過濾與分離技術在生態濾溝中的應用

湯敏

摘要：指出了過濾分離技術已廣泛地應用于輕重工業領域中，生態濾溝是利用復合生態系統來凈化水體的污水處理方式，能夠高效實現不同水體的水質凈化。簡述了生態濾溝技術研究的現狀，分析了過濾和分離技術在生態濾溝中的應用，對過濾與分離技術的結合作用進行了展望。

關鍵詞：過濾分離技術；生態濾溝；復合生態系統；凈化水體

中圖分類號：X52

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2016）08009102

1 引言

隨著我國經濟的飛速發展，水資源的需求不斷加大。據研究表明，城鎮化率每提高1%，總用水量將提高0.58%，預測2020年城鎮化率到60%時，全國用水總量將突破紅線控制要求[1]。與此同時，我國的水資源污染不斷加劇，據研究我國的80%的河流被不同程度的污染，因此加強水資源保護和對污染水體治理的研究是水資源保護的當務之急。生態濾溝技術是廣泛應用于水體污水凈化的處理方式，具有結構簡單、工程適用性強、處理效果好等優點[2]。但是如何提高生態濾溝技術對水體的凈化能力依然是水污染治理的研究熱點。過濾分離技術廣泛的應用在各工業領域和環保工程等中，其在生態濾溝技術中的應用是提高生態濾溝技術對污染水體凈化效率的重要途徑。

2 生態濾溝技術研究現狀

生態濾溝技術采用“基質—微生物—植物”的復合生態系統來實現水體的凈化[2]。在污水生物處理系統中，人工設計組合的微生態系統的應用是提高生態濾溝技術處理效率、改善工藝運行條件的有效措施，其應用的融合研究技術也是近年來環境保護領域的研究熱點之一[3]。作為一種新型的污水處理技術，生態濾溝技術是生態技術在城市污水處理工藝中的成功應用。其通過植物和微生物的協同作用對污水中各種形態污染物進行最為經濟的處理和轉化。因此，通過合理設計，生態濾池既可高效、低能耗地去除污水中的污染物質，又可減少剩余污泥的產量，是一種全新概念的污水處理工藝[4]。生態濾溝通過雨水收集、植物凈化、過濾、貯存等工序，在傳統砂石過濾床的頂部增加種植層，處理城市雨水，得到更好的出水水質，滿足回用要求，并對水進行貯存，對城市水環境的和諧穩定有重要意義[5]。在其工序中，植物凈化和過濾對雨水的凈化至關重要，而過濾分離是該工序發揮作用的重要原理。

3 過濾和分離技術在生態濾溝中的應用

過濾和分離技術在生態濾溝中的應用主要體現在生態濾溝的基質應用上。通過濾餅過濾和深床過濾實現對污水的凈化上。

3.1 濾餅在生態濾溝中的運用

在濾餅過濾中，過濾介質是織物、多孔固體或多孔膜。在過濾操作的開始階段，會有部分小顆粒進入介質孔道內，并可能穿過孔道而不被截留，使濾液仍然是渾濁的。隨著過濾的進行，顆粒經過微孔時互相“架橋”，濾渣在過濾介質的一側逐漸形成濾餅，使流道更狹窄，使小于流道直徑的顆粒也能被攔截，濾液逐漸清澈。當濾餅形成后，濾液便逐漸澄清了[6]。這時，將初始濁液重新過濾即可得澄清溶液。可見，在濾餅形成之后，它便成為對之后的顆粒起主要截留作用的介質，不斷增厚的濾餅才是真正有效的過濾介質。

3.2 深床過濾在生態濾溝中的運用

在深床過濾中，過濾介質是由砂子、木炭或其他堆積介質混合而成。介質層較厚，里面形成長而曲折的流道，通常處理顆粒直徑小于流道直徑的懸浮液；過濾時，顆粒隨流體進入介質孔道，靠攔截、慣性碰撞、擴散沉積、重力沉積及靜電效應等使顆粒細小且含量甚微的物料被過濾，如自來水廠的凈化、煙氣除塵或合氣除霧等[7]。當使用時間較長，介質中累積的顆粒增多，流道變窄，流阻增大，出現顆粒“穿透”現象，濾液中顆粒含量增大，此時要對介質進行清潔再生[7]。因此，深床過濾時并不在介質上形成濾餅，固體顆粒沉積于過濾介質的內部。這種過濾適合于處理固體顆粒含量極小的懸浮液。

4 展望

我國過濾與分離技術在生態濾溝的應用研究，主要集中在過濾器和過濾裝置方面，而對過濾分離技術本身的研究卻進展甚微，因此對過濾分離技術再生態濾溝中的應用現狀，對其結合使用的發展作以下展望。

（1）加強過濾分離技術本身的研究拓展。制定生態濾溝技術中過濾分離技術的技術標準、測試設備和質量控制標準，使二者的融合使用標準化。

（2）加強過濾材料的研究。過濾是處理含油污水的最后一個環節，也是最為關鍵的一個環節，它決定著水質能否達標。過濾能否發揮應有的作用，主要由過濾材料的性能決定。所以，在過濾分離技術發展應用中，要把濾材研究作為一項重大任務進行。在發達的工業國家，十分重視過濾材料的供應，鼓勵建設更多的濾材生產廠家，用來生產各種濾材。

（3）加強過濾器結構設計的研究。多年來，我國過濾器結構設計幾乎全部是照搬國外的。我國應該在借鑒國外先進技術設計的同時，依托現代信息技術，不斷創新，不斷更新過濾分離技術，為其在生態濾溝中的應用提供更先進的技術支持。

參考文獻：

[1]馬海良，徐 佳，王普查. 中國城鎮化進程中的水資源利用研究[J].資源科學，2014，36（2）：334～341.

[2]胡 歡，周明濤，楊 平. 基質粒徑和沿程變化對生態濾床凈化效果的影響[J]. 中國水土保持，2013（6）：55～57.

[3]楊 健，陸雍森，王樹乾. 綠色生態濾池處理城鎮污水的中試研究[J]. 環境工程，2001，19（2）：20～22.

[4]韓潤平. 新型生物濾池污水處理過程中氮形態轉化研究[D].上海：同濟大學，2002：12～25.

[5]趙 佳.利用生態濾溝收集城市雨水的研究與探討[J].科技與生活，2011（17）.

[6]趙 揚. 濾餅微觀結構與壓榨過濾理論的研究[D].杭州：浙江大學博士論文，2006：3～15.

[7]范榮桂， 范 彬， 杜顯云，等. 深床過濾機理及其在水處理中的應用研究與進展[J]. 環境污染治理技術與設備，2005（9）：1～6.