摘(zhai)要：濾(lv)料(liao)(liao)是廣泛用于水處理(li)的(de)(de)凈水材(cai)料(liao)(liao)。文中(zhong)綜述了(le)(le)濾(lv)料(liao)(liao)的(de)(de)研究進展與現(xian)狀，分別介紹了(le)(le)顆(ke)粒(li)濾(lv)料(liao)(liao)、纖(xian)維(wei)濾(lv)料(liao)(liao)、改性濾(lv)料(liao)(liao)的(de)(de)過濾(lv)機理(li)及應用，論述了(le)(le)濾(lv)料(liao)(liao)在水質(zhi)凈化領域中(zhong)的(de)(de)重要作(zuo)用，探討了(le)(le)各類濾(lv)料(liao)(liao)在過濾(lv)過程中(zhong)存在的(de)(de)不(bu)足，并展望了(le)(le)濾(lv)料(liao)(liao)技術(shu)的(de)(de)發展前景(jing)。
濾(lv)(lv)料(liao)是一類廣泛用(yong)于各(ge)種(zhong)給(gei)水(shui)處(chu)理、污水(shui)處(chu)理和(he)環境治理的(de)凈水(shui)材(cai)料(liao)。目前用(yong)于水(shui)處(chu)理的(de)過(guo)濾(lv)(lv)材(cai)料(liao)主(zhu)要包括顆粒濾(lv)(lv)料(liao)、纖維濾(lv)(lv)料(liao)、改性濾(lv)(lv)料(liao)及各(ge)種(zhong)濾(lv)(lv)料(liao)的(de)組(zu)合，用(yong)于處(chu)理工業(ye)廢(fei)水(shui)、生(sheng)活污水(shui)、海(hai)水(shui)等各(ge)種(zhong)水(shui)質。本文綜述了(le)濾(lv)(lv)料(liao)在(zai)(zai)水(shui)處(chu)理領(ling)域(yu)的(de)研究(jiu)進(jin)展與現狀，同時探討了(le)濾(lv)(lv)料(liao)在(zai)(zai)實際過(guo)濾(lv)(lv)過(guo)程中存在(zai)(zai)的(de)問題，并展望了(le)濾(lv)(lv)料(liao)的(de)發展前景，以期為開發新(xin)型過(guo)濾(lv)(lv)材(cai)料(liao)提(ti)供(gong)新(xin)思路。
1、顆粒濾(lv)料
1.1 單層石英砂濾料
石英砂濾料是(shi)較早廣泛應用于水處理的濾(lv)(lv)料(liao)(liao)，由于其價格低(di)廉、機械強(qiang)度高、性(xing)能穩(wen)定、截污能力強(qiang)的優勢，一直是(shi)過(guo)濾(lv)(lv)介質較為常(chang)用的材(cai)料(liao)(liao)。石英(ying)砂(sha)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)的過(guo)濾(lv)(lv)原理并(bing)不僅是(shi)簡單(dan)的機械截留(liu)，還包括(kuo)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)表(biao)面對(dui)懸浮顆粒的吸附作用。其中，石英(ying)砂(sha)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)粒徑、濾(lv)(lv)層厚度、過(guo)濾(lv)(lv)速度以(yi)及進水水質等因素共同決定著過(guo)濾(lv)(lv)周期與出水水質。
在單層(ceng)(ceng)石英(ying)砂濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)(guo)程(cheng)中，較為明顯的(de)(de)(de)(de)(de)特征就是表(biao)(biao)(biao)層(ceng)(ceng)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)。理想的(de)(de)(de)(de)(de)濾(lv)(lv)(lv)層(ceng)(ceng)應是濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)粒徑自(zi)上而(er)下按照由(you)大(da)至小(xiao)排列(lie)。由(you)于水(shui)力篩分作用，石英(ying)砂濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)濾(lv)(lv)(lv)層(ceng)(ceng)在反沖洗過(guo)(guo)程(cheng)中的(de)(de)(de)(de)(de)孔隙(xi)分布(bu)自(zi)上而(er)下呈現由(you)小(xiao)到大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)“正粒度”分布(bu)排列(lie)，主要由(you)表(biao)(biao)(biao)層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)吸(xi)附截(jie)留水(shui)中的(de)(de)(de)(de)(de)污(wu)染物。隨(sui)著過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)延長，表(biao)(biao)(biao)層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)孔隙(xi)逐漸被堵塞(sai)，濾(lv)(lv)(lv)層(ceng)(ceng)阻力增加，截(jie)污(wu)能力小(xiao)于底部，整(zheng)個石英(ying)砂濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)濾(lv)(lv)(lv)層(ceng)(ceng)還未完全發揮(hui)作用，過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)周期就終(zhong)止。這種表(biao)(biao)(biao)層(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)易阻塞(sai)的(de)(de)(de)(de)(de)缺(que)陷，限制了單層(ceng)(ceng)石英(ying)砂濾(lv)(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)發展。
