过滤与分离技术在生态滤沟中的应用

汤敏

摘要：指出了过滤分离技术已广泛地应用于轻重工业领域中，生态滤沟是利用复合生态系统来净化水体的污水处理方式，能够高效实现不同水体的水质净化。简述了生态滤沟技术研究的现状，分析了过滤和分离技术在生态滤沟中的应用，对过滤与分离技术的结合作用进行了展望。

关键词：过滤分离技术；生态滤沟；复合生态系统；净化水体

中图分类号：X52

文献标识码：A 文章编号：16749944（2016）08009102

1 引言

随着我国经济的飞速发展，水资源的需求不断加大。据研究表明，城镇化率每提高1%，总用水量将提高0.58%，预测2020年城镇化率到60%时，全国用水总量将突破红线控制要求[1]。与此同时，我国的水资源污染不断加剧，据研究我国的80%的河流被不同程度的污染，因此加强水资源保护和对污染水体治理的研究是水资源保护的当务之急。生态滤沟技术是广泛应用于水体污水净化的处理方式，具有结构简单、工程适用性强、处理效果好等优点[2]。但是如何提高生态滤沟技术对水体的净化能力依然是水污染治理的研究热点。过滤分离技术广泛的应用在各工业领域和环保工程等中，其在生态滤沟技术中的应用是提高生态滤沟技术对污染水体净化效率的重要途径。

2 生态滤沟技术研究现状

生态滤沟技术采用“基质—微生物—植物”的复合生态系统来实现水体的净化[2]。在污水生物处理系统中，人工设计组合的微生态系统的应用是提高生态滤沟技术处理效率、改善工艺运行条件的有效措施，其应用的融合研究技术也是近年来环境保护领域的研究热点之一[3]。作为一种新型的污水处理技术，生态滤沟技术是生态技术在城市污水处理工艺中的成功应用。其通过植物和微生物的协同作用对污水中各种形态污染物进行最为经济的处理和转化。因此，通过合理设计，生态滤池既可高效、低能耗地去除污水中的污染物质，又可减少剩余污泥的产量，是一种全新概念的污水处理工艺[4]。生态滤沟通过雨水收集、植物净化、过滤、贮存等工序，在传统砂石过滤床的顶部增加种植层，处理城市雨水，得到更好的出水水质，满足回用要求，并对水进行贮存，对城市水环境的和谐稳定有重要意义[5]。在其工序中，植物净化和过滤对雨水的净化至关重要，而过滤分离是该工序发挥作用的重要原理。

3 过滤和分离技术在生态滤沟中的应用

过滤和分离技术在生态滤沟中的应用主要体现在生态滤沟的基质应用上。通过滤饼过滤和深床过滤实现对污水的净化上。

3.1 滤饼在生态滤沟中的运用

在滤饼过滤中，过滤介质是织物、多孔固体或多孔膜。在过滤操作的开始阶段，会有部分小颗粒进入介质孔道内，并可能穿过孔道而不被截留，使滤液仍然是浑浊的。随着过滤的进行，颗粒经过微孔时互相“架桥”，滤渣在过滤介质的一侧逐渐形成滤饼，使流道更狭窄，使小于流道直径的颗粒也能被拦截，滤液逐渐清澈。当滤饼形成后，滤液便逐渐澄清了[6]。这时，将初始浊液重新过滤即可得澄清溶液。可见，在滤饼形成之后，它便成为对之后的颗粒起主要截留作用的介质，不断增厚的滤饼才是真正有效的过滤介质。

3.2 深床过滤在生态滤沟中的运用

在深床过滤中，过滤介质是由砂子、木炭或其他堆积介质混合而成。介质层较厚，里面形成长而曲折的流道，通常处理颗粒直径小于流道直径的悬浮液；过滤时，颗粒随流体进入介质孔道，靠拦截、惯性碰撞、扩散沉积、重力沉积及静电效应等使颗粒细小且含量甚微的物料被过滤，如自来水厂的净化、烟气除尘或合气除雾等[7]。当使用时间较长，介质中累积的颗粒增多，流道变窄，流阻增大，出现颗粒“穿透”现象，滤液中颗粒含量增大，此时要对介质进行清洁再生[7]。因此，深床过滤时并不在介质上形成滤饼，固体颗粒沉积于过滤介质的内部。这种过滤适合于处理固体颗粒含量极小的悬浮液。

4 展望

我国过滤与分离技术在生态滤沟的应用研究，主要集中在过滤器和过滤装置方面，而对过滤分离技术本身的研究却进展甚微，因此对过滤分离技术再生态滤沟中的应用现状，对其结合使用的发展作以下展望。

（1）加强过滤分离技术本身的研究拓展。制定生态滤沟技术中过滤分离技术的技术标准、测试设备和质量控制标准，使二者的融合使用标准化。

（2）加强过滤材料的研究。过滤是处理含油污水的最后一个环节，也是最为关键的一个环节，它决定着水质能否达标。过滤能否发挥应有的作用，主要由过滤材料的性能决定。所以，在过滤分离技术发展应用中，要把滤材研究作为一项重大任务进行。在发达的工业国家，十分重视过滤材料的供应，鼓励建设更多的滤材生产厂家，用来生产各种滤材。

（3）加强过滤器结构设计的研究。多年来，我国过滤器结构设计几乎全部是照搬国外的。我国应该在借鉴国外先进技术设计的同时，依托现代信息技术，不断创新，不断更新过滤分离技术，为其在生态滤沟中的应用提供更先进的技术支持。

参考文献：

[1]馬海良，徐 佳，王普查. 中国城镇化进程中的水资源利用研究[J].资源科学，2014，36（2）：334～341.

[2]胡 欢，周明涛，杨 平. 基质粒径和沿程变化对生态滤床净化效果的影响[J]. 中国水土保持，2013（6）：55～57.

[3]杨 健，陆雍森，王树乾. 绿色生态滤池处理城镇污水的中试研究[J]. 环境工程，2001，19（2）：20～22.

[4]韩润平. 新型生物滤池污水处理过程中氮形态转化研究[D].上海：同济大学，2002：12～25.

[5]赵 佳.利用生态滤沟收集城市雨水的研究与探讨[J].科技与生活，2011（17）.

[6]赵 扬. 滤饼微观结构与压榨过滤理论的研究[D].杭州：浙江大学博士论文，2006：3～15.

[7]范荣桂， 范 彬， 杜显云，等. 深床过滤机理及其在水处理中的应用研究与进展[J]. 环境污染治理技术与设备，2005（9）：1～6.