作者：冯唐锴，蔡新安，张 耀，韩 婷
可控硅调压电路
来源：《科技创新与生产力》 2018年第10期
摘要：膨胀式发泡陶瓷微球是一种新型的特种陶瓷材料。设计了一种简易的过滤装置，初步研究了膨胀式发泡陶瓷微球在污水藻体过滤中的应用。研究表明，利用完整陶瓷微球颗粒作为介质过滤含藻水效果较差，破裂的陶瓷微球瓷块作为介质能取得较好的过滤结果，形态不同的陶瓷微球瓷块混合按大小梯度填充型滤柱的过滤效果最佳。陶瓷微球在藻体过滤中可实现二次利用。藻体过滤效果可通过过滤前后被测水样在485nm波长处的可见光光吸收变化来体现。 留言板制作 关键词：膨胀式发泡陶瓷微球；特种陶瓷；过滤介质；分光光度法
中图分类号：TQ174.75+8文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2018.10.056
随着工业发展和人类生活范围的不断扩张，河流中被排入大量氮、磷、钾等元素，导致水体富营养化，藻类大量生长繁殖，水质及水体生态平衡被破坏[1]，如何有效去除污水中过度生长的有害藻体是人们亟待解决的问题。目前除藻的方法主要基于各种化学、生物和物理技术[2]，物理除藻主要有机械捞藻
法、挖泥法、换水法、过滤法、超声波灭藻法等，其中过滤物质采用笔者前期研发的一种膨胀式发泡陶瓷微球（见图1-a）材料，其基础材质为可适当修饰的SiO2，粒径0.5～10mm不等，熔点大于1600℃，导热系数为0.05W/（m·K），抗压强度达1.5MPa。电镜扫描这种发泡封闭陶瓷微球的剖面显示，球体内部富含大小不同的孔洞和缝隙，呈立体网孔状（见图1-b）。该陶瓷微球具有多种特殊的性能，轻质耐高温，热传导率较低，表面光滑有羟基，具有良好的亲水性，密度小能浮于水面且可重复利用，可作为污水处理载体材料。该陶瓷微球具有多种潜在利用价值，在自然界中不存在风化带来的二次粉尘污染[3]。为了拓展该材料的应用领域，同时为污水藻体过滤寻新的低成本介质，笔者对该材料过滤藻体的能力进行了研究。
1实验部分
1.1材料及设备
实验用膨胀式发泡陶瓷微球为本研究团队自主研发产品。实验用含藻污水为本研发团队从景德镇学院蝶湖中收集浓缩及培养的藻体浓溶液，稀释于蒸馏水而成。用透明敞口塑料收纳箱（400mm×300mm×200mm，以下统称为水箱）盛装含藻污水、清水和处理后的含藻水，乳胶软管（内径为
司令图
20mm×20mm，10mm×20mm）作为连接管，有机透明玻璃管（外径20mm、壁厚2mm，长250mm）填充特种膨胀发泡陶瓷微球作为核心过滤管，通过HQB-2500微型水泵（功率55W、扬程2.5m、流量2000L/h、出水口外直径20mm、进水口外直径20mm）抽吸含藻污水。选取752型紫外可见分光光度计检测过滤效果。使用DL-I-15型台式封闭电炉和不锈钢圆形饭盒烘烤循环利用的陶瓷微球。
1.2过滤装置
本文设计的简易过滤装置采取柱体过滤模式，主要结构包括水箱、水泵、进出水乳胶软管、两根串联的有机玻璃滤柱（含过滤介质）等（见图2）。以膨胀式发泡陶瓷微球为过滤介质，填充于有机玻璃管中，两根有机玻璃管被串联固定在铁架台的试管夹上。由于陶瓷微球在水中会上浮且向滤柱上方聚集，因此选择水流方向为从下往上，即进水口在下部，出水口在上部。水泵选用没有过滤功能的小型水泵，置于水面以下，向上泵出含藻水。
1.3过滤流程
过滤流程包括两个步骤（见图3）：第一步是“清洗”，即将水泵和过滤装置的出水软管管口皆置入装
有清水的水箱中，循环泵水5min。该步骤使清水迅速通过滤柱，可对过滤装置起到一定的清洗作用（见图3-a）。第二步是“过滤”，将清洗后的水泵关闭，并从清水水箱转移到装有含藻水的水箱，将过滤装置出水软管管口转移至一蒸馏水清洗干净的空水箱中，开启水泵电源。
从图2可看出，含藻水经水泵、进水软管、滤柱、出水软管后从出水口流出到干净的水箱中完成过滤。由于选用的水泵泵水速度较快（最大流量约33L/min），为了得到更好的过滤结果，过滤过程重复三次（见图3-b）。从图3-b流程可看出：含藻水样第一次过滤后，用①号水箱收集第一次滤后水样。重复使用该过滤装置并使用同样方法对第一次滤后水样进行第二次过滤。第二次滤后水样用②号水箱收集后，重复进行第三次过滤，第三次滤后水样用③号水箱收集，并用于藻体浓度检测。
1.4分光光度法检测过滤效果
本文研究的藻体溶液在485nm处有最大吸收峰，且藻体浓度与光吸收成正比[4]。因此，采用可见光分光光度法测定485nm处含藻水过滤前后光吸收变化来体现膨胀发泡陶瓷微球作为过滤介质的过滤效果，该吸光值下降越大过滤效果越好。
1.5过滤介质的回收处理
含藻水样通过滤柱后，滤柱内会附着许多藻体，过滤作用会减弱。将使用过的陶瓷微球介质烘烤后，可重新利用。
2结果分析与讨论
2.1利用完整颗粒的陶瓷微球作为介质进行过滤
笔者首先利用完整的陶瓷微球填充过滤柱（见第58页图4-a）进行过滤，肉眼观察过滤效果不明显。因膨胀式发泡陶瓷微球的膨胀发泡制作工艺使得其完整颗粒表面十分光滑，且填装滤柱以后，颗粒与颗粒之间缝隙较大，故而难以吸附滞留藻体，不能很好地起到过滤作用。
2.2利用破裂处理的陶瓷微球作为介质进行过滤
在上述过程中，发现陶瓷微球的破损处吸附藻体效果明显，因此笔者尝试研究用破裂陶瓷微球作为介质进行水藻过滤的效果。分别取完整陶瓷微球（第58页图4-a）、破裂成两到三片的大陶瓷微球瓷块（第58页图4-b）、破裂成较为细碎的小陶瓷微球瓷块（第58页图4-c）和研磨了的陶瓷微球粉末（第58页图4-d）填充滤柱，对比过滤效果。利用分光光度法检测含藻水样过滤前后在485nm波长处吸光值的变化情况，结果见表1。除了陶瓷微球粉末作为过滤介质时易堵塞而无法过滤以外，陶瓷微球在其他几种形态下都能降低含藻水样485nm处的光吸收值。完整陶瓷微球作为过滤介质（图4-a）的
过滤效果最差，滤后吸光值只下降了5.3%。大、小陶瓷微球瓷块作为过滤介质（图4-b、图4-c），都能较好地降低含藻水样的吸光度，滤后吸光值下降比例分别为25%和32.9%，小陶瓷微球瓷块过滤藻体的效果略优于大陶瓷微球瓷块。据电镜扫描（图1-b）可知，陶瓷微球内部有直径大小约为10~100μm的孔径和缝隙，本文的过滤对象是以微囊藻为代表的各类藻体，藻体大小与球内孔径和缝隙直径大小相近[5]，因此小球内部能够有效滞留藻体，从而起到很好的过滤作用。而且在滤柱内破裂的陶瓷微球瓷块之间的缝隙也变得更小更密集，使得滤柱过滤水藻出现了两种方式，即微球内滞留和微球间滞留，两者结合进一步提高了滤柱过滤藻体的能力。
2.3用大小不同的介质按梯度填充滤柱
笔者还设计了从下到上按陶瓷微球介质大小呈梯度分布的混合型过滤柱，即滤柱下端靠近进水口1/3段填充完整的陶瓷微球颗粒，其过滤效果较差但不易被藻体阻塞；滤柱中段填充大陶瓷微球瓷块；滤柱上端靠近出水口1/3段填充小的陶瓷微球瓷块。滤柱分布特征为：“下端进水口完整颗粒→中段大陶