1.2 雙層濾(lv)料
基于改變(bian)上(shang)述單層石英砂濾(lv)(lv)(lv)料(liao)表層過(guo)濾(lv)(lv)(lv)的研究思路，出現(xian)了(le)雙層濾(lv)(lv)(lv)料(liao)，即頂(ding)層為(wei)大粒(li)徑(jing)小(xiao)密度濾(lv)(lv)(lv)料(liao)，常(chang)見的有無煙煤濾(lv)(lv)(lv)料(liao)、陶粒(li)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)等，底層為(wei)石英砂濾(lv)(lv)(lv)料(liao)。比如(ru)：
① 采用(yong)石英(ying)砂濾(lv)(lv)料-無煙煤濾(lv)(lv)料組成(cheng)雙層(ceng)濾(lv)(lv)料，對城市污水(shui)(shui)廠二(er)級出水(shui)(shui)進行(xing)深度處理(li)。研究表明，在出水(shui)(shui)濁度小于(yu)5NTU的(de)情況下，雙層(ceng)濾(lv)(lv)料的(de)過濾(lv)(lv)周期大于(yu)24h，且(qie)過濾(lv)(lv)周期內(nei)的(de)水(shui)(shui)頭損(sun)失不高(gao)于(yu)1.00m；
② 采用凹凸棒濾料-石英砂濾料組成雙層復合濾池，對石英砂V型濾池進行改進，通過過濾對比試驗，發現雙層復合濾池對CODMn和NH3-N的(de)(de)去除能力均高于原(yuan)有(you)砂濾(lv)(lv)池(chi)，濾(lv)(lv)料截留、吸附和濾(lv)(lv)池(chi)生物(wu)降解協同(tong)作用(yong)提高了(le)對有(you)機物(wu)的(de)(de)去除效(xiao)果，凹凸(tu)棒濾(lv)(lv)層為微生物(wu)的(de)(de)生長提供了(le)良好的(de)(de)附著條件，硝化作用(yong)顯(xian)著。
③ 采(cai)用石英砂濾(lv)(lv)(lv)料-無煙煤濾(lv)(lv)(lv)料組(zu)成雙層濾(lv)(lv)(lv)料，過(guo)濾(lv)(lv)(lv)培養的(de)(de)微藻，在過(guo)濾(lv)(lv)(lv)高(gao)度為(wei)(wei)1100mm、過(guo)濾(lv)(lv)(lv)速度分別(bie)為(wei)(wei)5m/h和(he)10m/h的(de)(de)條件(jian)下(xia)，雙層濾(lv)(lv)(lv)料對微藻細胞的(de)(de)去(qu)除率分別(bie)為(wei)(wei)90%和(he)68%，對濁度的(de)(de)去(qu)除率分別(bie)為(wei)(wei)71%和(he)57%。
雙層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)料的(de)頂(ding)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)大粒徑濾(lv)(lv)料增加了濾(lv)(lv)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)納污(wu)容量，底層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)石英(ying)砂(sha)濾(lv)(lv)料保證了出水的(de)水質，每層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)料的(de)孔隙分(fen)布(bu)從濾(lv)(lv)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)底部到頂(ding)部逐漸變(bian)大，過(guo)濾(lv)(lv)效率(lv)比單層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)石英(ying)砂(sha)濾(lv)(lv)料要高，在(zai)一(yi)定程度上克服(fu)了表(biao)(biao)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)濾(lv)(lv)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)阻塞的(de)缺點。但每一(yi)單層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)無煙煤濾(lv)(lv)料、陶(tao)粒濾(lv)(lv)料或石英(ying)砂(sha)濾(lv)(lv)料仍呈“正粒度”分(fen)布(bu)，并不能從根本(ben)上解(jie)決表(biao)(biao)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)過(guo)濾(lv)(lv)的(de)問題。
1.3 多層濾料
三層濾料，即在雙層濾料的基礎上，在石英砂濾料濾層下面再加一層小粒徑大密度的濾料，如磁鐵礦濾料、石榴石濾料等。比如：
① 采用(yong)無煙煤濾(lv)料-石英砂濾(lv)料-磁(ci)鐵礦濾(lv)料組成(cheng)三(san)層濾(lv)料高速(su)過濾(lv)工藝應(ying)用(yong)于再生水的生產，對其可行性進行分析研究，結果(guo)表(biao)明(ming)，在較佳工藝條(tiao)件下(xia)，出水濁度的去(qu)除率(lv)可達97.5%-98.5%，COD去(qu)除率(lv)在43%左(zuo)右，去(qu)除效果(guo)顯著。
