活污水、工業污水、純水、飲用水的過濾。

 濾料(filtering media)主要分為兩大類，一類是用以水處理設備中的進水過濾的粒狀材料，通常指石英砂、礫石、無煙煤、鵝卵石、錳砂、磁鐵礦濾料、果殼濾料、泡沫濾珠、瓷砂濾料、陶粒、石榴石濾料、麥飯石濾料、海綿鐵濾料、活性氧化鋁球、沸石濾料、火山巖濾料、顆粒活性炭、纖維球、纖維束濾料、彗星式纖維濾料等。

 另一類是物理分離的過濾介質，主要包括過濾布、過濾網、濾芯、濾紙以及新的膜。

 今天，我們來盤點一下水處理中濾料的工作原理及特性。

1污水處理用纖維球濾料

纖維球濾料是由纖維絲扎結而成的，它與傳統的鋼性顆粒濾料相比，具有彈性效果好、不上浮水面、孔隙大、水頭損失小、耐酸堿、可再生等優點；在過濾過程中，濾層空隙沿水流方向逐漸變小，濾速快，截污能力大。適用于直接過濾的過濾設備，用于電力、油田、化工、冶金、電子等行業的高標準用水以及循環水、旁濾水、廢水的回收與利用。其物理、化學性能數據見表1。

表1纖維球濾料物理、化學性能數據

表2纖維球濾料主要技術指標

工作標準

 1、根據進水量和沉淀出水濁度適當控制濾速，保證濾后水質，如果進水量過大，會影響纖維球濾料的性能。

 2、每1~2小時觀察一次進、出水濁度、pH值、余氯量、水頭損失，正確填寫生產日報表。

 3、負責纖維球濾料濾池的啟閉和沖洗及各項事故的排除;。 

4、做好一級保養，配合好二級保養和參與纖維球濾料濾池大修理工作。 

5、與調度、一、二級泵站和加抓、加礬操作人員保持密切聯系，及時調整有關操作。

2污水處理用陶粒

1.定義

 根據《水處理用人工陶粒濾料》(CJ/T-2008),水處理陶粒濾料是指用黏土、粉煤灰、頁巖等材料為主要原料，經破碎、配方，成形后經高溫燒成陶質的顆粒產品。陶粒表面堅硬、呈球形顆粒狀，具有發達的微孔和大比表面積、孔隙率高，從而截污能力強、濾速高。根據用途的不同，水處理用陶粒可分為給水處理濾料和污水處理濾料兩種。

2.要求

 (1)人工陶粒濾料不應使濾后水產生有毒、有害成分；

 (2)人工陶粒濾料的粒徑范圍一般為0.5~9.0mm,確定的陶粒濾料粒徑范圍中，小于小粒徑和大于大粒徑的賃均不應大于5%。

 ①給水用陶粒粒徑：給水用陶粒粒徑為1~2.5mm,其中大于2.5mm粒徑的篩余量≤5%,小于1.0mm粒徑的篩余量≤5%;

 ②污水處理陶粒粒徑：污水處理陶粒粒徑為2~4mm、3~6mm、5~8mm、6~9mm,同時應滿足標準的有關要求。

 (3)其他技術指標

 陶粒濾料破碎率與磨損率之和、含泥量、鹽酸可溶率、空隙率與比表面積的指標，應符合表3的規定。

污水處理用陶粒濾料的種類

1.黏土陶粒

以黏土、亞黏土等為主要原料，經加工制粒，燒脹而成的。如采用紅黏土粉煤灰，頁巖為主要原料，加入適量的化工原料，可生產出多孔球形輕質陶粒濾料。多孔陶粒濾料具有強度好、孔隙率大、比表面積大、化學穩定性好的優點，可以作為濾料用于污水和自來水的處理工藝中。

2.粉煤灰陶粒與粉煤灰陶砂 

粉煤灰陶粒與粉煤灰陶砂是以工業廢料粉煤為主要原料，加入一定量膠結料和水，加工成球形后燒結而成的。其粒徑為5mm以上的輕粗骨料稱為燒結粉煤灰陶粒；料徑小于5mm的輕細骨料稱為粉煤灰陶砂。

