水處理用改性石英砂過濾材料的原理是什么呢？波濤小編為你介紹如下：

強(qiáng)化過濾工藝中所使用的改性濾料，對其定義、載體、改良劑、制備及表征技術(shù)作了系統(tǒng)的綜述。與普通濾料相比，改性濾料具有一系列優(yōu)良性能。以此為基礎(chǔ)，對改性濾料處理水中重金屬離子、砷、硒、氟、有機(jī)物、微生物、藻類等污染物的工藝進(jìn)行了簡要介紹。

一、水處理用改性石英砂過濾材料

伴隨著我國工業(yè)的發(fā)展，人口的增長，環(huán)境污染，尤其是水源地的污染，對城市居民的身體健康造成了很大的威脅。調(diào)查顯示，被污染水源中所含的大多數(shù)有機(jī)物對人體健康有害，或者可能形成對人體有“三致作用”的氯消毒副產(chǎn)物。但傳統(tǒng)的水處理工藝由于凈化功能的限制，對水中有機(jī)物、重金屬離子、藻類等的去除能力較低，特別是對水溶性低分子有機(jī)物的去除能力較差。由于水環(huán)境污染的加劇和人們生活水平的不斷提高，人們對飲用水的質(zhì)量要求越來越高，相應(yīng)的供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也越來越高，污水的凈化與處理已成為一個十分重要而緊迫的新課題。

水處理用改性石英砂過濾材料廣泛應(yīng)用于給水處理、污水處理和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。但由于石英砂過濾材料表面孔隙率低，比表面積小，等電點(diǎn)低，在正常條件下帶入負(fù)電性，使其對水中有毒物質(zhì)（重金屬離子等）、細(xì)菌、病毒和有機(jī)物等的去除效果差。近幾年來，研究人員提出了對普通石英砂濾料進(jìn)行改性的想法，通過在石英砂表面粘附不同功能物質(zhì)，改善濾料表面性能，制成吸附性能好、機(jī)械強(qiáng)度高的改性濾料�？紤]到我國目前的經(jīng)濟(jì)水平，該技術(shù)在給水處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

二、過濾材料的改進(jìn)

所謂改性濾料，就是在普通石英砂濾料表面通過化學(xué)反應(yīng)涂覆一層改性劑（通常是金屬氧化物和氫氧化物），從而改變原濾料顆粒表面的物理化學(xué)性質(zhì)，以增加濾料對某些特殊物質(zhì)的吸附能力，增強(qiáng)其截污能力，達(dá)到改善出水水質(zhì)的目的。通過試驗(yàn)證明，改性濾料能充分發(fā)揮增大濾料比表面和強(qiáng)化吸附的能力，從而實(shí)現(xiàn)在與水中各種有機(jī)物、細(xì)菌、藻類接觸的過程中，表面涂料產(chǎn)生的強(qiáng)化吸附和氧化凈化作用。它不僅能吸附大分子物質(zhì)和膠體有機(jī)物，而且能對水中的重金屬離子和小分子可溶性有機(jī)物進(jìn)行大量吸附和氧化，達(dá)到全面改善水質(zhì)的目的。

三、吸附劑

適宜作濾料吸附劑的材料有很多，常用的有Fe系、Al系氧化物或氫氧化物、錳系氧化物、鎂系氧化物和稀土類金屬化合物等。在吸附劑中，F(xiàn)e系和Al系的水合氧化物、氫氧化物應(yīng)用廣泛�；罨�鎂比表面積大，孔隙多，吸附能力強(qiáng)，是一種優(yōu)良的吸附材料。其中，稀土金屬配合物是一種新型材料，它能改善傳統(tǒng)濾料的表面結(jié)構(gòu)，提高其吸附位置，對水中的重金屬離子和部分無機(jī)離子等雜質(zhì)具有良好的去除效果。但是，稀土類金屬化合物作為吸附劑與載體結(jié)合不好，在一定程度上限制了其廣泛應(yīng)用。另外，將含有多種特殊基團(tuán)的聚合物有機(jī)化合物涂覆于濾料表面或與金屬氧化物結(jié)合，通過官能團(tuán)的作用改善濾料的吸附性能也是目前研究的方向。

