【導(dǎo)讀】本課題來(lái)源于2020年武鋼科技進(jìn)步項(xiàng)目。處理污泥資源化的合理利用，以期取得良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。水中油份物質(zhì)及其他有機(jī)物質(zhì)的去除提供理論依據(jù)；避免了混層的發(fā)生。4）通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)及應(yīng)用性生產(chǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證其可行性。選取武鋼熱軋車間。濾層厚度和濾速對(duì)除油效果，以及反沖洗條件對(duì)改性濾料再生效果的影響。強(qiáng)度和氣孔率是極其有利的。同時(shí)，說(shuō)明剩余污泥中有機(jī)雜質(zhì)成分相對(duì)較高，燒失量達(dá)到。一方面在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中還需要設(shè)置有機(jī)除塵的裝置，以免對(duì)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(chǎn)品。器儀表有限公司生產(chǎn)的DDS-11C型電導(dǎo)率儀；美國(guó)ThermoNicollet公司生產(chǎn)的Nexus型付。，電子溫控窯爐。設(shè)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(shè)定取80-200目之間的料，料顆粒級(jí)配、成孔劑顆粒級(jí)配等的配方設(shè)計(jì)，分別見表4-3、表4-4、表4-5。

　　

【正文】 濾料均為均質(zhì)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(chǎn)線對(duì)循環(huán)回用水質(zhì)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(guò)濾能力，將過(guò)濾柱的進(jìn)水濁度控制在 10NTU 以下。依據(jù)過(guò)濾水頭損失或出水水質(zhì)來(lái)確定其過(guò)濾周期，其出水上限濁度為 ，水頭損失最大不得超過(guò) ，其中任意一項(xiàng)超標(biāo)即確定為過(guò)濾周期的結(jié)束。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)濾柱的進(jìn)出水水質(zhì)和過(guò)濾的水頭損失進(jìn)行監(jiān)測(cè)、記錄。 實(shí)驗(yàn)室連續(xù)運(yùn)行實(shí)驗(yàn) 為 探索合理實(shí)用的過(guò)濾運(yùn)行參數(shù) ，通過(guò) 模 擬動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn) 裝置 的連續(xù)運(yùn)行 對(duì)過(guò)濾過(guò)程進(jìn)行監(jiān) 測(cè) 分析 ，其裝置圖如 圖 53 所示 ： 圖 53 多級(jí)深度過(guò)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(biāo)， 濾床的濾速為 15m/h，過(guò)濾 20min 后采樣測(cè)出水中油 和 SS 的濃度，所有實(shí)驗(yàn)均在 25℃ 進(jìn)行。 確定濾料級(jí)配的試驗(yàn)參數(shù)為：試驗(yàn)流量2m3/d；第一級(jí)濾層厚度 550mm，濾料粒徑 ~；第二級(jí)濾層厚度 450mm， 濾料粒徑 ～ 。 反沖洗對(duì)照試驗(yàn) 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(jí)氣反沖洗強(qiáng)度、水反沖洗強(qiáng)度、反沖洗時(shí)間分別為 5L/、 、 2 min；第二級(jí)氣反沖洗強(qiáng)度、水反沖洗強(qiáng)度、反沖洗時(shí)間分別為 5 L/、 、 分鐘。兩級(jí)總反沖洗時(shí)間為 。 現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn) 2020 年 11 月至 2020 年 3 月，現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)在武鋼熱軋高線水站連續(xù)運(yùn)行，處理規(guī)模為 2 m3/ h，平均濾速為 ，過(guò)濾周期為 24 h，試驗(yàn)過(guò)濾裝置的直徑為 ，兩 級(jí)濾層的總高度為 1m，其過(guò)濾結(jié)構(gòu)、水流形式及沖洗參數(shù)與武鋼熱軋高線水站的實(shí)際過(guò)濾罐保持一致。過(guò)濾裝置的反沖洗采用氣水聯(lián)合反洗的方式，其中氣洗強(qiáng)度為 5L/，水洗強(qiáng)度為，沖洗歷時(shí)為 。在試驗(yàn)期間，采取每隔 2 小時(shí)取樣的方式，測(cè)定進(jìn)出水的SS、油份等水質(zhì)參數(shù)，評(píng)價(jià)該裝置對(duì)水站實(shí)際含油廢水連續(xù)處理的效果?，F(xiàn)場(chǎng)中試的照片如圖 54 所示。 