不同粒徑、密度(du)的(de)濾層(ceng)越多(duo)，濾層(ceng)結構越合理(li)，后續出(chu)現的(de)四層(ceng)濾料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)和(he)五層(ceng)濾料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)，結構更加(jia)接(jie)近理(li)想濾層(ceng)。但在(zai)工程應用中，多(duo)層(ceng)濾料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)在(zai)反(fan)沖(chong)洗(xi)時會因水(shui)力作用發生膨脹而(er)混層(ceng)，因此在(zai)保(bao)證反(fan)沖(chong)洗(xi)完全的(de)同時又(you)要防(fang)止混層(ceng)，增加(jia)了(le)反(fan)沖(chong)洗(xi)難度(du)。目前應用較多(duo)的(de)仍是雙層(ceng)濾料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)和(he)三層(ceng)濾料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)。總(zong)體來看，多(duo)層(ceng)濾料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)從理(li)論上克(ke)服了(le)單層(ceng)濾料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)孔(kong)隙分(fen)布(bu)的(de)缺點，但每層(ceng)濾料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)孔(kong)隙結構仍會因水(shui)力篩分(fen)作用而(er)重新排列，表層(ceng)濾料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)仍然起主要截留作用。
1.4 均(jun)質石英砂濾(lv)料
均(jun)質濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)(liao)并非濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)(liao)粒徑(jing)完全相同，而(er)(er)是整個(ge)濾(lv)(lv)層(ceng)粒徑(jing)均(jun)勻，通常采用不均(jun)勻系(xi)數(shu)K80表示濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)均(jun)勻程(cheng)度。對(dui)于(yu)凈水廠(chang)而(er)(er)言，K80越接近于(yu)1，過濾(lv)(lv)效(xiao)能(neng)(neng)越好(hao)。均(jun)質石英(ying)(ying)砂濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)(liao)能(neng)(neng)克服濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)(liao)表層(ceng)阻塞(sai)的(de)缺點，充分發揮(hui)整體濾(lv)(lv)層(ceng)的(de)納(na)污作用，從而(er)(er)提(ti)高過濾(lv)(lv)效(xiao)率。當懸浮顆粒由于(yu)范德華力在石英(ying)(ying)砂濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)(liao)表面不斷累積時，形成的(de)積泥會改變濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)(liao)層(ceng)的(de)孔隙結構(gou)，進而(er)(er)改變整個(ge)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)(liao)(liao)層(ceng)的(de)過濾(lv)(lv)效(xiao)能(neng)(neng)與水頭損失(shi)。
比如：
采(cai)用均(jun)質石(shi)英砂濾(lv)(lv)料對V型濾(lv)(lv)池進行過濾(lv)(lv)性能試驗，當進水(shui)濁度(du)在(zai)10NTU以(yi)下、濾(lv)(lv)速為8-12m/h時(shi)，均(jun)質石(shi)英砂濾(lv)(lv)料濾(lv)(lv)出水(shui)質在(zai)1NTU以(yi)下，水(shui)頭損失增長小(xiao)，提高(gao)了(le)過濾(lv)(lv)效率(lv)。一般而言，濾(lv)(lv)料的粒徑越(yue)小(xiao)，濾(lv)(lv)層截留的雜(za)質量越(yue)多，出水(shui)水(shui)質越(yue)好(hao)；但同時(shi)，小(xiao)粒徑不(bu)利于提高(gao)過濾(lv)(lv)速度(du)與產水(shui)量。
采用粒徑為0.45-0.6mm的均質石英砂濾(lv)(lv)料過(guo)濾(lv)(lv)海水，當(dang)過(guo)濾(lv)(lv)速度(du)為15m/h時，出(chu)水水質較好，濁(zhuo)度(du)小于5.0NTU；當(dang)過(guo)濾(lv)(lv)速度(du)提(ti)高到20m/h時，過(guo)濾(lv)(lv)水頭損(sun)失(shi)快速增高，過(guo)濾(lv)(lv)周期僅為2h。
1.5 其他材質濾料
常見的顆粒濾料還包括無煙煤濾料、磁鐵礦濾料、沸石濾料、陶粒濾料、稀土瓷砂濾料和泡沫濾珠等。
無煙煤濾(lv)料呈多(duo)棱(leng)型顆粒狀，具有良好的(de)比表面積(ji)和較(jiao)強的(de)抗壓耐(nai)磨(mo)性，常用(yong)于雙層(ceng)和三層(ceng)濾(lv)料過(guo)濾(lv)。
磁(ci)(ci)鐵礦濾(lv)料(liao)為(wei)鐵黑色，半金屬光澤，具有(you)強磁(ci)(ci)性，機械(xie)強度高，在(zai)三(san)層濾(lv)料(liao)中(zhong)常(chang)作為(wei)墊層使用，由于磁(ci)(ci)鐵礦比(bi)重大，反沖洗過程中(zhong)不(bu)易混層，因此是多層濾(lv)料(liao)的理想配料(liao)。