四、改性過濾材料在水處理工藝中的應(yīng)用

改性濾料可去除水中的重金屬離子。金屬氧化物對Zn²⁺的吸附實(shí)驗(yàn)表明，在氧化鋁涂層砂改性濾料除鋅實(shí)驗(yàn)中，去除率與pH值有密切關(guān)系。當(dāng)出水pH值小于4時，鋁砂比石英砂更有效；大于4時，隨著pH值的增加，對鋅的去除率提高；大于9點(diǎn)時，對鋅的去除率達(dá)到100%。

改性濾料可去除水中陰離子型有害物質(zhì)。改性濾料在水中去除砷。砷屬有毒物質(zhì)，一些地表水由于受到農(nóng)藥、固體廢物和工業(yè)廢水的污染而含有砷，另一些地下水由于在高砷地層中被砷污染。無機(jī)砷的毒性大于有機(jī)砷，三價砷的毒性大于五價砷，世界衛(wèi)生組織規(guī)定飲用水中三價砷的含量不超過0.01毫克/升。

通過對氧化鐵砂改性濾料進(jìn)行除砷試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)除砷效果明顯，脫砷率可達(dá)95%以上，并符合低pH值、高脫砷的規(guī)律。研究結(jié)果表明，在一定的pH值和吸附劑濃度范圍內(nèi)，以氫氧化鐵改性砂吸附水中As²⁺和As²⁺，可使砷的脫除效率達(dá)到92%。通過改良的過濾介質(zhì)去除水中的硒。

五、改性石英砂濾料可以消除其他污染物

研究了改性濾料對痕量苯酚的去除，研究發(fā)現(xiàn)，隨著pH值的降低，改性濾料對苯酚的吸附效率逐漸提高，但去除率不高，說明改性濾料表面對苯酚的吸附遵循配位交換吸附機(jī)理，并且預(yù)先加入高錳酸鉀可以明顯增強(qiáng)改性濾料對苯酚的去除效果。

六、存在的問題

(1)過濾過程中濾料長時間浸泡在水中

如何保證改性濾料的穩(wěn)定性，即金屬氧化物/氫氧化物與濾料表面的強(qiáng)粘附性，是研究和實(shí)際應(yīng)用中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。目前國外通常采用高溫煅燒的方法在石英砂表面燒結(jié)鐵或氧化錳，通過氧化鐵在水中形成豐富的表面羥基來提高吸附能力。在今后的研究中，我們應(yīng)該重點(diǎn)研究各種制備方法，特別是通過各種物質(zhì)的復(fù)合對普通過濾材料的改性。此外，借鑒納米制備技術(shù)也值得探索。

(2)尋找合適的載體

國外已發(fā)現(xiàn)，用橄欖石代替普通石英砂制成的改性濾料的性能比用石英砂作為載體制成的濾料好得多。在國內(nèi)，可以根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r使用其他天然濾料代替石英砂，或者將改性后的砂與其他吸附載體燒結(jié)在一起（如硅藻土、火山灰等）以提高改性過濾材料的去除效果。

(3)到目前為止，改性濾料去除的物質(zhì)不多，水中氨氮、苯酚等有害物質(zhì)的去除還有待研究。而且由于各個研究人員的生產(chǎn)方法不同，改性后的過濾介質(zhì)性能往往有很大差異。因此，如何找到一種有效的制備方法來工業(yè)化生產(chǎn)改性濾料，并形成獨(dú)立的產(chǎn)品，以促進(jìn)其在水處理中的廣泛應(yīng)用，是一個具有重要意義的課題。

七、前景

目前，國內(nèi)外專家學(xué)者致力于研究改性濾料的制備方法和載體，以及在制備過程中如何拓寬改性濾料的吸附范圍，提高吸附效率，從而制備出性能更好的改性濾料。改性后的濾料能有效去除水中的重金屬離子、有機(jī)物、細(xì)菌病毒、藻類、苯酚等有毒有害物質(zhì)，非常適合我國水處理的現(xiàn)狀，因此在水處理方面將有廣闊的應(yīng)用前景。