高乃云 范瑾初 謝燕菊 盂建平
(同濟大學環境科學與工程學院)

　　硅藻土（ Diatomaceous Eerth ，簡稱 DE ）是若干萬年以前的一種稱作硅藻的單細胞水生植物的骨骼殘核。當硅藻死亡時，其骨骼沉積下來，沉到海底或湖底，形成硅藻土礦床。
　　根據地質部海洋地質研究所的研究，我國硅藻土硅藻種屬比較簡單，除少數地區外， 90% 以上都是中心綱圓篩藻科直鏈藻屬、圓篩藻屬、小環藻屬和冠盤藻屬。直鏈藻屬是主要的淡水浮游硅藻之一，圓篩藻和直鏈藻見圖 1 。

　　普通硅藻土的分子式為 SiO 2 · nH 2 O ，其主要海峽成分是 SiO 2 ，占 64.8-92.6 ％， SiO 2 的含量越高，硅藻土的質量越好。其次是 Al 2 O 3 、 Fe 2 O 3 、 CaO 、 MgO 等。硅藻土顆粒粒徑很小，一般粗粒型為 20 － 40 μ，細粒型為 10 － 20 μ。最小的只有 1 μ，在顯微鏡下才能看見。硅藻土具有極強的吸水性，它能吸收本身重 1.5 － 4.5 倍的水。這是因為硅藻土有無數小孔和復孔，其孔隙率一般為 75-85 ％，輕質，比表面積大。硅藻土耐酸、耐熱、耐磨，化學性質穩定、無毒性
　　硅藻土經干燥、粉碎、篩選、配料、鍛燒（ 800 -1000 ℃ ）等一系列加工（即物理化學處理后），除去其內部的各種雜質，即成為硅藻土助濾劑。
　　國外對硅藻土資源的認識和開發始于 19 世紀， 1986 年德國海德爾（ Heddle ）等人獲得了用硅藻土作過濾介質的第一個專利，于是德國成了世界上第一個生產硅藻土助濾劑的國家。
　　現在國外用硅藻土作原料加工的產品已達 500 多種，其中助濾劑達 150 余種。且助濾劑在整個產品結構中所占的比重有逐年增長的趨勢。
　　世界硅藻土的主要生產國有美國（占 40 ％）、原蘇聯（占 18 ％）、丹麥（占 12 ％）、法（占 13 ％）國，還有阿爾及利亞、墨西哥及德國等，這七個國家的總產量約占世界目前總產量的 90% 以上。助濾劑的主要生產國和輸出國為美國、德國及法國。
　　據報道，世界硅藻土制品總產量已超過 200 萬噸，其中助濾劑的產量達 130 余萬噸，并正以 3-3.5 ％的年平均增長率不斷增長。
　　我國硅藻土資源的開發和研究均遠遠落后于世界先進國家。1935 年，我國首次發現硅藻土，這是地質學家楊鐘健先生前往山東山旺考察新生代地層，采集化石標本時發現的。從三十年代至五十年代，是我國對硅藻土資源開始認識階段，主要局限于古生物學和地學范疇，多屬描述性質的定性研究。六十年代及七十年代，是我國硅藻土助濾劑生產的初級階段。寧波、上海、長白三廠相繼生產助濾劑，主要使用單位局限于醫藥行業及少數企業，如上海石化總廠。八十年代，是我國硅藻土助濾劑生產和科研開始起步和迅速發展的階段，我國啤酒、白酒、果酒及飲料工業發展很快，正在大量采用硅藻土過濾。據悉，全國已探明硅藻土儲量大約 1.3 億噸，估算遠景儲量超過 10 億噸，其中云南可能超過 6 億噸，浙江超過 2 億噸。全國硅藻土資源主要集中在云南、浙江、吉林三省，同時已在山東、黑龍江、湖北、河北、安徽、江西、廣東、四川和西藏等省區亦發現硅藻土礦產。
　　1987 年，全國助濾劑的實際生產總量約 2000 － 2300 噸，均用于啤酒、白酒、飲料和某些油類過濾，但在水處理方面未得到應用。 60 年代，同濟大學曾進行過硅藻土過濾水研究，但因故中斷。 1990 年開始，同濟大學與法國利安水務公司合作，系統地進行了硅藻土用于水處理的研究。
　　 硅藻土過濾系統和工藝操作 用于水過濾的硅藻土過濾器分為壓力式和真空式以及往復式三種，其中壓力式使用最為廣泛，見圖 2 。
　　硅藻土過濾工藝較一般砂濾，除過濾與反沖洗階段以外，還多一個預涂環節，即濾膜形成階段。
1.預涂

