硅藻土纤维素复合助滤剂在微污染原水处理中的应用 6页

第３８卷第３期土木建筑与环境工程Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．３２０１６年６月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｉｖｉｌ，Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｕｎ．２０１６ｄｏｉ：１０１１８３５／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４４７６４２０１６０３０１３硅藻土／纤维素复合助滤剂在微污染原水处理中的应用盛超１，李孟１，黄凌凤２，章蕾３（１．武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉４３００７０；２．武汉芳笛环保股份有限公司，武汉４３００７４；３．水利部产品质量标准研究所，杭州３１００２４）摘要：以硅藻土和纤维素为原料，通过溶胶－凝胶法制备出了新型硅藻土／纤维素复合助滤剂，探究了各种制备条件对助滤剂的影响，并在高岭土悬浊液中对硅藻土、纤维素和硅藻土／纤维素的助滤性能进行了比较，同时研究了硅藻土／纤维素助滤剂对实际微污染水过滤的影响。研究结果表明：复合助滤剂的最佳制备条件为纤硅比０．６７，氨水浓度５．０×１０－４ｍｏｌ／Ｌ，蒸馏水／纤维素４０ｍＬ／ｇ，ＥｔＯＨ／硅藻土２０ｍＬ／ｇ，６０℃恒温水浴；硅藻土／纤维素复合助滤剂的助滤性能要明显优于硅藻土和纤维素助滤剂；在微污染原水直接过滤过程中，投加硅藻土／纤维素助滤剂可提高各微污染物的去除率，结合微滤膜深度处理工艺，最终出水水质满足《生活饮用水卫生标准》（ＧＢ５７４９—２００６）的要求。关键词：硅藻土；纤维素；助滤剂；助滤性能；微污染原水中图分类号：ＴＵ９９１．２文献标志码：Ａ文章编号：１６７４４７６４（２０１６）０３００９００６Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｉａｔｏｍｉｔｅ／ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｉｌｔｅｒａｉｄｓｏｎｍｉｃｒｏｐｏｌｌｕｔｅｄｒａｗｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ１，ＬｉＭｅｎｇ１，ＨｕａｎｇＬｉｎｇｆｅｎｇ２，ＺｈａｎｇＬｅｉ３ＳｈｅｎｇＣｈａｏ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７０，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；２．ＷｕｈａｎＦａｎｇｄｉＥｎｖｉｒｏｍｅｎｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＬｔｄ．，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；３．Ｓｔａｎｄａｒｄ＆ＱｕａｌｉｔｙＣｏｎｔｒｏｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｉａｔｏｍｉｔｅ／ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｆｉｌｔｅｒａｉｄｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｕｓｉｎｇｒａｗｄｉａｔｏｍｉｔｅａｎｄｃｅｌｌｕｌｏｓｅｖｉａｓｏｌｇｅｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃｅｌｌｕｌｏｓｅ／ｄｉａｔｏｍｉｔｅ，ｄｉｓｔｉｌｌｅｄｗａｔｅｒ／ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ，ＥｔＯＨ／ｄｉａｔｏｍｉｔｅ，ａｍｍｏｎｉａｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｄｉａｔｏｍｉｔｅ／ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｆｉｌｔｅｒａｉｄｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｄｉａｔｏｍｉｔｅ，ｃｅｌｌｕｌｏｓｅａｎｄｄｉａｔｏｍｉｔｅ／ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｆｉｌｔｅｒａｉｄｓｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉａｔｏｍｉｔｅ／ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｆｉｌｔｅｒａｉｄｓｏｎｓｌｉｇｈｔｌｙｐｏｌｌｕｔｅｄｗａｔｅｒｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｗｈｅｎ４０ｍＬｄｉｓｔｉｌｌｅｄｗａｔｅｒｄｉｓｓｏｌｖｅｄ１．０ｇｃｅｌｌｕｌｏｓｅ，２０ｍＬＥｔＯＨｃａｒｒｉｅｄ１．５ｇｄｉａｔｏｍｉｔｅ，ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆ－４ｄｉａｔｏｍｉｔｅｔｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅｗａｓ０．６７，ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆａｍｍｏｎｉａｗａｓ５×１０ｍｏｌ／Ｌ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓ６０收稿日期：２０１６０１１５基金项目：武汉理工大学自主创新研究基金（１５５２０６００９）作者简介：盛超（１９９１），男，主要从事给水与污水处理研究，（Ｅｍａｉｌ）ｃｈａｏｓ０１２１＠１６３．ｃｏｍ。Ｒｅｃｅｉｖｅｄ：２０１６０１１５Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｉｔｅｍ：ＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｄｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎｏ．１５５２０６００９）Ａｕｔｈｏｒｂｒｉｅｆ：ＳｈｅｎｇＣｈａｏ（１９９１），ｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔ：ｍｕｎｉｃｉｐａｌｗａｔｅｒａｎｄｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ，（Ｅｍａｉｌ）ｃｈａｏｓ０１２１＠１６３．ｃｏｍ．\n第３期盛超，等：硅藻土／纤维素复合助滤剂在微污染原水处理中的应用９１℃，ｔｈｅｂｅｓｔｄｉａｔｏｍｉｔｅ／ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｆｉｌｔｅｒａｉｄｓｗｅｒｅａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｄｉａｔｏｍｉｔｅ／ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｆｉｌｔｅｒａｉｄｓｗａｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｂｙｄｉａｔｏｍｉｔｅａｎｄｃｅｌｌｕｌｏｓｅｆｉｌｔｅｒａｉｄｓ．Ｔｈｅｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｃｏｕｌｄｉｎｃｒｅａｓｅｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｄｉａｔｏｍｉｔｅ／ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｆｉｌｔｅｒａｉｄｓｉｎｔｈｅｄｉｒｅｃｔｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｔｏｔｒｅａｔｔｈｅｍｉｃｒｏｐｏｌｌｕｔｅｄｒａｗｗａｔｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｆｉｌｔｒａｔｉｏｎａｎｄｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｍｅｍｂｒａｎｅｃｏｕｌｄａｃｈｉｅｖｅｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｅｒｍｅａｔｅｗａｔｅｒ，ｗｈｉｃｈｍｅｔｔｈｅＳｔａｎｄａｒｄｓｆｏｒＤｒｉｎｋｉｎｇＷａｔｅｒＱｕａｌｉｔｙ（ＧＢ５７４９—２００６）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉａｔｏｍｉｔｅ；ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ；ｆｉｌｔｅｒａｉｄｓ；ｆｉｌｔｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｍｉｃｒｏｐｏｌｌｕｔｅｄｒａｗｗａｔｅｒ现如今微污染水体已越来越多地作为人们生活１材料与方法用水水源之一。在微污染水处理过程中直接过滤是常用的一种水处理工艺，而直接过滤时，滤浆中的颗１．１实验材料和主要仪器粒极易形成滤饼堵塞过滤介质的孔道，使过滤的效本研究所使用的药品主要为微晶纤维素，柱层［１］率降低甚至无法继续进行。为解决这一问题，可析；无水乙醇，分析纯；稀硫酸，分析纯；氨水，分析［２］在过滤时加入助滤剂以强化过滤过程。理想的助纯；均为国药集团化学试剂有限公司生产；硅藻土，滤剂具有空隙率大，孔隙结构丰富，比表面积大和形武汉百惠生物科技有限公司提供；蒸馏水，自制。主状不规则，不可压缩的性质，而且可形成结构疏松几要仪器为ＤＦ１０１Ｓ集热式恒温加热磁力搅拌器，乎不可压缩的滤饼，形成通畅的液体流道，从而减小ＨＡＣＨ２１００Ｐ高精度便携式浊度仪。滤饼的过滤阻力。同时可以阻止悬浮液中小颗粒穿１．２硅藻土／纤维素助滤剂的制备透和堵塞过滤介质，提高过滤速度和滤液的澄清将微晶纤维素分散于蒸馏水中作有机前驱物，［３］度。助滤剂过滤可滤除滤浆中的固体颗粒及悬浮待其完全浸润后抽滤，并用无水乙醇洗涤多次以除物，吸附胶体粒子、大部分细菌、病毒及部分有害元去残余水分。将１．０ｇ处理过的纤维素溶于一定量［４］的蒸馏水（１．０ｇ纤维素／３０ｍＬ蒸馏水）中制得溶素等，其过滤作用主要是对污染物的机械截留作用和吸附作用，将简单的介质表面过滤变为深层过液Ａ，向溶液Ａ中逐滴加入１ｍＬ的１ｍｏｌ／Ｌ的稀滤，产生较强的净化过滤作用。硫酸，装入三角烧瓶并置于６０℃恒温加热磁力搅拌目前常用的助滤剂有硅藻土、纤维素等，但其在器内搅拌预水解１０ｍｉｎ。将１．５ｇ硅藻土与无水乙实际应用中各有优缺点：硅藻土具有孔隙结构发达、醇（ＥｔＯＨ）按１．５ｇ硅藻土／２０ｍＬＥｔＯＨ的比例配［５６］成溶液Ｂ，将溶液Ｂ加入溶液Ａ中，恒温搅拌１０硬度高、稳定性好、化学杂质含量少的特点，但是－４滤速相对缓慢，堆密度较大，按其质量加入往往达不ｍｉｎ后，加入１．８ｍＬ的氨水（５×１０ｍｏｌ／Ｌ），反应［７８］到预期要求，多加又将使成本上升。纤维素助滤１０ｍｉｎ后，降至室温，用磁力搅拌器低速（２０ｒ／ｍｉｎ）剂在水中带负电荷，吸附阳离子，具有一定的吸附性搅拌，持续搅拌２４ｈ，制得纤维素／硅藻土溶胶，过滤能，所以同时可用作吸附剂，但过滤之后滤液的澄清洗涤去除杂化物，在４５℃干燥２４ｈ，再放入恒温干［９１１］燥箱１０５℃下继续干燥２４ｈ，研磨成粉后即可得到度不太好。目前对于纤维素和硅藻土的改性研究甚多，方法也多种多样，但同时结合两种以上助滤硅藻土／纤维素复合助滤剂。剂材料来制备复合助滤剂并探讨其性能的研究分别改变纤硅比、氨水浓度、蒸馏水／纤维素、无甚少。水乙醇／硅藻土以及水浴温度，做纤维素含量变化的本研究以纤维素和硅藻土为原料，通过溶胶凝对照试验，以确定最佳的制备条件，复合助滤剂材料胶法制备了硅藻土／纤维素无机有机复合助滤剂，中纤维素含量可由硅藻土的质量增量来求得。助滤并分析了纤硅比（纤维素与硅藻土的质量之比）、氨剂中硅藻土的增量越高，说明纤维素和硅藻土的复水浓度、蒸馏水／纤维素、无水乙醇／硅藻土以及水浴合效果越好，助滤剂的助滤性能就会越好。温度这５个因素对复合助滤剂的影响，以得到最佳１．３硅藻土／纤维素助滤剂性能的测试的制备条件，同时在不同进水浊度和不同滤速条件采用直径为２５ｍｍ，高１５００ｍｍ的透明有机下对硅藻土、纤维素和硅藻土／纤维素复合助滤剂的玻璃柱为模型滤柱。滤柱中填充粒径ｄ＝０．６～１．