污水處理用粉煤灰陶粒濾料

粉煤灰陶粒 

粉煤灰陶粒一般呈球狀，堆積密度不大于1100kg/m3,粒徑5~20mm,表皮粗糙堅硬，內部有許多細微氣孔，具有體輕、高強等優點。煤灰陶粒規格要求如下：

 (1)粉煤灰陶粒的吸水率不應低于22%,軟化系數不應小于0.80; 

(2)粉煤灰陶粒的抗凍性要求如下：經15次凍融循環后的重量損失不應大于5%;也可用硫酸鈉溶液法測定其堅固性，經5次特環試驗后的重量損失不應大于5%; 

(3)重摸損失要求如下：用煮沸法檢驗時，其重量損失不應大于2%;

 (4)粉煤灰陶粒的燒失量不應大于4%; 

(5)粉煤灰陶粒中有害物質應符合表4的規定。

表4粉煤灰陶粒中有害物質規定指標

粉煤灰陶粒具有比表面積大、表面能高、內部存在著鋁、硅氧化物等活性點，具有良好的吸附性能，易于再生便于重復利用，因此是一種廉價的吸附劑。在廢水處理中具有廣闊的應用前景。

3.頁巖陶粒

頁巖陶粒又稱膨脹頁巖，采用黏土質頁巖、板巖等為原料，經破碎、篩分，或粉磨成球，燒脹而成。陶粒濾料具有孔隙率高、比表面積大、化學性能穩定、機械強度高、過濾水質好、不含有害物質、滲透能力強、濾速高、產水匾高等特點，可作為水廠濾池和污水處理過濾的濾料。有關企業給出的技術指標如表5所示，供參考。

表5相關企業頁巖陶粒主要技術指標

4.河底泥陶粒

 大量的江河湖水經過多年的沉積形成了很多泥沙。利用河底泥替代黏土，經挖泥、自然干燥、生料成球、預熱、焙燒、冷卻制成陶粒。河底泥陶粒可以作為填料用千生物濾池處理污水。

5.硅藻土陶粒

硅藻土是由較細的硅藻殼聚集、經生物化學沉積作用形成的沉積巖，硅藻土呈疏松狀，吸水和吸附能力強，熔點高，具有多孔結構。目前生產硅藻土陶粒有兩種方法：焙燒法和免燒法。如果硅藻土成巖秤度較高，已呈塊狀，可以采用直接焙燒，然后破碎到所需粒度。免燒法是將粉碎好的硅藻土，配入CaO含量大于80%的石灰和模數為2.8的硅酸鈉混合拌勻，在成球盤中加水滾動成球，經一定時間養護即成硅藻土陶粒。有人應用硅藻土陶粒作為濾池的填料，對城市污水處理廠尾水進行末端脫氮除磷深度處理的研究，結果表明處理后出水水質可穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)一級A標準。

6.煤旰石陶粒

煤研石含有較高的碳及硫，燒失較大。李國昌等以煤石為原料，分別采用破碎法和成球法制成濾料生料，經快升溫或慢升溫焙燒獲得陶粒濾料，均能得到性能優良的陶粒制品，而成球法制品的氣孔率普遍高于破碎法。實際生產時，可根據煤旰石特性、產品的性能要求、生產成本等確定煤旰石陶粒濾料的制備工藝。有人利用煤旰石作為主要原料，制備了生物濾池用陶粒濾料，將濾料用于曝氣生物濾池反應器的實驗，結果表明煤旰石陶粒濾料掛膜快、易于反沖洗，對水中有機物和NH3—N的去除效果良好。

7.生物污泥陶粒

以生物污泥為主要原材料，經過烘干磨碎、成球后，燒結成型。與石英砂相比，生物污泥陶粒的比表面積為同體積石英砂的2~3倍，孔隙率為石英砂的1.3~2倍。生物陶粒濾料可作為工業廢水高負荷生物濾料池的生物膜載體、自來水微污染水源預處理用生物濾池的濾料。生物污泥陶粒可以皆用來鋪設于景觀水底，用以吸收水中的氨氮和磷等污染物。

