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除沫器改性滤料的过滤除污机理

水中残余铝主要有颗粒形态存在的铝和溶解态铝两种。盛力等扶为主属氧化物改性丝网除沫器滤料对水中以颗粒形态存在的铝的过滤去除机理应符合悬浮颗粒滤料的滤床过滤机理,即水中以颗粒形态存在的铝颗粒脱离水流流线向滤料表面靠近的迁移机理和当铝颗粒与滤料表面接触或接近时依靠力的作用使其黏附于滤料表面的黏附机理。在滤料外形尺寸相同的条件下,过滤效果的好坏取决于滤料的表面性质。金属氧化物改性滤料和末改性石英砂两种滤料对沉后水中颗粒形态铝的不同处理效果应归因于两种滤料不同的表面性质。

沉后水中悬浮颗粒的电动电位一般在- 23~ -范围内,平均值为。改lOmV-17.性滤料的零电荷点值比未改性石英砂滤料更接近于中性,因此沉后水中带负电的悬浮颗粒与改性滤料的静电排斥作用较弱,对悬浮颗粒向滤料表面接近的阻碍更小。而由于改性滤料表面带有较多的羟基吸附位置引起对水中铝、铁、钙等金属离子的特性吸附,滤料表面甚至可能带有正电荷,来吸引水中带负电的悬浮颗粒。同时改性滤料表面粗糙,带有更多的孔隙,水中微细颗粒更易于沉积下来,并使改性滤料具有更大的截留容量和去除效率,因此改性滤料对颗粒铝过滤的去除效果远远好于未改性石英砂滤料。

溶解形态铝的过滤去除机理是丝网除沫器滤料表面和沉积于其上的悬浮颗粒对含铝离子的络合吸附作用。滤料表面的羟基吸附位置与水中金属离子发生的络合反应是金属铝离子吸附在滤料表面的主要机理,吸附位数量和络合反应动力学速度常数是影响吸附效率的主要因素。测定分析结果表明,改性滤料平均表面吸附位数量为o. 12mrnol/L滤料,而未改性石英砂滤料为o.015mmol/L滤料,即改性滤料表面的吸附位数量是未改性石英砂滤料的8倍,这样改性滤料能吸附更多的金属离子。同时,铁、锰氧化物在水中的羟基吸附位数量与金属离子络合的速度常数也远大于二氧化硅(石英砂主要成分),因此在同样的操作条件下改性滤料对溶解铝的吸附效率更高,过滤去除率也就更大。

总之,改性滤料首先出现在污水处理领域,后来随着人们对改性滤料过滤除污机理的不断深入研究,逐渐延伸到给水处理领域。改性滤料去除水中不同污染物时的作用机理(或处理原理)不是完全相同的,但其理论基础都是通过改善滤料表面的物理和化学性质使其更有利于去除水中的某些污染物质。


(1)去除细菌、浊度机理  国内外研究者对涂氧化铁、氧化铝改性滤料的研究表明:改性滤料强化过滤除污的主要机理是石英砂载体材料表面覆盖的金属氧化物提高了丝网除沫器滤料表面的等电点,在天然水值条件下,改性滤料表面呈正电荷,增加了黏土颗粒与滤料表面之间的结合力,增加了浊度物质的去除率。另外,改性滤料增加了滤料表面的比表面积,使单位体积滤料的吸附面积增加。就涂氧化钛的改性滤料而言,由于氧化钛的等电点在值5.8-6.7,在天然水pH值条件下,滤料表面电荷近似为零,这降低了黏土颗粒、藻细胞与滤料表面之间的静电斥力,增加了过滤除浊、除藻的效率;此外,藻细胞壁上的有机物与改性滤料表面上金属离子之间也存在MeOOCR的结合作用。所以改性滤料与藻细胞之间的结合力增加了。

按照以上去除细菌和浊度的除污机理,涂钛砂和涂铁砂改性滤料表面的金属离子与羟基结合能力与去除藻细胞的能力密切相关。与金属离子配位的羟基数越多,与藻细胞壁上的有机物结合能力就越强,除藻能力也越强。在水中涂钛砂上的钛离子可与4个羟基结合,而涂铁砂上的铁离子只能与3个羟基结合,所以涂钛砂滤料与藻细胞壁的结合能力较强,涂钛砂过滤除藻的能力优于涂铁砂。尽管涂钛砂与藻细胞之间的静电吸引力要低于涂铁砂,但因其与藻细胞之间的化学结合力较强,仍然显现出较强的除藻能力。所以改性滤料上金属离子的价数是影响其除污能力的关键因素,表面电位的作用较为次要。提高滤料过滤除污效率的主要措施是增加丝网除沫器滤料表面晶格金属离子的浓度以及金属离子的价位。

微污染水体中,浊度物质包括无机黏土颗粒物、有机颗粒物、藻细胞等,所以去除水中的浊度物质,不仅仅是去除无机黏土颗粒物,同时还涉及去除有机颗粒物和藻细胞。过滤时浊度去除率的影响因素不仅仅是无机黏土颗粒与滤料表面之间的静电相互作用,还涉及滤料表面与有机颗粒物之间的相互作用。以涂钛砂改性滤料和涂铁砂改性滤料来说,尽管涂钛砂改性滤料的等电点略低于涂铁砂改性滤料的等电点,但因涂钛砂去除有机物和藻细胞的能力较强,所以过滤时两者对浊度的总去除率并没有太大的差别。

通过扫描电子显微镜观察可看到,载体材料涂层后,其表面几乎全被改性剂所覆盖,这样载体材料表面的性质基本上是改性剂的性质。根据物理化学理论,比表面积较大的固体常常是不稳定的,当条件许可时,总要吸附一些细小的颗粒,使表面变为平滑和无活性而达到稳定。改性滤料的大比表面积就是造成其吸附性能良好的有利条件。当改性剂黏附在载体材料表面上时,无数微型颗粒堆积在其表面,造成比原载体材料大得多的比表面积,并呈多孔状,这样就有效地优化了载体材料的表面性质,以至于在过滤过程中可以大量地吸附水中的浊质离子。


丝网除沫器

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