沸(fei)石(shi)濾料(liao)包括天(tian)然(ran)(ran)(ran)斜發沸(fei)石(shi)和活(huo)化(hua)(hua)(hua)沸(fei)石(shi)。天(tian)然(ran)(ran)(ran)沸(fei)石(shi)比(bi)表面(mian)積大(da)，具有較(jiao)強(qiang)的(de)吸附能(neng)力，可去除(chu)水(shui)中的(de)鈣、鎂離子(zi)；活(huo)化(hua)(hua)(hua)沸(fei)石(shi)是經加工活(huo)化(hua)(hua)(hua)而成，其吸附能(neng)力與離子(zi)交換能(neng)力均(jun)比(bi)天(tian)然(ran)(ran)(ran)沸(fei)石(shi)強(qiang)，可去除(chu)水(shui)中的(de)濁度、色度、重金屬及有機物等。
陶粒濾料(liao)內部(bu)為(wei)多孔結構，具有(you)較大(da)的比表面積，易(yi)于再生，質地(di)輕，是理想的生物膜載體，可去除油、鐵、錳。
稀土瓷砂濾(lv)料(liao)適合離子交換，常用(yong)于濾(lv)池(chi)墊層，可提(ti)高濾(lv)池(chi)的截(jie)污(wu)容量。
泡沫濾珠(zhu)具有吸附能(neng)力強、不易(yi)破碎、過濾速(su)度快、使用壽命長等(deng)優點。
2、纖維濾料
濾料的(de)(de)(de)(de)比(bi)(bi)表面積是(shi)(shi)表征吸附容量(liang)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要指(zhi)標之一。丙綸、滌綸等(deng)纖維濾料由于具(ju)有(you)孔隙率(lv)大、透水(shui)(shui)(shui)性強、過濾阻力(li)小等(deng)優(you)點，可(ke)作為軟填(tian)料來替代傳統的(de)(de)(de)(de)顆粒濾料，是(shi)(shi)過濾技術的(de)(de)(de)(de)一種新思維。纖維濾料巨大的(de)(de)(de)(de)比(bi)(bi)表面積，能(neng)提高(gao)(gao)濾料表面與(yu)水(shui)(shui)(shui)中污染物(wu)的(de)(de)(de)(de)接觸幾(ji)率(lv)，因此具(ju)有(you)較(jiao)強的(de)(de)(de)(de)截污能(neng)力(li)和較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)過濾精度(du)，在(zai)保(bao)持(chi)較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)過濾速(su)度(du)時仍可(ke)獲(huo)得較(jiao)好的(de)(de)(de)(de)出(chu)水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質，是(shi)(shi)粒狀濾料所不能(neng)及的(de)(de)(de)(de)；此外，纖維濾料不易(yi)磨損(sun)，使用壽命較(jiao)長(chang)，質地輕，所占空間小，尤其適合運(yun)輸困難的(de)(de)(de)(de)海(hai)島地區(qu)。
2.1 對(dui)稱結(jie)構(gou)纖維濾料(liao)
早期的纖維過濾是將短纖維單絲以亂堆的方式置于濾器內，并設置擋網以防止單絲在反沖洗時流失，但仍然存在單絲纏繞擋網的現象。為解決纖維濾料流失的問題，研究人員開始將雜亂的纖維單絲固定成型，即制作成各種具有特定形狀與規格的過濾材料。低卷曲纖維橢球濾料是將無卷曲的纖維絲在液體中攪拌成型，制作成互相纏繞的橢球狀濾料，該濾料的纖維絲容易脫落，且反沖洗不夠完全。“布帛片”是將無紡布制作成面積為5-20cm2的片狀濾料，雖然防止了纖維絲脫落，但同樣不易反洗完全。此外，纖維濾料還包括實心球核纖維球、無卷曲纖維絲束中心結扎纖維球、高卷曲纖維絲束結扎纖維球、棒狀纖維及纖維束。
采用(yong)纖維絲束(shu)過濾技術應(ying)用(yong)于反滲透海(hai)水(shui)淡化(hua)的預(yu)處理，混凝沉淀后的海(hai)水(shui)經纖維過濾后，出水(shui)濁度(du)小于0.2NTU，Fe（總(zong)鐵）小于0.1mg/L，SDI15（淤塞指數(shu)）小于4，濾后水(shui)質(zhi)達到了反滲透膜的進(jin)水(shui)要求，纖維濾料增強了對海(hai)水(shui)污染物的吸附截留(liu)效果，有機(ji)物得到進(jin)一步(bu)去(qu)除。
采用滌綸高彈絲纖維球濾料過濾景觀水，當濾速為30m/h、平均進水濁度為87.5NTU時，纖維球過濾周期達16.5h，出水濁度在3-5NTU；當氣洗強度為25L/（s·m2）、水洗強度為8L（s·m2）時(shi)，經氣(qi)洗-氣(qi)水(shui)聯合-水(shui)洗的纖維球濾料積泥量約占(zhan)濾料質量的4.53%。
韓國Hyosung Goodsprings公司開發了一種新(xin)型(xing)高濁(zhuo)度海水預處理(li)系(xi)統(tong)(tong)，包括纖維(wei)過濾(lv)器和超濾(lv)裝置(zhi)，海水濁(zhuo)度高達52NTU時，經預處理(li)的(de)出水SDI15值(zhi)小于3，該工藝可(ke)以適用于高濁(zhuo)度海水的(de)膜脫鹽系(xi)統(tong)(tong)。
一般而言，固定成型的纖維濾料孔隙分布越均勻，出水水質越好；適當減小纖維濾料的長度有利于過濾精度的提高，但會增加制作的復雜程度，同時更不利于反沖洗時纖維充分散開，難以保證洗凈效果。因此，纖維濾料朝著既發揮纖維濾料比表面積大的優勢，又具備粒狀濾料反沖洗簡便特點的方向發展，產生了一種新的不對稱結構濾料—彗星式纖維濾料。
2.2 非對稱(cheng)結構纖維(wei)濾料
