【導讀】本課題來源于2020年武鋼科技進步項目。處理污泥資源化的合理利用，以期取得良好的社會和經濟效益。水中油份物質及其他有機物質的去除提供理論依據(jù)；避免了混層的發(fā)生。4）通過實驗室實驗和現(xiàn)場中試試驗及應用性生產試驗驗證其可行性。選取武鋼熱軋車間。濾層厚度和濾速對除油效果，以及反沖洗條件對改性濾料再生效果的影響。強度和氣孔率是極其有利的。同時，說明剩余污泥中有機雜質成分相對較高，燒失量達到。一方面在高溫燒結過程中還需要設置有機除塵的裝置，以免對周邊大氣環(huán)境造成新的污染。采用高含氫硅油和丙基三甲氧基硅烷，分別為公司產品。器儀表有限公司生產的DDS-11C型電導率儀；美國ThermoNicollet公司生產的Nexus型付。，電子溫控窯爐。設置的高位水箱為125ml容量的分液漏斗，見圖4-2所示。分別選取煤粉、鋸末、可溶淀粉作為成孔劑，其中煤粉擬設定取80-200目之間的料，料顆粒級配、成孔劑顆粒級配等的配方設計，分別見表4-3、表4-4、表4-5。

　　

【正文】 濾料均為均質濾料，其粒徑規(guī)格為： 改性濾料： d10＝ ， d80＝ ， K80=； 石英砂： d10＝ ， d80＝ , K80= 考慮到武鋼熱軋高線生產線對循環(huán)回用水質要求較高，為了深入考察不同濾料在較低濁度條件下的深度過濾能力，將過濾柱的進水濁度控制在 10NTU 以下。依據(jù)過濾水頭損失或出水水質來確定其過濾周期，其出水上限濁度為 ，水頭損失最大不得超過 ，其中任意一項超標即確定為過濾周期的結束。在實驗過程中對濾柱的進出水水質和過濾的水頭損失進行監(jiān)測、記錄。 實驗室連續(xù)運行實驗 為 探索合理實用的過濾運行參數(shù) ，通過 模 擬動態(tài)實驗 裝置 的連續(xù)運行 對過濾過程進行監(jiān) 測 分析 ，其裝置圖如 圖 53 所示 ： 圖 53 多級深度過濾裝置示意圖 Table 53 Schematic diagram of multistage depth filtration 以水中的含油量和 SS 的去除率作為指標， 濾床的濾速為 15m/h，過濾 20min 后采樣測出水中油 和 SS 的濃度，所有實驗均在 25℃ 進行。 確定濾料級配的試驗參數(shù)為：試驗流量2m3/d；第一級濾層厚度 550mm，濾料粒徑 ~；第二級濾層厚度 450mm， 濾料粒徑 ～ 。 反沖洗對照試驗 采用氣水聯(lián)合反洗的方式， 初選的反洗水力條件為： 第一級氣反沖洗強度、水反沖洗強度、反沖洗時間分別為 5L/、 、 2 min；第二級氣反沖洗強度、水反沖洗強度、反沖洗時間分別為 5 L/、 、 分鐘。兩級總反沖洗時間為 。 現(xiàn)場中試試驗 2020 年 11 月至 2020 年 3 月，現(xiàn)場中試試驗在武鋼熱軋高線水站連續(xù)運行，處理規(guī)模為 2 m3/ h，平均濾速為 ，過濾周期為 24 h，試驗過濾裝置的直徑為 ，兩 級濾層的總高度為 1m，其過濾結構、水流形式及沖洗參數(shù)與武鋼熱軋高線水站的實際過濾罐保持一致。過濾裝置的反沖洗采用氣水聯(lián)合反洗的方式，其中氣洗強度為 5L/，水洗強度為，沖洗歷時為 。在試驗期間，采取每隔 2 小時取樣的方式，測定進出水的SS、油份等水質參數(shù)，評價該裝置對水站實際含油廢水連續(xù)處理的效果。現(xiàn)場中試的照片如圖 54 所示。 圖 54 武鋼現(xiàn)場中試過濾裝置圖 Pilot filter site diagram in WISCO 試驗測試方法 水中懸浮物的測定，除實驗室靜態(tài)試驗按 GB 119011989（水質懸浮物測定 重量法）進行外，其他實驗室連續(xù)運行小試、現(xiàn)場中試和生產性試驗均 采用 TD2 型濁度儀 檢測分析，油份按 GB/T 16488—1996（ 紅外分光光度法 ） 測定水中油類物質和動植物油，在波數(shù) 3030 cm 2960 cm 2930 cm1處測定有特殊吸收峰的物質，根據(jù)國家標準給出的計算公式，得出水中油份濃度值。 結果與討論 除油 工藝的 因素影響規(guī)律 pH 值 選取了三種典型 pH數(shù)值進行了對照試驗。 圖 55表示當 進 水的 pH 分別為 、 、 時的穿透曲線。 由 圖 可觀察到 ，酸性條件下最容易穿透，堿性條件下次之 ，而 當 pH=，濾床不易穿透。這可能 是 親油濾料的等電點 偏于中性 ，在中性條件下靜電吸引力增強 。 