２助滤性能进行了比较，并研究了硅藻土／纤维素复合ｍｍ的石英砂滤料，滤层厚Ｈ＝２８０ｍｍ。采用砾石助滤剂对实际微污染原水过滤效果的影响。作为承托层，从上到下粒径逐渐增大，总厚度１００\n９２土木建筑与环境工程第３８卷ｍｍ。由于滤柱模型内径较小，故基本可以保证配水的大小。如图２所示，随着蒸馏水／纤维素的增加，均匀性。取３份１Ｌ自来水，分别投加１００ｍｇ自然硅藻土增量百分比先增大后减小。在蒸馏水／纤维黏土，充分搅拌混合，配成原水，各添加１ｍｇ纤维素为４０ｍＬ／ｇ时，硅藻土增量百分比达到最大值素、１ｍｇ硅藻土和１ｍｇ硅藻土／纤维素复合助滤９３％；纤维素的水解需要一定的水分，当蒸馏水／纤剂，经过滤柱过滤。过滤中尽量保持进、出水流量稳维素小于４０ｍＬ／ｇ时，蒸馏水的投加量不足，只有定和原水浊度稳定，通过单因素实验，在不同的进水部分纤维素水解，此时纤维素的水解产物与未水解浊度和滤速下，测出水浊度。另取两份１Ｌ的武汉的纤维素分子之间继续聚合，形成大分子溶液，体系南湖水为实际微污染原水，并向其中一份投加１ｍｇ内无固液界面，属于热力学稳定系统，复合效果不硅藻土／纤维素复合助滤剂，经过滤柱过滤，测出水好；当蒸馏水／纤维素达到４０ｍＬ／ｇ时，纤维素得以中各污染物的含量。充分水解，体系内形成存在固液界面的热力学不稳定系统，与硅藻土复合效果最好；当蒸馏水／纤维素２结果与讨论大于４０ｍＬ／ｇ时，体系内剩余水分过多，稀释了聚２．１硅藻土／纤维素复合助滤剂的最佳制备条件合物的浓度，减少了颗粒之间碰撞的几率，与硅藻土分析产生凝胶质量较差，从而导致助滤剂复合效率降低。２．１．１纤硅比对硅藻土／纤维素助滤剂制备的影响保持其他条件不变，测定不同纤硅比对硅藻土增量百分比（硅藻土增加的量／纤维素质量）的影响。如图１所示，当纤硅比为０．３３时，硅藻土的增量百分比最小，只有６４％；当纤硅比为０．６７～１．６７时，硅藻土的增量百分比都趋于平稳，稳定在８５％左右。纳米ＳｉＯ２／纤维素复合材料中，无机ＳｉＯ２纳米粒子以薄片和球状颗粒形式存在，ＳｉＯ２纳米颗粒由于纤图２蒸馏水／纤维素对硅藻土增量的影响维素聚合物链的包覆作用而均匀地分散在树枝状的Ｆｉｇ．２Ｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｓｔｉｌｌｅｄｗａｔｅｒ／ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｏｎ纤维素基体中，纤维素聚合物链对ＳｉＯ２纳米颗粒的ｄｉａｔｏｍｉｔｅｉｎｃｒｅｍｅｎｔ［１２］包覆作用主要是通过氢键。纤维素分子链上所２．１．３氨水浓度对硅藻土／纤维素助滤剂制备的影有的羟基都处于分子链内或者分子链间的氢键响溶胶凝胶法中酸、碱性催化剂的用量，主要影［１３］中，羟基的数量是一定的，只能包覆一定量的响溶胶凝胶过程中纤维素的水解和缩聚反应。纤ＳｉＯ２纳米颗粒。硅藻土的化学成分主要是ＳｉＯ２，因维素的水解速率常数随酸浓度的增大而增大，碱有此，当纤硅比大于０．６７之后，纤维素都只能与一定［１２］利于其缩聚反应。因此，针对不同催化条件下，量的硅藻土复合，故硅藻土的增量百分比保持在水解与缩聚反应的特点，使得溶胶凝胶过程中水解８５％左右。和缩聚反应分别在强酸硫酸和弱碱氨水催化条件下发生。为了加快纤维素的水解，加入稍过量的硫酸，使纤维素快速充分水解后，再用氨水调节溶液的ｐＨ，故主要考虑氨水的浓度对硅藻土增量的影响。如图３所示，当氨水浓度为２．８×１０－４ｍｏｌ／Ｌ的时候，反应体系仍然处于酸性条件下，抑制了作为控速步骤的缩聚反应，不利于纤维素与硅藻土交联网络结构的形成，硅藻土增量百分比只有２６％，随着氨水浓度的增加，硅藻土增量也逐渐增加；当氨水浓度图１纤硅比对硅藻土增量的影响增至４．２×１０－４ｍｏｌ／Ｌ时，硅藻土增量百分比达到Ｆｉｇ．１Ｅｆｆｅｃｔｏｆｃｅｌｌｕｌｏｓｅ／ｄｉａｔｏｍｉｔｅｏｎｄｉａｔｏｍｉｔｅｉｎｃｒｅｍｅｎｔ５４％，曲线斜率最大，硅藻土含量增加的最快，这类２．１．２蒸馏水／纤维素对硅藻土／纤维素助滤剂制似于酸碱中和临近滴定终点的时刻，极少量的氨水备的影响保持其他条件不变，改变蒸馏水／纤维素就能使反应体系由弱酸性突变为适于纤维素缩聚反\n第３期盛超，等：硅藻土／纤维素复合助滤剂在微污染原水处理中的应用９３应的碱性体系，在弱碱性条件下，温和的缩聚反应有利于硅藻土充分均匀地与纤维素形成交联网络，此时纤维素与硅藻土的复合效果最佳。