彗(hui)(hui)(hui)(hui)星(xing)式纖維濾(lv)料(liao)(liao)是一種具備不對稱結(jie)構(gou)的(de)(de)過濾(lv)材料(liao)(liao)，因(yin)形(xing)狀像彗(hui)(hui)(hui)(hui)星(xing)，故命名為彗(hui)(hui)(hui)(hui)星(xing)式纖維濾(lv)料(liao)(liao)，其(qi)特點是“彗(hui)(hui)(hui)(hui)核(he)”為密度較(jiao)大的(de)(de)實(shi)心體，“彗(hui)(hui)(hui)(hui)尾(wei)(wei)(wei)”為松散(san)的(de)(de)纖維絲(si)束(shu)。彗(hui)(hui)(hui)(hui)核(he)起到(dao)固定彗(hui)(hui)(hui)(hui)尾(wei)(wei)(wei)絲(si)束(shu)的(de)(de)作(zuo)用，彗(hui)(hui)(hui)(hui)核(he)較(jiao)小，因(yin)此并不影響(xiang)濾(lv)料(liao)(liao)孔隙(xi)的(de)(de)均勻程(cheng)度，仍能保持(chi)較(jiao)高(gao)的(de)(de)過濾(lv)精度；反沖(chong)洗(xi)時，彗(hui)(hui)(hui)(hui)尾(wei)(wei)(wei)絲(si)束(shu)隨水(shui)流擺(bai)動，其(qi)非對稱結(jie)構(gou)加劇了(le)濾(lv)料(liao)(liao)之(zhi)間的(de)(de)相(xiang)互碰(peng)撞，顯著提高(gao)了(le)反沖(chong)洗(xi)效果。為減小彗(hui)(hui)(hui)(hui)核(he)的(de)(de)體積(ji)、提高(gao)纖維濾(lv)料(liao)(liao)的(de)(de)容積(ji)利用率(lv)，研究(jiu)人員相(xiang)繼(ji)開發了(le)雙尾(wei)(wei)(wei)、多尾(wei)(wei)(wei)彗(hui)(hui)(hui)(hui)星(xing)式纖維濾(lv)料(liao)(liao)。
彗(hui)星式纖維濾(lv)(lv)(lv)料可實現高(gao)濾(lv)(lv)(lv)速與高(gao)精度(du)(du)過(guo)濾(lv)(lv)(lv)。研究了彗(hui)星式纖維濾(lv)(lv)(lv)料過(guo)濾(lv)(lv)(lv)器的(de)運行性(xing)能，分(fen)析其進出水(shui)濁度(du)(du)、水(shui)頭損(sun)失、過(guo)濾(lv)(lv)(lv)周期(qi)、濾(lv)(lv)(lv)速以及反沖洗特性(xing)，結(jie)果表明，彗(hui)星式纖維濾(lv)(lv)(lv)料過(guo)濾(lv)(lv)(lv)器在過(guo)濾(lv)(lv)(lv)周期(qi)內出水(shui)水(shui)質穩定且濁度(du)(du)小于1NTU，過(guo)濾(lv)(lv)(lv)精度(du)(du)高(gao)，水(shui)頭損(sun)失隨濾(lv)(lv)(lv)速的(de)增(zeng)加而增(zeng)加，過(guo)濾(lv)(lv)(lv)周期(qi)隨濾(lv)(lv)(lv)速的(de)增(zeng)加而縮短，反沖洗耗水(shui)量低，污泥洗出率(lv)可達(da)98%以上。
采(cai)用(yong)彗星(xing)式纖維濾料過(guo)濾海水，在濾速為15m/h、進水濁度為17.8-22.1NTU的條件下，經過(guo)濾后的水質穩(wen)定，濁度保(bao)持在1.33-2.45NTU。采(cai)用(yong)石英砂濾料與纖維濾料過(guo)濾海水的運行情況如表1所示(shi)。
表1 石英砂濾(lv)(lv)料與纖維濾(lv)(lv)料運行情(qing)況的對比
| 濾料 | 進水濁度/NTU | 過濾速度/（m·h-1） | 運行周期/h | 出水濁度/NTU |
| 石英砂濾料 | 17-23 | 15 | ＞50 | 1.9-4.5 |
| 20 | 2 | 2.7-4.5 | ||
| 纖維球 | 17-23 | 15 | ＞50 | 0.7-1.5 |
| 20 | ＞50 | 0.9-1.7 | ||
| 彗星式纖維束 | 17-23 | 15 | ＞50 | 1.3-2.5 |
| 20 | ＞50 | 1.7-3.4 |
纖維(wei)濾(lv)(lv)料深(shen)層(ceng)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)水(shui)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)懸浮顆粒，其機理主(zhu)要包括重力作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)、慣性作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)、截(jie)阻(zu)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)、擴散作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)及(ji)動力效(xiao)應，可(ke)能同(tong)時(shi)受到多種作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)共同(tong)影(ying)響，根據懸浮顆粒的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大小、濾(lv)(lv)料性質及(ji)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)形式(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不同(tong)，各作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)所(suo)占的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)要作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)也不同(tong)。