圖 54 武鋼現(xiàn)場(chǎng)中試過(guò)濾裝置圖 Pilot filter site diagram in WISCO 試驗(yàn)測(cè)試方法 水中懸浮物的測(cè)定，除實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)試驗(yàn)按 GB 119011989（水質(zhì)懸浮物測(cè)定 重量法）進(jìn)行外，其他實(shí)驗(yàn)室連續(xù)運(yùn)行小試、現(xiàn)場(chǎng)中試和生產(chǎn)性試驗(yàn)均 采用 TD2 型濁度儀 檢測(cè)分析，油份按 GB/T 16488—1996（ 紅外分光光度法 ） 測(cè)定水中油類物質(zhì)和動(dòng)植物油，在波數(shù) 3030 cm 2960 cm 2930 cm1處測(cè)定有特殊吸收峰的物質(zhì)，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)給出的計(jì)算公式，得出水中油份濃度值。 結(jié)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(jìn)行了對(duì)照試驗(yàn)。 圖 55表示當(dāng) 進(jìn) 水的 pH 分別為 、 、 時(shí)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(dāng) pH=，濾床不易穿透。這可能 是 親油濾料的等電點(diǎn) 偏于中性 ，在中性條件下靜電吸引力增強(qiáng) 。 因此當(dāng) pH= 時(shí)，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(fù)電荷的數(shù)量較少 從而對(duì) 油的去除 產(chǎn)生 影響 ，使水中 油 分 的去除率 降 低 。 圖 55 pH值對(duì)濾料除油效果的影響 圖 56初始油含量對(duì)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(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)，其中采用 過(guò)濾工藝前相對(duì)較高的濃度，著重考察濾層的截油能力。 圖 56表示當(dāng) 進(jìn) 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(nèi)急劇增大， 這說(shuō)明期間 不存在吸附帶逐層下移的現(xiàn)象， 濾柱內(nèi) 所有濾料 以表面濕潤(rùn)吸附為主，因而 過(guò)濾實(shí)驗(yàn) 運(yùn)行剛開始時(shí) ，濾柱內(nèi) 所有濾 床濾 料都被油濕潤(rùn)，而流出濾床 的 油分 是 沒(méi)有被濕潤(rùn)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(nèi)急劇升高； 還可看出， 隨 進(jìn)水 初始油含量的增大，在運(yùn)行末期除 油效果 急劇 下降 ， 說(shuō)明 吸附聚結(jié)在濾料表面的油膜隨 進(jìn)水 初始油含量的增大在運(yùn)行末期 較早達(dá)到一定程度而首先 脫落，導(dǎo)致 濾柱濾層內(nèi) 濾料間隙攔截的油分較多 ， 使 濾層 較 早 穿透， 這是 此時(shí) 濾柱 出水中油含量急劇增大 的原因 。 進(jìn)水濁度 圖 57 表示當(dāng) 進(jìn) 水的濾速為 15m/h、初始 油份 濃度為 、濾層厚度為 450mm、進(jìn) 水的濁度分別為 、 10 226NTU 時(shí)的穿透曲線。 由 圖 可觀察到 ，太低 的進(jìn)水 濁度 和太高 的進(jìn)水 濁度 對(duì) 油的去除都不利， 而在進(jìn)水 濁度適中時(shí)，出水 含油量 較低，濾床 不易穿透，運(yùn)行的時(shí)間更長(zhǎng)。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(shuō) 適當(dāng)增加 SS對(duì) 油的去除 有 利， 從 而降低 了 出水中的油含量。而當(dāng) SS濃度繼續(xù)加大 ，可能 會(huì)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(rùn) ，影響濾料對(duì)水中油分的吸附 聚結(jié) 而隨水流流出，從 而導(dǎo)致出水中油含量升高。 0 10 20 30 40 50 60時(shí)間/ m i nCt/Co102NTU226NTU 圖 57進(jìn)水濁度對(duì)濾料除油效果的影響 圖 58 濾速對(duì)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(jìn) 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(shí) Ct/C0 隨時(shí)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(shí)原水 中的油分有更多的 機(jī)會(huì)在綜合污泥質(zhì)改性濾料 表面潤(rùn)濕 、 吸附 、 聚結(jié)， 當(dāng) 油聚結(jié) 物 ， 由于受 水力沖洗作用 ，聚結(jié)到 一定 程度大小的油滴 會(huì)脫落而被截留于濾料間隙 ，而 低濾速 時(shí) 沖力小 ，有利于 油滴 的進(jìn)一步聚結(jié)， 更易于被濾料截留 ，使 油分 的去除率更高 ；反之 ，高濾速時(shí) 沖力大 ， 濾料表面聚結(jié)的油滴較小時(shí)就脫落，這也 導(dǎo)致高濾速時(shí)濾床更易穿透。 濾料粒徑 圖 59 表示 在進(jìn)水 初始濃度為 、 pH=、過(guò)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(duì) 油的去除 是 不利 的 ，這是 因?yàn)殡S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(guò)， 基本沒(méi)有 起到對(duì) 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(gè)角度 說(shuō)明 ， 濾料粒徑由大到小的多級(jí)深度過(guò)濾有利于逐級(jí)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(duì)濾料除油效果的影響 圖 510濾層厚度對(duì)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(jìn)水 pH=、 過(guò)濾 速 度 為 15m/h 條件下， 濾層厚度分別為 550mm 、 450mm、 350mm 時(shí)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?yàn)?厚濾層 使 水中的油滴有更多的 機(jī)會(huì)去濕潤(rùn)濾料表面 ，繼而使水中更多油分得以被 吸附聚結(jié) ，從而提高了水中 油 的 去除率 。由圖還可看出， 厚度為 550mm時(shí) 的濾柱 濾層穿透曲線 相對(duì) 平緩 ， 且出水含油量在 相同 運(yùn)行周期內(nèi)明 顯低 厚 度 為 450mm、 350mm時(shí) 的 出水含油量， 這說(shuō)明 在 本實(shí)驗(yàn)條件 下存在一個(gè)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(huì)使水中 油 分 的去除率 降 低。 濾料反沖洗再生 圖 511 表示 在進(jìn)水油 初始濃度為 、 進(jìn)水 pH=、 過(guò) 濾速 度 為 15m/h、濾層厚度為 550mm的條件下， 潔 凈 濾料 與經(jīng)連續(xù)過(guò)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(zhì) 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(shuō)明本實(shí)驗(yàn)條件下 反 沖 洗對(duì) 濾料 的 除油 效果基本沒(méi)有 影響， 武鋼綜合污泥質(zhì) 親油 改性 濾料可 多次反沖洗 再生 后 重復(fù) 利 用。 圖 511 濾料反洗對(duì)再生的影響 Effects of backwash of filter on regeneration 改性濾料除油動(dòng)力學(xué)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(duì)除油效率的影響規(guī)律 ，本研究 采用 計(jì)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(duì)圖 5 圖 5圖 510 中數(shù)據(jù)分別進(jìn)行擬合（線性回歸還須將上圖中的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性轉(zhuǎn) 換），得到Y(jié)oonNelson 模型中的動(dòng)力學(xué)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(shí)間 ? exp的值 。 表 53 線性回歸分析估計(jì) Ｙ — N 模型中的動(dòng)力學(xué)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(dāng) 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(guān)系數(shù)（ R2）均大于 ，說(shuō)明 YoonNelson 模型在低、中濃度下可以很好 地 描述 武鋼綜合污泥質(zhì) 親油 改性 濾料上的吸附動(dòng)力學(xué)，同時(shí)在各操作參數(shù)下的試驗(yàn)非線性回歸分析的相關(guān)系數(shù)均高于線性回歸分析的相關(guān)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(shuō)明前者在擬合吸附動(dòng)力學(xué)時(shí)更有效。非線性回歸分析表明YoonNelson 動(dòng)力學(xué)模型的非線性形式更接近于實(shí)際情況。 表 54 非線性回歸分析估計(jì)Ｙ — N 模型中的動(dòng)力學(xué)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(shí)際武鋼含油廢水中在含油量為 YoonNelson 模型的擬合。整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)的線性擬合 用 粗線表示， 由 圖 看出， 實(shí)測(cè)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(gè)運(yùn)行周期內(nèi)對(duì)油分在濾料表面的濕潤(rùn)吸附，這與表 53 中 R2= 和 誤差 x2=。 但可 分階段 進(jìn)行 擬合 ，圖 513 中分別示出了 前 40min 和后 20min 兩個(gè)階段 的 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) 的 擬合 情況 ，分別用虛線和中粗線表示 ， 其相關(guān)系數(shù)