因此當 pH= 時，親油濾料表面可能較易帶正電荷，而在堿性或酸性條件下 ， 濾料表面帶正電荷或負電荷的數(shù)量較少 從而對 油的去除 產生 影響 ，使水中 油 分 的去除率 降 低 。 圖 55 pH值對濾料除油效果的影響 圖 56初始油含量對濾料除油效果的影響 of pH on oil removal efficiency Fig56. Effects of raw oil content on oil removal efficiency 初始油含量 特別選取了三種較為典型的油份濃度進行對照試驗，其中采用 過濾工藝前相對較高的濃度，著重考察濾層的截油能力。 圖 56表示當 進 水的初始含油量分別為 、 、 。 由 圖 可觀察到 ， Ct/C0的比值在最初 的 12min 內急劇增大， 這說明期間 不存在吸附帶逐層下移的現(xiàn)象， 濾柱內 所有濾料 以表面濕潤吸附為主，因而 過濾實驗 運行剛開始時 ，濾柱內 所有濾 床濾 料都被油濕潤，而流出濾床 的 油分 是 沒有被濕潤吸附和濾料層截留的 部分，從而 使出水中油含量 在 最初的 12min內急劇升高； 還可看出， 隨 進水 初始油含量的增大，在運行末期除 油效果 急劇 下降 ， 說明 吸附聚結在濾料表面的油膜隨 進水 初始油含量的增大在運行末期 較早達到一定程度而首先 脫落，導致 濾柱濾層內 濾料間隙攔截的油分較多 ， 使 濾層 較 早 穿透， 這是 此時 濾柱 出水中油含量急劇增大 的原因 。 進水濁度 圖 57 表示當 進 水的濾速為 15m/h、初始 油份 濃度為 、濾層厚度為 450mm、進 水的濁度分別為 、 10 226NTU 時的穿透曲線。 由 圖 可觀察到 ，太低 的進水 濁度 和太高 的進水 濁度 對 油的去除都不利， 而在進水 濁度適中時，出水 含油量 較低，濾床 不易穿透，運行的時間更長。這是由于 基于武鋼熱軋高線含油廢水中 油的 深度 去除和 SS的去除并不是完全 孤立的， 它們之間是 相互聯(lián)系并 具 有協(xié)同作用 ， SS 能 粘附油， 也就是說 適當增加 SS對 油的去除 有 利， 從 而降低 了 出水中的油含量。而當 SS濃度繼續(xù)加大 ，可能 會造成濾柱中親油濾料 被 一部份 SS 包裹， 致使 濾料表面不能充分地 被 連續(xù)相中的油滴濕潤 ，影響濾料對水中油分的吸附 聚結 而隨水流流出，從 而導致出水中油含量升高。 0 10 20 30 40 50 60時間/ m i nCt/Co102NTU226NTU 圖 57進水濁度對濾料除油效果的影響 圖 58 濾速對濾料除油效果的影響 Fig57. Effects of influent turbidity on oil Fig58. Effects of filter rate on oil removal efficiency removal efficiency 濾速 圖 58 表示 在進 水的初始油含量為 、濾層厚度為 550mm條件下，濾柱 濾速分別為 10m/h、 15m/h、 20m/h 時 Ct/C0 隨時間變化 的穿透曲線。 由 圖 可觀察到 ，濾速 越大 ，濾床 越容 易穿透。 顯而易見， 低濾速 時原水 中的油分有更多的 機會在綜合污泥質改性濾料 表面潤濕 、 吸附 、 聚結， 當 油聚結 物 ， 由于受 水力沖洗作用 ，聚結到 一定 程度大小的油滴 會脫落而被截留于濾料間隙 ，而 低濾速 時 沖力小 ，有利于 油滴 的進一步聚結， 更易于被濾料截留 ，使 油分 的去除率更高 ；反之 ，高濾速時 沖力大 ， 濾料表面聚結的油滴較小時就脫落，這也 導致高濾速時濾床更易穿透。 濾料粒徑 圖 59 表示 在進水 初始濃度為 、 pH=、過濾速度為 15m/h、 濾柱 濾層厚度為 450mm 條件下， 濾料粒徑分別為 ～ 、 ～ 、 ～ 曲線。 由 圖 可觀察到 ，大粒徑的濾料 對 油的去除 是 不利 的 ，這是 因為隨著 濾料粒徑 的增大，濾柱 濾床的孔隙率也 在增加 ， 使得 小粒徑的油滴 較易穿過， 基本沒有 起到對 小粒徑油滴 的 攔截作用， 致使濾柱 出水中油含量 也 較高。這 也 從另一個角度 說明 ， 濾料粒徑由大到小的多級深度過濾有利于逐級去除 從 大 到 小粒徑的油滴，從而 使水中 油的去除率 和 濾 層 的 有效 利用率得以提高。 圖 59 濾料粒徑對濾料除油效果的影響 圖 510濾層厚度對濾料除油效果的影響Fig59. Effects of filter size on oil Fig510. Effects of filter depth on oil removal efficiency removal efficiency 濾床厚度 圖 510 表示 在 初始油含量為 、 進水 pH=、 過濾 速 度 為 15m/h 條件下， 濾層厚度分別為 550mm 、 450mm、 350mm 時的穿透曲線。 