懸浮液中的固體顆粒大、粒度均勻時,過濾的濾渣層孔隙較為暢通,濾液通過濾渣層的速度較大。應(yīng)用凝聚劑將微細的顆粒集合成較大的團塊,有利于提高過濾速度。
對于固體顆粒沉降速度快的懸浮液,應(yīng)用在過濾介質(zhì)上部加料的過濾機,使過濾方向與重力方向一致,粗顆粒首先沉降,可減少過濾介質(zhì)和濾渣層的堵塞;在難過濾的懸浮液(如膠體)中混入如硅藻土、膨脹珍珠巖等較粗的固體顆粒,可使濾渣層變得疏松;濾液粘度較大時,可加熱懸浮液以降低粘度。這些措施都能加快過濾速度。
傳統(tǒng)過濾器通常是利用濾網(wǎng)將顆粒物從液體中分離出來,濾網(wǎng)需要經(jīng)常更換和清理,否則很容易發(fā)生堵塞。相比而言魚類的口腔過濾能力更強。濾食性魚類,例如金魚、匙吻鱘、姥鯊和鯨鯊,都能在濾食時保留食物顆粒,同時避免口腔過濾器被雜物堵塞。
美國威廉-瑪麗學院的研究團隊2016年3月29日報告說,他們基于濾食性魚類嘴部結(jié)構(gòu)的過濾機制設(shè)計了一個高效過濾器模型,能有效避免堵塞問題,他們在較新一期英國《自然·通訊》網(wǎng)絡(luò)版報告說,基于匙吻鱘和姥鯊口腔中被稱為“鰓弓”的結(jié)構(gòu),他們設(shè)計了一個3D打印的錐形尼龍塑料過濾器模型。他們將模型放入一個水流池中觀察過濾效果,并將其與匙吻鱘口腔結(jié)構(gòu)的過濾機制進行對比。
結(jié)果發(fā)現(xiàn),無論是模型還是魚的口腔,都是通過在液體中產(chǎn)生渦旋來捕獲顆粒物,并防止堵塞。鰓弓是硬骨或軟骨彎曲形成的錐形結(jié)構(gòu),用于支撐鰓,其中的骨頭像老式暖氣片一樣平行排列。
研究人員解釋說,錐形結(jié)構(gòu)有助于魚口腔中的水流動,形成水流和渦旋,而平行排列的骨頭有助于小顆粒物聚集,兩者結(jié)合作用形成“渦旋跨步過濾”機制,可使比骨頭之間縫隙還小的顆粒也能被攔截下來。
報告作者之一、威廉-瑪麗學院學者勞麗·桑德森說,這種過濾機制未來應(yīng)用非常廣泛,從過濾只有細胞大小顆粒的微型過濾器,到大型工業(yè)管道中的過濾器,都能高效發(fā)揮作用。
活性炭過濾器上部設(shè)有進水裝置,下部設(shè)有排水裝置,運行時,水經(jīng)上部進入,流經(jīng)活性炭過濾層,從底部流出。利用活性炭的表面有大量的羥基等官能團,可以對各種性質(zhì)的物質(zhì)進行化學吸附,除去水體中異味、有機物、膠體、鐵及余氯等,同時降低水體的濁度、色度,使水質(zhì)清澈透明,減少對后續(xù)系統(tǒng)(反滲透、超濾、離子交換器)的污染。