当氨水浓度为－４５×１０ｍｏｌ／Ｌ的时候，硅藻土增量百分比到达－４６７％，趋于稳定。当氨水浓度大于５×１０ｍｏｌ／Ｌ时，溶液的ｐＨ值继续增大，硅藻土增量也没有明显增加。图４无水乙醇／硅藻土对硅藻土增量的影响Ｆｉｇ．４ＥｆｆｅｃｔｏｆＥｔＯＨ／ｄｉａｔｏｍｉｔｅｏｎｄｉａｔｏｍｉｔｅｉｎｃｒｅｍｅｎｔ过快，容易产生沉淀或小颗粒的悬浮物，影响凝胶的性质，当水解温度达到９０℃时，体系中产生微小气泡，影响水解产物性质，进而影响溶胶的稳定性。反应温度越高能耗越高，综合考虑，最佳水解温度应控制在６０℃。图３氨水浓度对硅藻土增量的影响Ｆｉｇ．３Ｅｆｆｅｃｔｏｆａｍｍｏｎｉａｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｎｄｉａｔｏｍｉｔｅｉｎｃｒｅｍｅｎｔ２．１．４无水乙醇／硅藻土对硅藻土／纤维素助滤剂制备的影响保持其他条件不变，改变无水乙醇／硅藻土的大小，如图４所示，当ＥｔＯＨ／硅藻土由６．７ｍＬ／ｇ逐渐增大到１３．３ｍＬ／ｇ的时候，硅藻土增量百分比也逐渐增大，当ＥｔＯＨ／硅藻土达到１３．３图５温度对硅藻土增量的影响ｍＬ／ｇ时，硅藻土增量百分比达到最大值８４％；当Ｆｉｇ．５ＥｆｆｅｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｄｉａｔｏｍｉｔｅｉｎｃｒｅｍｅｎｔＥｔＯＨ／硅藻土继续增大到１６．７ｍＬ／ｇ乃至２０ｍＬ／ｇ２．２硅藻土／纤维素复合助滤剂的助滤性能分析时，硅藻土增量百分比趋于稳定。无水乙醇会减缓２．２．１原水浊度对硅藻土／纤维素助滤剂助滤性能纤维素水解产物缩聚反应的速率，从而影响复合助的影响取３份１Ｌ自来水，分别投加一定量的自滤剂中硅藻土的含量。当ＥｔＯＨ／硅藻土过小时，缩然黏土，充分搅拌混合，配制成不同浊度的原水，并聚反应过快，硅藻土未能充分均匀地进入交联网络向其中各添加１ｍｇ硅藻土、１ｍｇ纤维素和１ｍｇ硅中；随着无水乙醇用量的增加，缩聚反应减慢，胶凝藻土／纤维素复合助滤剂，经过滤柱过滤。过滤中尽时间延长，硅藻土进入交联网络的机率增加，硅藻土量保持进、出水流量稳定和原水浊度稳定，滤速控制增量百分比增加；当ＥｔＯＨ／硅藻土超过１３．３ｍＬ／ｇ在４ｍ／ｈ。时，硅藻土已充分进入，能最大限度地进入交联网络如图６所示，本研究制备的硅藻土／纤维素复合中，含量不再增加，硅藻土增量百分比趋于稳定。助滤剂对于不同浊度的进水都能起到较好的浊度去２．１．５温度对硅藻土／纤维素助滤剂制备的影响除效果，且较单独投硅藻土或纤维素能显著提高原保持其他条件不变，改变纤维素预水解恒温水浴反水浊度去除率。这是因为硅藻土表面通常显负电应的温度。如图５所示，硅藻土增量百分比在温度性，可使待滤水中可能存在的未脱稳悬浮颗粒脱稳，从５０℃升高至６０℃时大幅增加，当温度在６０℃时同时，其良好的孔隙结构可加强待滤水中悬浮颗粒达到最大值８８％，在６０～８０℃范围内时先减小后的吸附，滤除滤浆中的杂质颗粒，还能有效地防止过增大，总体相差不大，保持在８５％以上，但当温度升滤介质的污染与堵塞。纤维素高分子聚合物具有发至９０℃时又显著降低。原因是纤维素的水解为吸达的链状结构和自由基团，能牢固吸附在滤料和悬热反应，水解温度过低时，水解速度缓慢，水解不彻浮颗粒表面，并在各种颗粒之间形成架桥作用，从而底，甚至不能形成凝胶；水解温度过高时，水解速度\n９４土木建筑与环境工程第３８卷随着滤速的增加，其滤后水浊度去除率仅略有降低。这是因为硅藻土／纤维素助复合滤剂含有均匀的立体网状交联结构，形成了良好的过滤通道，减少滤饼的过滤阻力，在高滤速下对颗粒仍有很强的吸附截留能力，能去除极微小的颗粒，提高了滤饼的截污精度和容量，延长过滤周期，同时可获得高澄清度的滤液。图６进水浊度对浊度去除率的影响２．３硅藻土／纤维素助滤剂对实际微污染水过滤的Ｆｉｇ．６Ｅｆｆｅｃｔｏｆｏｒｉｇｉｎａｌｔｕｒｂｉｄｉｔｙｏｎｔｕｒｂｉｄｉｔｙ实验研究ｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ取２份武汉南湖水（洪山地区）为试验微污染水（浊度２５．７ＮＴＵ，色度＝３２度，ＣＯＤＭｎ＝７．６ｍｇ／Ｌ，起到阻止或延缓悬浮颗粒穿透的作用。而硅藻土／－１ＵＶ２５４＝０．１７８ｃｍ），充分搅拌混合，并向其中一份纤维素复合助滤剂是由多孔结构的硅藻土经溶胶投加１ｍｇ硅藻土／纤维素复合助滤剂，试验水经过凝胶反应后与链状的纤维素形成的，具有更加稳定、滤柱过滤后，再经微滤膜（膜孔径大小为０．