由 圖 可觀察到 ，出水含量油隨濾層厚度的增加 而 降低， 且濾柱 濾 層 不易穿透。 這是因為 厚濾層 使 水中的油滴有更多的 機會去濕潤濾料表面 ，繼而使水中更多油分得以被 吸附聚結 ，從而提高了水中 油 的 去除率 。由圖還可看出， 厚度為 550mm時 的濾柱 濾層穿透曲線 相對 平緩 ， 且出水含油量在 相同 運行周期內明 顯低 厚 度 為 450mm、 350mm時 的 出水含油量， 這說明 在 本實驗條件 下存在一個臨界 濾層厚度 ，高于此 臨界值可使水中 油 分 的去除率 得以提高 ， 相反， 低于此 臨界值會使水中 油 分 的去除率 降 低。 濾料反沖洗再生 圖 511 表示 在進水油 初始濃度為 、 進水 pH=、 過 濾速 度 為 15m/h、濾層厚度為 550mm的條件下， 潔 凈 濾料 與經連續(xù)過濾周期后 反洗 一次、反洗二次、反洗 三次 濾料 的穿透曲線。 由 圖 可觀察到 ， 武鋼綜合污泥質 親油 改性 濾料反 沖 洗后以反 沖 洗前除油效率為軸上下 小于 10%的 幅度振蕩， 這說明本實驗條件下 反 沖 洗對 濾料 的 除油 效果基本沒有 影響， 武鋼綜合污泥質 親油 改性 濾料可 多次反沖洗 再生 后 重復 利 用。 圖 511 濾料反洗對再生的影響 Effects of backwash of filter on regeneration 改性濾料除油動力學參數(shù)的比較 為了找到初始含油量、濾速、濾層厚度等因素對除油效率的影響規(guī)律 ，本研究 采用 計算軟件，利用其 分析菜單欄中的線性回歸和非線性回歸命令對圖 5 圖 5圖 510 中數(shù)據(jù)分別進行擬合（線性回歸還須將上圖中的數(shù)據(jù)進行線性轉 換），得到YoonNelson 模型中的動力學參數(shù)分別列于表 53和表 54中， 其中 可以在 圖 5圖 58 和圖 512 中 作圖 求出濾層油分穿透時間 ? exp的值 。 表 53 線性回歸分析估計 Ｙ — N 模型中的動力學參數(shù) Table 53 Kiics parameters by linear regression analysis with the Yoon and Nelson model 初始油含量 （ mg/L） 濾速 （ m/h） 濾層高度 （ mm） KYN (min1) ? theo (min) ? exp (min) R2 x2 10 450 15 450 20 450 15 450 ― — — 15 450 15 450 15 350 15 450 15 550 由 表 5表 54 可以 看出 ，除 當 初始含油量為 ，其余操作參數(shù)條件下線性回歸和非線性回歸的相關系數(shù)（ R2）均大于 ，說明 YoonNelson 模型在低、中濃度下可以很好 地 描述 武鋼綜合污泥質 親油 改性 濾料上的吸附動力學，同時在各操作參數(shù)下的試驗非線性回歸分析的相關系數(shù)均高于線性回歸分析的相關系數(shù)，得到的 ? theo更接近于 ? exp，而誤差卻低于線性回歸分析 ， 說明前者在擬合吸附動力學時更有效。非線性回歸分析表明YoonNelson 動力學模型的非線性形式更接近于實際情況。 表 54 非線性回歸分析估計Ｙ — N 模型中的動力學參數(shù) Table 54 Kiics parameters by nonlinear regression analysis with the Yoon Nelson model 初始油含量 （ mg/L） 濾速 （ m/h） 濾層高度 （ mm） KYN (min1) ? theo (min) ? exp (min) R2 x2 10 450 15 450 20 450 — 15 450 — — 15 450 15 450 15 350 15 450 15 550 圖 512 為 實際武鋼含油廢水中在含油量為 YoonNelson 模型的擬合。整個運行周期內的線性擬合 用 粗線表示， 由 圖 看出， 實測數(shù)據(jù)都偏離擬合線，表明在高 含油量下用 該 模型 不能 擬合在整個運行周期內對油分在濾料表面的濕潤吸附，這與表 53 中 R2= 和 誤差 x2=。 但可 分階段 進行 擬合 ，圖 513 中分別示出了 前 40min 和后 20min 兩個階段 的 實測數(shù)據(jù) 的 擬合 情況 ，分別用虛線和中粗線表示 ， 其相關系數(shù)