 8.納米改性陶粒

 合成新型的納米陶粒是水處理填料用陶粒的一個新嘗試，它對傳統陶粒比表面積小，難掛膜，生物親和力低、易堵塞等缺點有一定的改良。通過對陶粒生產原料配比、比表面積、孔隙尺寸及內部結構的綜合考慮，不斷優化制備工藝，并添加納米材料和適當的膨脹劑進行改性，使陶粒朝增大空隙率、減少壓降、增大比表面積、改良潤濕性能和功能多樣化的方向發展，不斷提高填料的性能，以推進水處理工藝特別是生物膜法處理工藝的發展。

污水處理用陶粒的特點

 1、采用無機惰性材料高溫燒成，長期浸泡不會向水體釋放任何物質，無二次污染；

 2、比表面積大，作為填料適合各類微生物的生長，在其表面能形成穩定的、高活性的生物膜，處理出水水質好；

 3、表面微孔多，生物親和性好，微生物在其多孔的表面繁殖速度快，處理效率高；

 4、具有很好的表面吸附性能，如在生物濾池系統中，陶粒表面不僅存在著生物氧化作用，還具有截留懸浮物和生物膜的作用；

 5、形狀規則，濾料層孔隙分布均勻，反洗效果好；能有效克服不規則濾料因濾料層孔隙分布不均勻而引起的水頭損失、易堵塞、板結等缺陷；

 6、采用一定的粒徑級配，能提高納污能力和濾料利用率，減少水頭損失； 

7、強度大、耐摩擦，物理、化學穩定性高，壽命長；

 8、可規模化生產，價格便宜。目前，已開發出多種檔次、不同價格的陶粒濾料，可根據水處理具體工程情況，滿足用戶的不同需求。

具體應用

 陶粒采用無機惰性材料經燒脹或燒結而成，長期浸泡不會向水體釋放任何物質，無二次污染，內部具有大量空隙，當水從陶粒層穿過時，可以吸收和攔截水中大量的雜質，因些，陶粒可以作為一種過濾材料用于過濾工藝中；同時其又具有質輕、比表面積大的特點，適用于作為微生物的載體用于污水的處理以及深度處理。

陶粒在水處理方面的應用主要有以下幾個方面：

 1、自來水的過濾

 因為陶粒無害、無味，過濾效果好，可用來作為濾料生產自來水。

 2、作為生物填料用于給水預處理工藝

 在給水處理預處理工藝中，目前一般采用生物膜法，主要包括生物接觸氧化、生物濾池、生物轉盤、生物流化床等。利用附著生長在填料表面的生物膜吸收水中的有機物、氮磷等營養物質進行新陳代謝，達到凈化水質的目的。在山西大同冊田水庫、浴陽河、官廳水庫、紹興青甸湖等地，對受污染的水源進行生物預處理試驗研究結果表明，采用生物污泥陶粒預處理可有效去除濁度、細箘、大鼠溶解性有機物、氨氮、色度等污染物質，能改良后續處理工藝對污染物的去除效果。

 3、作為生物填料用于污水處理

 作為生物接觸氧化、生物濾池、生物轉盤、生物流化床等微生物載體處理污水，如可以作為填料用于曝氣生物濾池，處理城市生活污水。

 4、污水深度處理

 因其有多孔、比表面積大，因此吸附性能好，加上對酸堿的化學和熱穩定性好等優點，可以作為吸附材料用于污水的深度處理。有資料表明，陶粒濾料對鉻、銀、鋅和磷具有較強的去除作用，在一些場合可替代活性炭作廉價的吸附劑。

3無煙煤濾料

1無煙煤濾料的加工與使用

 無煙煤濾料采用無煙煤為原料，經精選、破碎、篩分等工藝加工而成。無煙煤濾料具有以下特點：化學性能穩定，不含有毒物質，耐磨損，在酸性、中性、堿性水中均不溶解；顆粒表面粗糙，有良好的吸附能力；孔隙率大(>50%),有較高的納污能力；質輕，所需反沖洗強度較低，可節省反沖洗用水及電能。