在裝填方面，由于纖維(wei)濾(lv)(lv)料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)彈性，纖維(wei)濾(lv)(lv)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)伸展與壓縮需(xu)憑借外力，過(guo)(guo)濾(lv)(lv)時(shi)要保證裝填密度(du)，同(tong)時(shi)還需(xu)保證濾(lv)(lv)料均勻分布，防止因過(guo)(guo)濾(lv)(lv)阻(zu)力不均而被水(shui)流穿透。在反(fan)沖洗方面，纖維(wei)濾(lv)(lv)料之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相互作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)會使彼此(ci)黏結(jie)在一起，使得(de)反(fan)洗不夠完全，因此(ci)需(xu)嚴格控(kong)制氣洗與水(shui)洗的(de)(de)(de)(de)(de)(de)順序、強度(du)與時(shi)間，保證黏結(jie)成團的(de)(de)(de)(de)(de)(de)纖維(wei)充分沖散。
3、改性濾料
改性(xing)濾(lv)料(liao)是(shi)基(ji)于遷移(yi)和(he)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)機(ji)理(li)發(fa)展起來的(de)一種技術，是(shi)通過物(wu)(wu)理(li)或(huo)化學反(fan)應(ying)將改性(xing)劑黏附(fu)(fu)(fu)在濾(lv)料(liao)載體表面上，以改變濾(lv)料(liao)表面的(de)物(wu)(wu)理(li)化學性(xing)質，從而提高對某些特定(ding)污(wu)染物(wu)(wu)的(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)攔截能力(li)。濾(lv)料(liao)經改性(xing)后，其(qi)表面性(xing)質發(fa)生了(le)很大改變，增加了(le)比表面積(ji)，增加了(le)表面吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)位點，對不(bu)同污(wu)染物(wu)(wu)的(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)作用機(ji)理(li)也(ye)不(bu)同。研究(jiu)表明(ming)，改性(xing)濾(lv)料(liao)在近乎中性(xing)的(de)條(tiao)件下吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)去除水(shui)中微量的(de)重金(jin)屬(shu)離(li)(li)子(zi)，其(qi)機(ji)理(li)主要(yao)是(shi)化學吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)、離(li)(li)子(zi)交(jiao)換吸(xi)(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)、表面絡合和(he)離(li)(li)子(zi)沉淀。
改性顆粒濾(lv)(lv)料(liao)的載體(ti)通常為石(shi)英砂濾(lv)(lv)料(liao)、天(tian)然(ran)沸石(shi)、陶粒濾(lv)(lv)料(liao)等(deng)(deng)，根據(ju)改性劑成分的不同，可(ke)吸附截留水體(ti)中的有機物、細菌(jun)、油類、藻類、重金(jin)屬離(li)子等(deng)(deng)，有效改善過(guo)濾(lv)(lv)出水水質。
采(cai)用(yong)(yong)鐵表面改性的石英砂(sha)(sha)濾料(liao)去(qu)除(chu)混(hun)(hun)凝出水中的Cr（VI），試(shi)驗結果(guo)表明(ming)，未改性的石英砂(sha)(sha)濾料(liao)對混(hun)(hun)凝出水中的剩余Cr（VI）無(wu)明(ming)顯的去(qu)除(chu)作(zuo)用(yong)(yong)，而采(cai)用(yong)(yong)改性砂(sha)(sha)對硫酸鋁混(hun)(hun)凝出水進行過濾時，30min內對Cr（VI）的去(qu)除(chu)率接近(jin)100%。
采用鈦酸(suan)酯偶(ou)聯劑DN101對石英(ying)砂(sha)濾料進行(xing)表面干法改(gai)性(xing)(xing)(xing)，增(zeng)強其親(qin)油疏(shu)水性(xing)(xing)(xing)，經改(gai)性(xing)(xing)(xing)后石英(ying)砂(sha)濾料的(de)(de)親(qin)油親(qin)水比(bi)值(zhi)由未(wei)改(gai)性(xing)(xing)(xing)時的(de)(de)1.25升至(zhi)較大值(zhi)11.1，對15.61mg/L含油廢水的(de)(de)吸附(fu)容量由未(wei)改(gai)性(xing)(xing)(xing)時的(de)(de)0.17mg/g增(zeng)加到(dao)0.25mg/g，對17.3mg/L含油廢水的(de)(de)過濾去(qu)除率(lv)由未(wei)改(gai)性(xing)(xing)(xing)時的(de)(de)72.6%提高到(dao)97.8%。
采用十(shi)六烷(wan)基三(san)甲基溴化銨（HDTMA）對天然(ran)沸(fei)石進(jin)行(xing)改性(xing)，當改性(xing)沸(fei)石的(de)HDTMA溶(rong)液質量分數為(wei)1.2%且pH值為(wei)10時，改性(xing)后的(de)沸(fei)石對廢水中對硝基苯酚的(de)吸附量達到2.53mg/g，明顯高于(yu)天然(ran)沸(fei)石的(de)0.54mg/g。
制(zhi)備了一種海水凈化(hua)用(yong)(yong)多功(gong)能復合(he)濾(lv)料(liao)，以石英(ying)砂濾(lv)料(liao)為載體，采用(yong)(yong)金屬鹽溶液改性(xing)劑(ji)對石英(ying)砂濾(lv)料(liao)進行改性(xing)，再經殼(ke)聚(ju)糖改性(xing)處(chu)理，該(gai)復合(he)濾(lv)料(liao)在保留傳統濾(lv)料(liao)截(jie)留過濾(lv)功(gong)能的同時(shi)，又增強了其對污染物的吸附(fu)能力。