１，膜均匀的立体网状结构，相对于单独投硅藻土或纤维μｍ面积为７ｍ２，运行方式为外压式死端过滤，操作压素能更好地改善滤饼结构，提高细小颗粒的截留率，力为０．１ＭＰａ）深度处理。过滤过程中保持其他条获得更高澄清度的滤液。件不变，滤速控制在４ｍ／ｈ。膜处理前后出水水质２．２．２滤速对硅藻土／纤维素助滤剂助滤性能的影效果及滤柱的过滤周期见表１。响取３份１Ｌ自来水，各投加１００ｍｇ自然黏土，表１出水水质参数充分搅拌混合，并向其中各添加１ｍｇ硅藻土、１ｍｇ纤维素和１ｍｇ硅藻土／纤维素复合助滤剂，在一定浊度／ＣＯＤＭｎ／ＵＶ２５４／过滤处理工艺色度／（°）（ＮＴＵ）（ｍｇ·Ｌ－１）ｃｍ－１周期／ｈ的滤速下经过滤柱过滤。过滤中尽量保持进、出水流量稳定和原水浊度稳定，滤速分别保持在２ｍ／ｈ、未投加助滤剂９１１．８４５．０９０．１２２４４ｍ／ｈ、６ｍ／ｈ、８ｍ／ｈ。未投加助滤１．５４７．６８３．５０．０９—如图７所示，当滤速控制在２～８ｍ／ｈ范围内剂＋微滤膜时，采用硅藻土／纤维素复合助滤剂作助滤材料的出投加助滤剂２．０６８．９６３．７２０．０８３６水浊度去除率均保持在８０％以上，去除效果较好。投加助滤０．２６６．０８２．２８０．０５—并且投加硅藻土／纤维素复合助滤剂进行过滤的浊剂＋微滤膜度去除效果都远好于单独投加硅藻土或纤维素的去如表１所示，微污染水中投加１ｍｇ／Ｌ的硅藻除效果。这主要是因为在单独投加硅藻土或纤维素时，助滤剂对杂质颗粒的吸附作用和截留能力有限，土／纤维素助滤剂过滤后，出水中浊度、色度、ＣＯＤＭｎ随着滤速的增加，水流剪切力增大，当水流剪力大于和ＵＶ２５４均明显降低。与未投加助滤剂过滤相比，出水的浊度从９ＮＴＵ降到２．０６ＮＴＵ，色度从附着力时，原先附着在助滤剂表面的杂质颗粒被剥１１８４度降到８．９６度，ＣＯＤＭｎ从５．０９ｍｇ／Ｌ降到落下来，导致滤后水的浊度增加，浊度去除率明显降－１降为０．０８ｃｍ－１，同３７２ｍｇ／Ｌ，ＵＶ２５４从０．１２ｃｍ低；而在投加硅藻土／纤维素复合助滤剂的过滤中，时，滤柱的过滤周期也从原来的２４ｈ提高到了３６ｈ。原因是硅藻土／纤维素助滤剂能很好的改善滤饼结构和过滤通道，加强对水中的细小固体颗粒和胶体粒子的吸附、截留作用，提高滤料对水中微污染物的去除效果，特别是对胶体类和非溶解态污染物的去除率能有显著提高。故投加助滤剂过滤后，随着滤料对水中粒径更加细小的悬浮固体及胶体颗粒的图７滤速对浊度去除率的影响去除，各种水质指标的去除效果均有显著提高。但Ｆｉｇ．７Ｅｆｆｅｃｔｏｆｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｒａｔｅｏｎｔｕｒｂｉｄｉｔｙｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ由于试验水浊度较大，有机物含量高，且相当部分有\n第３期盛超，等：硅藻土／纤维素复合助滤剂在微污染原水处理中的应用９５机物是以溶解态存在，投加助滤剂强化过滤后出水ＹＯＵＺＷ，ＳＵＮＸ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｉａｔｏｍｉｔｅｆｉｌｔｅｒａｉｄ中浊度和有机物浓度略高于《生活饮用水卫生标准》ｉｎｆｉｌｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｉｌｔｒａｔｉｏｎ＆Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ，（ＧＢ５７４９—２００６）中关于浊度不超过１ＮＴＵ，２００５，１５（２）：３２３５．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［５］ＫＨＲＡＩＳＨＥＨＭ，ＡＬＤＥＧＳＹＳ．ＭＣＭＩＮＮＷ．ＣＯＤＭｎ不超过３ｍｇ／Ｌ的规定。因此，在投加硅藻Ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆｗａｓｔｅｗａｔｅｒｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ土／纤维素助滤剂直接过滤后设置微滤膜深度处理ｕｓｉｎｇｒａｗａｎｄｍｏｄｉｆｉｅｄｄｉａｔｏｍｉｔｅ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌ工艺，进一步降低水中的浊度和有机物含量，最终出ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ，２００４，９９（２）：１７７１８４水水质达标。