 無煙煤濾料同石英砂濾料配合使用，是我國目前推廣的雙層快速濾池和三層濾池、濾罐過濾的佳材料；是提高濾速、增加單位面積出水量、提高截污能力、降低工程造價和減少占地面積有效的途徑。已廣泛用于化工、冶金、熱電、制藥、造紙、印染、食品等生產前后的水處理過程中。

 2、選擇無煙煤濾料的要求

 無煙煤濾料在過濾過程中所起作用直接影響著過濾的水質，故選擇需要達到以下幾點要求：

 (1)機械強度高，破碎率和磨損率之和不應大于3%(按質量計）；

 (2)化學性能穩定，不含有毒物質，在一般酸性、中性、堿性水中均不溶解；

 (3)粒徑級配合理，比表面積大；

 (4)粒徑范圍：小于指定的下限粒徑不大于3%(按質量計），大于指定的上限粒徑不大于2%(按質量計）。

 3、產品規格與技術指標常用規格：0.8~1.2mm,0.8~1.8mm,1~2mm,2~4mm等。

表6無煙煤濾料技術參數

石英砂 

石英砂是一種堅硬、耐磨、化學性能穩定的硅酸鹽礦物，其主要礦物成分是Si02,可高達99%。石英砂的顏色為乳白色帶紅色或無色半透明狀，莫氏硬度7,性脆無解理，貝殼狀斷口，油脂光澤，相對密度為2.65,其化學、熱學和機械性能具有明顯的異向性，不溶于酸，微溶于堿溶液，熔點1750℃。目前，生產石英砂采用的原料有兩種：

 1、利用天然的河砂、海砂、分篩而成。優點是就地取材、造價低；缺點是：因受水的侵蝕時間過長，強度降低、磨損率與破損率高、使用周期短、機械強度差。這些缺點是影響濾速的首要因素。

 2、利用天然石英礦床，經破碎、分篩、精選而成，具有密度大、機械強度高、顏色純正的優點，適用于生活飲用水過濾、循環水處理以及污水的回收利用。石英砂常用的規格有：0.5~1.0mm、0.6~1.2mm、1~2mm、2~4mm、4~8mm、8~16mm、16~32mm。

5沸石濾料

1、天然沸石 

天然沸石大部分由火山凝灰巖和凝灰質沉積巖在海相或湖相環境中發生反應而形成，為鋁硅酸鹽類礦物，外觀呈白色或磚紅色，屬弱酸性陽離子交換劑。如經人工導入活性組分，使其具有新的離子交換或吸附能力，吸附容雖可相應增大。天然沸石主要用于中小型鍋爐用水的軟化處理，以去除水中的硬度，從而減少鍋爐內水垢的生成。在廢水處理中，可用于去除水中的磷以及鉛、六價銘等重金屬，失效后的沸石可用于濃鹽水逆流再生后重復使用。

 2、活化沸石特性

 活化沸石是天然沸石經過多種特殊工藝活化而成，其吸附性能強，離子交換性能好，有利于去除水中的各種污染物。活化沸石是工業給水、廢水處理及自來水過濾的新型理想濾料。沸石濾料技術參數見表7。

表7沸石濾料技術參數

3、合成沸石

 1)分子篩

 分子篩按骨架元素組成可分為硅鋁類分子篩、磷鋁類分子篩和骨架雜原子分子篩；按孔道大小劃分，孔道尺寸小于2nm、2-50nm和大于50nm的分子篩，分別稱為微孔、介孔和大孔分子篩。大孔分子篩由于具有較大的孔徑，成為較大尺寸分子反應的良好載體。分子篩具有很高的脫水能力，可應用于石油化學、制冷劑脫水、醫藥品保存劑等。同時，也可用作工業制氣吸附劑（制氧PSA、制氫PSA、深冷分離）及半導體工業廢氣處理劑等。