采(cai)用硅烷偶(ou)聯(lian)劑KH550對(dui)石(shi)(shi)英(ying)(ying)砂(sha)(sha)(sha)濾(lv)料(liao)(liao)進行表(biao)(biao)面改性，通過官能團(tuan)之間的化學反應(ying)將其接枝(zhi)到石(shi)(shi)英(ying)(ying)砂(sha)(sha)(sha)濾(lv)料(liao)(liao)表(biao)(biao)面，改性后的石(shi)(shi)英(ying)(ying)砂(sha)(sha)(sha)濾(lv)料(liao)(liao)明(ming)顯改善了吸附(fu)作用，能吸附(fu)去除大體積水溶液(ye)中的濁度、有(you)機物、Cd（II）及Pb（II）。石(shi)(shi)英(ying)(ying)砂(sha)(sha)(sha)濾(lv)料(liao)(liao)與改性石(shi)(shi)英(ying)(ying)砂(sha)(sha)(sha)濾(lv)料(liao)(liao)的性能對(dui)比(bi)如表(biao)(biao)2所(suo)示。
表2 石英砂濾料(liao)與改性石英砂濾料(liao)的性能對比
| 性能 | 石英砂濾料 | 改性石英砂濾料 |
| 表面情況 | 表面平滑、表面面積小，凹凸面淺 | 粗糙的多孔結構，比表面積大 |
| 等電點 | 低 | 高 |
| 吸附容量 | 小 | 大 |
| 帶電荷情況 | 中性條件下帶負電荷 | 中性條件下帶正電荷 |
| 去除污染物 | 懸浮物 | 重金屬離子、有機物、細菌、病毒、藻類、磷等 |
| 作用機理 | 以截留作用為主 | 以吸附作用為主，還包括化學吸附、離子交換吸附、絡合反應、離子沉淀等 |
纖維(wei)(wei)濾料具(ju)有吸油的特點，常(chang)用于(yu)含油污(wu)水的除(chu)油處(chu)理，但纖維(wei)(wei)親(qin)水性(xing)差，其非極性(xing)的親(qin)油表面經油污(wu)吸附后難以沖洗，因(yin)此對纖維(wei)(wei)進行親(qin)水改性(xing)，可滿足(zu)纖維(wei)(wei)吸油后再生的要求。
分別采(cai)用鄰苯(ben)二甲酸、聚乙烯醇、氨(an)磺酸、聚乙二醇、氫(qing)氧化(hua)鈉、丙(bing)烯酸對長纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)進行親(qin)水(shui)改(gai)性，對單位纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)吸(xi)(xi)(xi)水(shui)量(liang)(liang)和單位纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)吸(xi)(xi)(xi)放油(you)差量(liang)(liang)與改(gai)性液質量(liang)(liang)分數、溫度和浸泡(pao)時間的關系進行了研究，試驗(yan)結果表明，改(gai)性纖(xian)(xian)維(wei)(wei)(wei)的吸(xi)(xi)(xi)水(shui)量(liang)(liang)是(shi)(shi)原來(lai)的2.2-2.9倍，吸(xi)(xi)(xi)放油(you)差量(liang)(liang)是(shi)(shi)原來(lai)的2.1-2.8倍，更適于含油(you)廢(fei)水(shui)的處理。
在纖(xian)維(wei)表(biao)面進行聚多巴胺黏(nian)附(fu)和(he)疏水改性，并固定二氧化(hua)硅納米粒子，制備(bei)了吸附(fu)石(shi)油(you)(you)的(de)超疏水纖(xian)維(wei)濾料，改性后的(de)纖(xian)維(wei)對水體(ti)中的(de)正己烷、甲(jia)苯、氯仿(fang)、亞麻籽油(you)(you)、石(shi)蠟、原油(you)(you)的(de)吸油(you)(you)量增加率分(fen)別(bie)為39.8%、35.2%、29.4%、39.3%、41.7%和(he)34%，可適用(yong)于(yu)修復水體(ti)大規模溢(yi)油(you)(you)。
通過加入植(zhi)物成分對纖維絲進行化學改性(xing)，制備出(chu)親水疏油濾料，改性(xing)后的纖維球對油及(ji)有機物的吸附能力增強。
將(jiang)紡織工業廢(fei)棄物短麻纖(xian)維進行氧化和堿處理等化學改性(xing)(xing)，用于(yu)吸附廢(fei)水中的鋅離子，發現改性(xing)(xing)纖(xian)維的吸附性(xing)(xing)能主要(yao)受表面酸度和官能基團數量的影響。
總之，改(gai)性(xing)濾(lv)(lv)料(liao)在吸附去除(chu)不同污(wu)染物(wu)(wu)時的(de)(de)(de)作(zuo)用機制是(shi)不盡相(xiang)同的(de)(de)(de)，但均是(shi)對濾(lv)(lv)料(liao)表面(mian)進行(xing)改(gai)性(xing)，達到(dao)去除(chu)水中(zhong)污(wu)染物(wu)(wu)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。改(gai)性(xing)濾(lv)(lv)料(liao)克服了(le)傳統濾(lv)(lv)料(liao)比表面(mian)積小、吸附容量低等問題，打破了(le)傳統濾(lv)(lv)料(liao)的(de)(de)(de)過濾(lv)(lv)模式，提(ti)高了(le)濾(lv)(lv)料(liao)對水中(zhong)污(wu)染物(wu)(wu)的(de)(de)(de)物(wu)(wu)理、化學吸附能力(li)和攔截過濾(lv)(lv)效(xiao)(xiao)果(guo)，無(wu)需增加(jia)額外設備(bei)，即可有(you)效(xiao)(xiao)去除(chu)水中(zhong)的(de)(de)(de)污(wu)染物(wu)(wu)，操作(zuo)簡(jian)便，綠色(se)環保，適合(he)我國水處理工程現狀(zhuang)。