瓷微球瓷块→上端出水口小陶瓷微球瓷块”。利用梯度排布方式填充的陶瓷微球滤柱过滤含藻水时，其滤后吸光值下降了34.7%（见表2），效果比单独使用小陶瓷微球瓷块作为过滤介质的效果还要更好一些。这主要是因为该设计使滤柱中颗粒间的缝隙由下向上呈逐步缩紧的趋势。滤柱下端颗粒间缝隙较大，不易滞留藻体，也就不容易堵塞进水口。滤柱上端颗粒间的缝隙很狭窄，容易滞留藻体。先流入滤柱的藻体主要停滞并填塞于滤柱上端，当滤柱上端被藻体填充后，后面流入的藻体更容易被阻滞在滤柱内，因此被滞留在滤柱中的藻体逐渐由滤柱上端往下端蔓延积累，直至最终整根滤柱都装满藻体。整体来看，进入滤柱并滞留其中的藻体在时间和空间上的分布都变得较为均匀，使得滤柱上半段的过滤效果和使用效率都得到了提高。
2.4利用回收烘烤的陶瓷微球进行水藻过滤
笔者还将多次用于过滤，附着了大量绿藻体且过滤效果明显下降的大陶瓷微球瓷块从滤柱中取出，置于不锈钢饭盒中，放在加热电炉上轻轻烘烤翻炒，微球内的水分也被蒸发出来，藻体逐渐氧化燃烧。烘烤后，经冷却、清洗并再次烘干后的大陶瓷微球瓷块被重新装填入滤柱（见图4-e）用于水藻的过滤，效果虽有所下降，但是依然能够起到作用。利用回收烘烤处理的陶瓷微球介质过滤含藻水样，滤后吸光值下降了20.8%（见第59页表3）。
过滤介质在完成过滤后若被有效回收再利用，可大大降低过滤成本。过滤介质是否可重复利用的关键在于介质与被过滤物质是否可有效分离。本文使用的陶瓷微球在制备过程中依次经历了80℃，150℃，600℃，1000℃的逐步升温锻造过程，因此在高温下，其物化性能十分稳定。本文过滤对象是污水藻体，水藻是单细胞浮游植物，在高温下很容易失水、干燥、氧化燃烧。因此，本文采用最简单的烘烤方法对使用过的含藻大陶瓷微球瓷块进行处理。在高温烘烤之后，陶瓷微球本身未发生变化，其内部容留的水分被蒸发，藻体被氧化燃烧成黑灰烬。将高温烘烤后的陶瓷微球材料冷却、收集、水洗并烘干后，再次填充滤柱。使用此滤柱对藻体进行过滤，其滤后吸光度下降20.8%，低于大陶瓷微球瓷块首次用于过滤的效果（吸光度下降25.0%）。这可能是由于陶瓷微球内部部分孔径缝隙被藻体燃烧后的灰烬堵塞，影响过滤效果。笔者也尝试使用小陶瓷微球瓷块进行回收利用，但回收利用过程中小陶瓷微球瓷块很容易被进一步破碎成更小的碎块，滤柱极易被堵塞，影响过滤效果。因此，进行大规模的水藻过滤，使用大陶瓷微球瓷块作为介质更为理想。
3结论
防身戒指 从以上实验结果可知，破裂的膨胀式发泡陶瓷微球能够用于水藻过滤，降低水中藻体含量。多次过滤后的膨胀式发泡陶瓷微球能够被回收处理后重复利用，可有效降低成本。
参考文献：
[1]王家玲,李顺鹏,黄正.环境微生物学[M].2版.北京:高等教
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[2]刘玥,李毅.富营养化水体除藻方法的研究[J].环境科学导
刊,2009,28(S1):76-78.
[3]冯唐锴,司春灿,林英,等.过滤除藻介质及方法的研究进
展[J].安徽农学通报,2017(7):101-102.
[4]冯唐锴,江雪,王炳山,等.混合藻体溶液中藻体浓度检测
懒人床
方法优化的研究[J].科技创新与应用,2017(20):20-21.
[5]翁建中,徐恒省.中国常见淡水浮游藻类图谱[M].上海:上
海科学技术出版社,2010.
（责任编辑石俊仙）
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