 2)高硅沸石 

高硅沸石主要為斜發沸石和絲光沸石，它們分散在白塹紀和第三紀的正常海相條件下形成的沉積巖中，如細粒砂、硅質黏土、蛋白土、碳酸鹽類巖石和磷塊巖等，這些巖石中通常富含生物化學成因的氧化硅，其硬度一般在4-5,性脆質軟且輕，易碎易磨，高硅沸石具有優異的疏水性、耐熱性，主要用于石油精制、石油化學用催化劑載體。另外，對烴類、有機溶劑等也有優異的吸附能力，被應用于汽車尾氣處理系統催化劑及各類工廠廢氣去除裝置。

6磁鐵礦濾料 

磁鐵礦濾料是三層濾料濾池的必備材料，具有過濾速長快、截污能力強、使用周期長等特點。

污水處理磁鐵礦濾料技術參數

7 錳砂濾料

 采用天然錳礦石經機械破碎、水洗、多次篩分加工而成。外觀呈褐色，表面粗糙。錳砂密度大、硬度高、不易磨損與破碎、化學性能穩定、不含有毒物質，是一種很強的氧化劑。

天然錳砂中含有MnO2,是Fe2+氧化成Fe3+的良好催化劑，對于生活飲用水、地下水除鐵、除錳有特殊的效果，常用于除鐵除錳的過濾裝置。含錳量（以MnO2計）不小于35%的天然猛砂濾料，既可用于地下水除鐵，又可用于地下水除錳；含錳量為20%~30%的天然錳砂濾料，只宜用于地下水除鐵；含錳量低于20%的則不宜采用。

 錳砂濾料物理、化學性能分析

錳砂濾料的技術參數

常用規格：0.5~1.0mm,1~2mm,2~4mm。

8 果殼濾料

果殼濾料采用植物果殼為原料，經破碎、拋光、蒸洗、藥品處理和多次篩選加工而成。可采用的植物果殼有核桃殼、椰子殼等。果殼濾料具有耐磨、抗壓、不在酸堿性水中溶解、不腐爛、不結塊、易再生，較強的除油性能等優點，被廣泛運用在各種廢水處理（特別是含油廢水）中。果殼濾料是取代石英砂濾料來提高水質、大幅度降低水處理成本的新一代濾料。

 果殼濾料技術參數

常用規格：10~1.0mm,0.8~1.2mm,1.2~1.6mm，1.6~2.0mm

1.果殼濾料的特點

 (1)具有多孔和多面特性，截污力強，油和懸浮物去除率高；

 (2)具有多棱性和不同粒徑，形成深床過濾，增強了除油能力和濾速；

 (3)具有親水不親油和適宜的密度，易反洗，再生力強； (4)硬度大，且經特殊處理不易腐蝕，不用更換濾料，每年只補充少量，可節省維修費用和維修時間，提高利用率。

 2.果殼濾料用途 

(1)油田含油污水處理：去油和懸浮固體；

 (2)其他工業含油污處理：去油和懸浮固體；

 (3)工業用水處理：去除水中懸浮固體，提高水質。

9 活性炭

活性炭是一種非常優良的吸附劑，它是利用木炭、竹炭、各種果殼和煤等作為原料，通過物理和化學方法對原料進行破碎、過篩、催化劑活化、漂洗、烘干和篩選等一系列工序加工制造而成。活性炭具有物理吸附和化學吸附的雙重特性，可以有選擇地吸附氣相、液相中的各種物質，以達到脫色精制、清潔除臭和去污提純等目的。

、活性炭的吸附性

 吸附性質是活性炭的首要性質。活性炭具有像石墨晶粒卻無規則地排列的微晶，在活化過程中微晶間產生了形狀不同、大小不一的孔隙。按IUPAC方法分：微孔小于1.0nm、中孔1~25nm、大孔大于25nm。活性炭微孔的孔隙容積一般只有0.25~0.9Ml/g，孔隙數量約為1020個/g,全部微孔比表面積約為500~1500㎡/g,也有稱高達3500~5000㎡/g的。這些孔隙特別是微孔提供了巨大的表面積。 