4、顆(ke)粒濾料與纖維濾料的組合
根據過濾介質的不同，將顆粒濾料與纖維濾料兩種性質不同的濾料進行組合優化，以去除不同的污染物，可充分發揮顆粒濾料反沖洗完全與纖維濾料過濾精度高的優勢。比如：采用雙級組合濾池進行過濾，濾層上層為均質石英砂濾料，下層為彗星式纖維濾料，與單獨采用石英砂濾料和纖維濾料相比，該組合濾池濾速快、周期長、水頭損失小，在進水濁度為10-80NTU、濾速為9-20m/h的條件下，該濾池對固定懸浮物的去除率達95%以上，截污量達24kg/m3。
5、結語與(yu)展望
隨著專家學者對濾(lv)料(liao)研究的不斷深(shen)入(ru)，濾(lv)料(liao)在制備、過濾(lv)性能(neng)及反沖洗(xi)等方面取得了一些進展，有益于其在水(shui)處理中的推廣應用。目前濾(lv)料(liao)在實(shi)際應用中仍存在一些問題(ti)，具體表現在以下兩方面。
（1）濾(lv)(lv)(lv)料(liao)是(shi)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)的(de)(de)關鍵(jian)，過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)技術的(de)(de)理(li)論研究也是(shi)圍繞(rao)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)結構(gou)展(zhan)開(kai)的(de)(de)。迄今(jin)為(wei)止，對(dui)于(yu)顆粒濾(lv)(lv)(lv)料(liao)和纖維(wei)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)的(de)(de)研究僅局限于(yu)出水(shui)(shui)水(shui)(shui)質、水(shui)(shui)頭損失、動力學行(xing)為(wei)等(deng)宏(hong)觀現(xian)象，由于(yu)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)過(guo)(guo)程的(de)(de)復雜性和瞬時性，現(xian)有(you)的(de)(de)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)理(li)論已(yi)無法解釋過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)技術出現(xian)的(de)(de)許多(duo)實(shi)際問題，因此系統開(kai)展(zhan)濾(lv)(lv)(lv)料(liao)的(de)(de)捕(bu)捉機(ji)理(li)、積泥形態及(ji)其對(dui)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)(lv)過(guo)(guo)程的(de)(de)影(ying)響等(deng)微觀理(li)論研究，對(dui)于(yu)指導實(shi)踐應用具有(you)重要(yao)的(de)(de)意義。
（2）改(gai)(gai)性濾(lv)(lv)料(liao)(liao)的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)較為(wei)廣泛，但過濾(lv)(lv)去除污染物(wu)的(de)(de)種類十分有(you)(you)限，提高(gao)改(gai)(gai)性濾(lv)(lv)料(liao)(liao)的(de)(de)吸附容量，擴大濾(lv)(lv)料(liao)(liao)的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)范(fan)圍是(shi)當(dang)前亟待解決(jue)的(de)(de)問題(ti)。同時，開展改(gai)(gai)性濾(lv)(lv)料(liao)(liao)再(zai)(zai)生技(ji)術研究，延長濾(lv)(lv)料(liao)(liao)的(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)壽命(ming)，對(dui)于有(you)(you)效促進(jin)濾(lv)(lv)料(liao)(liao)生產的(de)(de)工業化進(jin)程(cheng)具有(you)(you)重(zhong)(zhong)要的(de)(de)意(yi)義。此外(wai)，改(gai)(gai)性濾(lv)(lv)料(liao)(liao)的(de)(de)研究仍處于實(shi)驗室階段(duan)，在今(jin)后應(ying)注重(zhong)(zhong)將(jiang)成(cheng)果(guo)轉(zhuan)化至實(shi)際(ji)工程(cheng)應(ying)用(yong)(yong)(yong)中(zhong)。再(zai)(zai)者，改(gai)(gai)性劑(ji)長期浸(jin)泡在水體中(zhong)易(yi)發生脫落(luo)和(he)溶解，導(dao)致二次污染；采用(yong)(yong)(yong)纖維素(su)(su)、木(mu)質素(su)(su)、甲殼(ke)素(su)(su)、殼(ke)聚糖等(deng)天然高(gao)分子材料(liao)(liao)作(zuo)為(wei)改(gai)(gai)性劑(ji)原(yuan)料(liao)(liao)，可(ke)通過這些環(huan)境(jing)友好型可(ke)再(zai)(zai)生資源(yuan)中(zhong)官能基團的(de)(de)靜電作(zuo)用(yong)(yong)(yong)和(he)表面絡(luo)合作(zuo)用(yong)(yong)(yong)，實(shi)現對(dui)水體中(zhong)污染物(wu)的(de)(de)吸附，將(jiang)凈水技(ji)術與資源(yuan)利用(yong)(yong)(yong)技(ji)術有(you)(you)機結合，從而達到提高(gao)資源(yuan)利用(yong)(yong)(yong)率、減少環(huan)境(jing)污染的(de)(de)目的(de)(de)。
