过滤是利用过滤材料分离污水中杂质的一种技术,有时用作污水的预处理,有日时则作为最终处理,出水供循环使用或重复利用。在污水深度处理技术中,普遍采用过滤技术。而滤料作为过滤技术的关键也在不断地进步和发展。

1、从单层到多层的转变

天然的石英砂是最早使用的滤料之一,早期具有来源广、价格低、机械强度和化学稳定性好等优点,因此应用较早也较广泛推广使用。长期的实践经验发现,天然石英砂过滤到定时间后,表层滤料间孔隙将逐渐被杂质堵塞,使整个滤层的阻力剧增,滤速锐减，此时下层滤料对杂质的截留作用尚未达到充分发挥,而过滤却不得不终止,致使出水水质恶化。

为了克服传统天然石英砂滤料容易堵塞,滤速慢,反冲洗困难的缺陷,研究人员开发出双层滤料,即在石英砂滤层上部放置一层粒径较大、密度较小的轻质滤料。使用较早也较广泛的轻质滤料是无烟煤,其后使用的轻质滤料还有人工陶粒、人工合成纤维等。双层滤料在一定程度上提高了滤速和过滤效率,增加了床层截污容量,延长了过滤周期。

层滤料体现了水先通过粗粒滤料再通过细粒滤料的理想滤层的概念。基于理想滤层的理,三层滤料应运而生,三层滤料比双层滤料床层结构更为合理,后来人们又研究了四层、五层滤料。

多层滤料虽然在一定程度上缓解了天然石英砂滤料过滤所出现的问题——反冲洗问题到了很好的解决,但多层滤料是由多个单层滤料串联而成,每层主要担负截污负担的还是滤料的表面部分。故研究人员开发出均质滤料不但能较好地克服表面堵塞,并具有滤速快，滤周期长、水头损失增大慢等优点,将传统的石英砂滤层改造为均粒石英砂滤层,在不改滤池结构、反冲洗方法和操作习惯的条件下,产水量提高15%,而滤层的费用仅增加取得了良好的经济效益。

2、从天然到人工的转变

早期的石英砂、无烟煤等天然滤料被广泛选用,之后便逐渐出现了无烟煤、石榴石、钛铁矿、磁铁矿、金刚砂等天然滤料,但这些滤料都由于其形状的限制,比表面积小,孔隙率小,截污能力受到限制。经过科学家的不断试验研究,人工合成滤料以其独特的性能优势在水处理行业中盛行起来。人工合成的轻质滤料中有聚苯乙烯球粒、聚氯乙烯球粒等。在此阶段,以人工轻质新型的滤料问世最为轰动。新型陶粒滤料最早在前苏联开发应用,是用黏或类似材料经适当处理后高温焙烧制成。由于其外表粗糙多棱角,内部及表面孔洞很多,作土为滤料具有孔隙率高,比表面积大,密度小等优点,在我国水处理行业中得到了普遍的欢迎。人工轻质新型陶粒滤料的缺点是机械强度差,多次冲洗易破碎而损耗,价格偏高。之后便逐渐对以优质高岭土为原料的瓷砂滤料,将硅藻土矿经过破碎、研磨、筛选、干燥、焙烧以及加助熔剂焙烧而成的硅藻土滤料,以及轻质泡沫塑料球粒进行改进。

3、滤料材质的转变

以上这些新型滤料的问世在很大程度上推动了过滤技术的进步和发展,但这些滤料仍以粒状为主,虽自身的缺陷不断提高,但各方面的问题仍然不能得到重大突破。

随着我国滤料工业的发展,滤料的品种和规格也日益增多,质量和性能逐步提高。人们逐渐开始寻找新的滤料产品,纤维滤料以其优越的性能优势开始走进人们的视野。

纤维滤料堆积孔隙较大,具有较高的比表面积,密度较小,可吸附大量悬浮物,在过滤器中的滤速可以很大,而床层阻力很小,反冲洗性能较好。以软填料纤维代替传统的粒状滤料是深层过滤技术发展史上一种崭新的思维和尝试,也标志着以纤维滤料为核心的现代过滤技术的开始。

年,日本尤尼奇卡公司研究人员采用短纤维作滤料,形成杂乱短纤维深层滤床,并对其进行研究,短纤维截泥量大,过滤周期长,阻力小,滤料加工简单,弥补了传统纤维易流失,滤床体积较大,反冲洗不彻底的缺点。但短纤维的发冲洗条件研究仍显不足。

在短纤维滤料的基础上,日本尤尼奇卡公司经过反复的研究改进,制成了纤维球滤料。纤维球滤料过滤时,由于水流经过滤层所产生的阻力,加上滤层截污后的自身重力,使滤层上松下紧,孔隙率自上而下由大到小分布,这样的滤层结构较为合理,形成了近似理想的孔隙分布。但纤维球存在的不足是积留在纤维球内部的积泥不容易洗出,过滤时容易释放,影响出水水质。

鉴于纤维球和短纤维滤料的优点和不足,人们进一步对纤维滤料进行改进,出现了纤维束滤料。研究人员对纤维束滤料进行了大量的试验研究。实践表明,纤维束滤料不同于传统的滤料形式,纤维束近似于平行水流方向置于过滤设备中,床层孔隙可人为调节。过滤时,由于重力作用,滤床孔隙沿水流方向逐渐变小,近似于理想滤层;而反冲时,水流自下而上,可使床层处于松散状态,因此清洗更彻底,且气、水用量少,清洗时间短。此外,纤维束滤料的床层水头损失小,增加速度缓慢,整个滤床均能发挥截污作用。

清华大学成功研制了“彗星式”纤维滤料。它将纤维滤料截污性能好与颗粒滤料反冲洗效果好的特征相结合,形成一种新的过滤材料。

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