 活性炭幾乎95%以上的表面積都在微孔中，因此微孔是決定活性炭吸附性能高低的重要因素。中孔的孔隙容積一般約為0.02~1.0mL/g,比表面積高可達幾百平米，能為吸附物提供進入微孔的通道，又能直接吸附較大的分子。大孔的孔隙容積一般約為0.2-0.5mL/g,比表面積約0.5~2㎡/g,其作用一是使吸附質分子快速深入活性炭內部較小的孔隙中去；二是作為催化劑載體，作為催化劑載體時，催化劑只有少量沉淀在微孔內，大都沉淀在大孔和中孔之中。

 2、影響活性炭吸附的主要因素

 由于活性炭水處理所涉及的吸附過程和作用原理較為復雜，因此影響因素也較多，主要有活性炭的性質、水中污染物的性質、活性炭處理的過程原理以及選擇的運轉參數與操作條件等有關。

 1）活性炭的性質 

用于水處理的活性炭應有三項要求：吸附容量大、吸附速度快、機械強度好。活性炭的吸附容量除其他外界條件外，主要與活性炭比表面積有關，比表面積大，微孔數量多，可吸附在細孔壁上的吸附質就多。吸附速度主要與粒度及細孔分布有關，水處理用的活性炭，要求過渡孔（半徑2.0~100nm)較為發達，有利于吸附質向微細孔中擴散。活性炭的粒度越小吸附速度越快，但水頭損失要增大，一般在8~30目范圍較宜。活性炭的機械耐磨強度，直接影響活性炭的使用壽命。

 2）吸附質（溶質或污染物）性質同一種活性炭對于不同污染物的吸附能力有很大差別。

 a.溶解度

 對同一族物質的溶解度隨鏈的加長而降低，而吸附容量隨同系物的系列上升或分子量的增大而增加。溶解度越小，越易吸附，如活性炭從水中吸附有機酸的次序是按甲酸→乙酸→丙酸→丁酸而增加。

 b.分子大小與化學結構 

吸附質分子的大小和化學結構對吸附也有較大的影響。因為吸附速度受內擴散速度的影響，吸附質（溶質）分子的大小與活性炭孔徑大小成一定比例，利于吸附。在同系物中，分子大的較分子小的易吸附。不飽和鍵的有機物較飽和的易吸附。芳香族的有機物較脂肪族的有機物易于吸附。

 c.極性

 活性炭基本可以看成是一種非極性的吸附劑，對水中非極性物質的吸附能力大于極性物質。

 d.吸附質濃度

 吸附質的濃度在一定范圍時，隨著濃度增高，吸附容量增大。因此吸附質（溶質）的濃度變化，活性炭對該種吸附質（溶質）的吸附容量也變化。

3）溶液pH 

溶液pH值對吸附的影響，要與活性炭和吸附質（溶質）的影響綜合考慮。溶液pH值控制了酸性或堿性化合物的離解度，當pH值達到某個范圍時，這些化合物就要離解，影響對這些化合物的吸附。溶液的pH值還會影響吸附質（溶質）的溶解度，以及影響膠體物質吸附質（溶質）的帶電情況。由于活性炭能吸附水中氫、氧離子，因此影響對其他離子的吸附。活性炭從水中吸附有機污染物質的效果，一般隨溶液pH值的增加而降低，pH值高于9.0時，不易吸附，pH值越低時效果越好。在實際應用中，應通過試驗確定合適pH值范圍。

 4）溶液溫度

 因為液相吸附時，吸附熱較小，所以溶液溫度的影響較小。吸附是放熱反應。吸附熱越大，溫度對吸附的影響越大。另一方面，溫度對物質的溶解度有影響，因此對吸附也有影響。用活性炭處理污水時，溫度對吸附的影響不明顯。

 5）多組分吸附質共存 

應用吸附法處理水時，通常水中不是單一的污染物質，而是多組分污染物的混合物。在吸附時，它們之間可以共吸附，互相推動或互相干擾。一般情況下，多組分吸附時分別的吸附容量比單組分吸附時低。

 6）吸附操作條件

 因為活性炭液相吸附時，外擴散（液膜擴散）速度對吸附有影響，所以吸附裝管的型式、接觸時間（通水速度）等對吸附效果都有影響。

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