［６］ＨＡＩＤＥＲＳ，ＰＡＲＫＳＹ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ由上述分析可知，在微污染水源直接过滤过程ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎｃｈｉｔｏｓａｎｎａｎｏｆｉｂｅｒｓａｎｄｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔｏ中，通过投加硅藻土／纤维素复合助滤剂强化过滤可ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆＣｕ（ＩＩ）ａｎｄＰｂ（ＩＩ）ｉｏｎｓｆｒｏｍａｎ提高水中各微污染物的去除效果，同时延长了过滤ａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＳｃｉｅｎｃｅ，周期，这对提高滤池周期产水量具有重要意义。２００９，３２８（１／２）：９０９６［７］徐亚斌，吴纯德，王林，等．硅藻土强化混凝去除微污染３结论原水中的有机物［Ｊ］．环境工程学报，２０１２，６（１１）：３９１９１９２２．１）溶胶凝胶法可成功制备出新型硅藻土／纤维ＸＵＹＢ，ＷＵＣＤ，ＷＡＮＧＬ，ｅｔａｌ．Ｒｅｍｏｖａｌｏｆ素复合助滤剂，最佳制备条件为纤硅比０．６７，氨水ｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｉｎｍｉｃｒｏｐｏｌｌｕｔｅｄｒａｗｗａｔｅｒｕｓｉｎｇ浓度５×１０－４ｍｏｌ／Ｌ，蒸馏水／纤维素４０ｍＬ／ｇ，ｅｎｈａｎｃｅｄｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｄｉａｔｏｍｉｔｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＥｔＯＨ／硅藻土２０ｍＬ／ｇ，６０℃恒温水浴。ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，６（１１）：２）在滤速为４ｍ／ｈ，进水浊度为２９．３ＮＴＵ，投３９１９１９２２．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）加１ｍｇ／Ｌ的硅藻土／纤维素复合助滤剂的条件下，［８］ＢＯＩＴＴＥＬＬＥＣ，ｅｔａｌ．Ａｄｖａｎｃｅｉｎｔｈｅｐｒｅｃｏａｔｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ滤后水的浊度仅为１．１７ＮＴＵ，去除率达到９６％，具ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＳｅｐａｒａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，有良好的技术、经济效益。４３（７）：１７０１１７１２．３）硅藻土／纤维素复合助滤剂可显著改善微污［９］ＧＩＮＤＬＡＷ，ＫＥＣＫＥＳＢＪ．Ａｌｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ染原水直接过滤对浊度、色度、ＣＯＤＭｎ和ＵＶ２５４等水［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍｅｒ，２００５，４６（２３）：１０２２１１０２２２．质指标的去除效果，结合微滤膜深度处理工艺，最终［１０］聂水源，吕小梅，李继，等．纤维与石英砂过滤技术的比较研究［Ｊ］．环境工程学报，２０１２，６（１）：１４１１４５．出水水质满足中国《生活饮用水卫生标准》的要求。ＮＩＥＳＹ，ＬＶＸＭ，ＬＩＪ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｆｉｂｅｒａｎｄｓａｎｄｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ参考文献：ｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，６（１）：１４１１４５．