　　將事先在預涂桶內配好的一定濃度的硅藻土漿液打入過濾器內，經反復循環 10 － 15min ，直到循環液清徹透明并達到濁度要求為止。液體流速要大于過濾器濾速，以免硅藻土在預涂過程中因流速太小而沉積在管道中，影響過濾出水水質。每平方米過濾面積可預涂 500 － 1000 克 硅藻土，經預涂可形成約 1 － 2mm 厚的預涂膜。所采用硅藻土的品種、規格、主要取決于原水水質、濾后水水質要求及過濾過程中水頭損失增長速度。
2. 過濾
　　預涂結束后，即進行過濾，為了減緩過濾過程中的水頭損失的增長速度，往往還需要投加適量的硅藻土至原水中，稱作附加劑。
附加劑投入水中，與水中的懸浮物和膠體粒子均勻混合后沉積在預涂層或濾餅的表面，連續地形成新的濾面，使濾餅始終保持了良好的濾過性。微細的硅藻土顆粒既具有捕獲液體中懸浮雜質的能力，又允許液體通過類似迷宮的微孔孔道，見圖 3 。當原水中含懸浮物和膠體物質較少時，過濾過程中可不必投加附加劑。
　　 當一個過濾周期結束，即水頭損失達到期終允許值時，實際上硅藻土往往并沒有得到充分利用，特別是在自來水精濾過程中，一個過濾周期結束（如水頭損失達到 13 － 14 米 左右），濾餅中含有硅藻土（預涂劑和附加劑）與雜質顆粒，為了充分利用硅藻土，

　　再重新開始一個過濾周期，這種做法叫硅藻土的重復利用。即當一個過濾周期結束時，先將過濾器進、出水閘門關上，保持濾器內具有一定壓力，防止濾餅脫落過多，在過濾時應先循環 15 分鐘左右，當水質達到要求后再進行過濾，并繼續投加附加劑。也可以采用另一種方法，將濾餅倒流入預涂桶中，然后用此漿液再進行預涂，重新開始一個過濾周期。
　　一般情況下，水泵重新開啟，開始一個新的周期，往往起始水頭損失一次比一次高，但在過濾過程中，水頭損失的增長速度隨著重復利用次數的增加，一次比一次緩慢。在保證濾后水水質的前提下，一般硅藻土濾餅可重復利用的次數與原水水質有關。對于濁度較低的原水，曲濾餅重復利用的次數可達 6-7 次，圖 4 所示的曲線為濾餅重復利用 6 次，每次過濾過程中時間與水頭損失的關系曲線。
　　操作過程中，若萬一發現澄清度達不到標準時，可先打開循環閘門，關團出水閥門，將含有硅藻土和雜質的濾餅再作循環預涂，待濾液清徹透明，符合標準時，即可轉入正常過濾。
3 ．反沖洗
　　當起始水頭損失值較大或過濾過程中水頭損失增長很快時，需進行反沖洗。常用的反沖洗方式是反向水流沖洗法，一般以 8 — 10L /s.m 2 沖洗強度，僅 2min 左右，即可沖洗干凈。實缺踐證明，沖洗務必徹底、干凈，否則將影響下一周期的過濾。

二、硅藻土過濾機理

　　硅藻土贊助濾劑是一種用來提高濾速、改善澄清度的過濾材料，它有獨特的孔結構和顆粒分布范圍，能在一定的濾速范圍內濾除最細小的懸浮固體，甚至可以濾除 1 — 0.1 μ的雜質顆粒。由于硅藻土助濾劑能形成堅固的格子結構型濾餅，從而保持了良好的滲透性。
　　 這種濾餅結構能使穿過濾餅的水中的細小顆粒和膠體雜質被截留在格子骨架上，使水流通過的曲折溝道流出。硅藻土過濾可以除濁、除菌、除鐵、除錳、脫色等，歸結起來，作用機理有以下三種：

1. 篩分作用
　　當水流流經過濾介質時，粒徑大于過濾介質時孔隙的雜質顆粒被截留下來的作用叫篩分作用，篩分作用往往在濾餅表面發生，篩分作用在硅藻土過濾中占主要地位。
2. 阻留作用
　　此種作用也叫深層過濾和深度效應，其分離過程只發生在過濾介質內部。苯酚穿過濾餅表面的較小的雜質粒子，被過濾介質內部深而曲折的微孔溝道和濾餅內部更小的孔隙所阻留，故成為阻留作用。
3. 吸附作用
　　某些硅藻土過濾介質內部孔隙還小的顆粒，碰撞在多孔材料內部表面上，并被相反電荷所吸引。還有一種是粒子間的相互吸引所形成鏈團而粘附在過濾介質上，稱為吸附作用，此種靜電捕獲作用比前兩種較為復雜。
　　 從以上三種作用看，給水過濾中采用硅藻土助濾劑作為過濾介質，主要的目的是將水中的懸浮固體和膠體雜質顆粒截留在介質的表面及孔道中，以使固液達到分離。

三、投加化學藥劑的作用

　　硅藻土過濾中，水頭損失 h 、濾速 v 、過濾周期 T 、附加劑量 a 及原水水質 c 是影響過濾效果的幾個主要因素，且相互聯系。對于待定的原水，在保證水質的前提，濾速高，過濾周期長是硅藻土過濾技術研究的關鍵。
　　按傳統的硅藻土過濾，一般只在原水中投加附加劑，不投加任何化學藥劑，在已有資料報道中，雖然也提到過在預涂層中可投加適量混凝劑但缺乏詳細技術資料報導，更缺乏投加化學藥劑的經濟效果報導，我們做了以下三種過濾試驗。
　　在預涂劑中投加 Al 2 (SO 4 ) 3

　　表 1. 所示的試驗記錄，即在預涂漿液中投加 Al 2 (SO 4 ) 3 ，其效果對應圖 5 中的曲線。

出　　自： 《上海市給水排水技術情報網第三屆年會論文集》，年10月（注：本文被評為上海市給水排水技術情報網第三屆年會優秀論文二等獎）。
發表時間 ： 1993-10