)周期；或使本該排放的濾餅倒流回預(yù)涂桶中，然后用此漿液再進(jìn)行預(yù)涂，這種做法叫做硅藻土的重復(fù)使用。
　　通常，重復(fù)利用的濾膜的初始水頭損失高于清潔硅藻土預(yù)涂所形成的濾膜，且隨著重復(fù)使用次數(shù)的增加，起始水頭損失一次比一次高；而在過(guò)濾過(guò)程中，水頭損失的增長(zhǎng)速度隨重復(fù)利用的次數(shù)，一次比一次緩慢。在保證濾后水質(zhì)的前提下，原水濁度高時(shí)，重復(fù)利用的次數(shù)可為2—3次，對(duì)于濁度較低的原水，可重復(fù)利用6—7次甚至l0次。