（ｉｎ［１］ＰＥＴＥＲＳＯＮＤＬ．ＳｔｕｄｉｅｓｏｆａｓｂｅｓｔｏｓｒｅｍｏｖａｌｂｙＣｈｉｎｅｓｅ）ｄｉｒｅｃｔｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｏｆａｌａｋｅ［Ｊ］．ＳｕｐｅｒｉｏｒＷａｔｅｒ，ＪＡＷＷＡ，［１１］ＫＩＭＪ，ＹＵＮＳ，ＯＵＮＡＩＥＳＺ．Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙｏｆｃｅｌｌｕｌｏｓｅ１９８０，７２（３）：１５５１６３．ａｓａｓｍａｒｔｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２００６，３９［２］ＫＲＩＳＴＩＡＮＡＩ，ＪＯＬＬＣ，ＨＥＩＴＺＡ．Ｐｏｗｄｅｒｅｄ（１２）：４２０２４２０３．ａｃｔｉｖａｔｅｄｃａｒｂｏｎｃｏｕｐｌｅｄｗｉｔｈｅｎｈａｎｃｅｄｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎｆｏｒ［１２］莫尊理，赵仲丽，陈红，等．纳米ＳｉＯ２／纤维素复合材料ｎａｔｕｒａｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｒｅｍｏｖａｌａｎｄｄｉｓｉｎｆｅｃｔｉｏｎｂｙ的非均相制备及其性能［Ｊ］．复合材料学报，２００８，２５ｐｒｏｄｕｃｔｃｏｎｔｒｏｌ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎａｗｅｓｔｅｒｎａｕｓｔｒａｌｉａｎ（４）：２４２８．ｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ，２０１１，８３ＭＯＺＬ，ＺＨＡＯＺＬ，ＣＨＥＮＨ，ｅｔａｌ．Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ（５）：６６１６６７ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｎａｎｏＳｉＯ２／ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ［３］余健，曾光明，谢水波，等．投加助滤剂改善常规过滤的ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＭａｔｅｒｉａｅＣｏｍｐｏｓｉｔａｅＳｉｎｉｃａ，性能［Ｊ］．南华大学学报（理工版），２００３，１７（１）：５０５４．２００８，２５（４）：２４２８．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）ＹＵＪ，ＺＥＮＧＧＭ，ＸＩＥＳＢ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅ［１３］高洁，汤烈贵．纤维素科学［Ｍ］．北京：科学出版社，ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｉｌｔｅｒａｉｄｓｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ１９９９：４２４４．ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｈｕａＧＡＯＪ，ＴＡＮＧＬＧ．Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅｓｃｉｅｎｃｅ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＥｄｉｔｉｏｎ），２００３，１７ＳｃｉｅｎｃｅＰｒｅｓｓ，１９９９：４２４４．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）（１）：５０５４．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［４］尤兆玮，孙昕．精细过滤及硅藻土助滤剂的应用［Ｊ］．过（编辑胡玲）滤与分离，２００５，１５（２）：３２３５．