【正文】 （4）生產性連續(xù)運行試驗，運行結果表明：在對武鋼熱軋廠高線水站過濾罐進行改造后，經過改性濾料深度過濾處理后，出水濁度大大低于30mg/L，出水含油量大大。經過實驗室動態(tài)連續(xù)運行試驗和現(xiàn)場中試連續(xù)運行試驗，結果顯示：出水水質穩(wěn)定，特別是在進水水質條件波動較大的情況下，深度處理后的出水懸浮物始終保持在30mg/L以下，油在4mg/L以下，均達到本次研究的目標。相對傳統(tǒng)的石英砂濾料，改性濾料具有出水水質好、除濁率高、水頭損失小的優(yōu)點，同時在不同的條件下，改性濾料過濾周期均比石英砂過濾周期要長，避免了傳統(tǒng)石英砂易板結、跑料、使用壽命短等弊端。（2）實驗室靜態(tài)和濾料對照實驗結果顯示：當pH=，酸性條件下最容易穿透，堿性條件下次之；隨進水初始油含量增大，在運行初、中期（4050min）除油效果上升而在運行末期下降，特別在運行末期除油效果急劇下降；濁度太低或太高都不利于油的去除，當濁度適中時，出水中油份濃度較低，濾床能運行更長的時間；隨濾速的增加，除油效果降低，濾床更易穿透；隨濾層厚度的增加，穿透曲線變平緩；大粒徑的濾料不利于油的去除，濾料粒徑由大到小的多級過濾有利于逐級去除不同粒徑大小的油滴，從而能增加油的去除效果、濾床的利用率；濾料再生試驗表明反洗對濾料除油性能的影響不大，濾料可重復使用，說明改性濾料的穩(wěn)定性較好。（5）評價了其耐酸、耐堿、耐腐和耐磨性，研究結果表明：改性濾料的理化性能指標良好，能夠為含油廢水的深度凈化處理提供良好和穩(wěn)固的保障。燒成溫度范圍為1130℃～1160℃，低于1130℃則出現(xiàn)掉粉、掉渣現(xiàn)象，高于1160℃則出現(xiàn)過燒現(xiàn)象，顯氣孔率急劇下降。 σ=+―, R2=。同時，煤粉的加入量和燒成制度對濾料顯氣孔率、壓碎強度的影響可用二次曲線擬合，可用來預測不同氣孔率下濾料的壓碎強度。（2）通過對照試驗和多參數(shù)的測試結果分析，確定煤粉為較佳成孔劑，煤粉加入量對濾料Pa、Wa、D的影響可用線性回歸方程表示如下：yPa=+，R2=；ywa=+，R2=；yD=―，R2=，其中x表示成孔劑的加入量。圖522反沖洗試驗 Backwashing experiment 6 總結1 本研究采用武鋼北湖綜合廢水回用處理產生的綜合污泥、粉煤灰、煤矸石為原料，以煤粉為成孔劑，制備出表面具有極小的微孔隙和很大的比表面積和表面能的濾料，在此基礎上，選擇親油性涂層進行表面改性，以充分發(fā)揮改性濾料的除油功能,最終制備出了性能優(yōu)異的表面改性新型濾料:（1）在實驗的成孔劑顆粒級配和骨料顆粒級配范圍內，由于顆粒堆積的配位數(shù)沒有發(fā)生變化，因此在研究的級配范圍內，濾料的Pa、D基本保持不變。圖522為反洗開始與結束時水中的含油量。這一結果與前面已討論過的油分經濕潤、聚結和碰撞、聚結除去的機理相吻合，另外，也滿足過濾除油除濁的機理（主要是阻力截留、重力沉降、接觸絮凝）。試驗結果表明，武鋼污泥質親油改性濾料表現(xiàn)出很好的除油除濁性能，經深度過濾工藝處理后的出水水質完全達到了武鋼熱軋高線生產用水規(guī)定要求，即油份濃度小于4mg/L，懸浮物SS含量小于30mg/L。 （a）原始未改性濾料的SEM （b）第一次反洗取樣后濾料的SEM(a)SEM of original filter without modification (b)SEM of filter after first backwashing （c）第二次反洗取樣后濾料的SEM （d）第三次反洗取樣后濾料的SEM(c)SEM of filter after second backwashing (d) SEM of filter after third backwashing圖520 改性濾料耐磨性能的SEM測試結果Fig. 20 SEM test results of modified filter media’s wear resistance 武鋼現(xiàn)場中試連續(xù)運行試驗結果在大量理論研究和實驗室小試研究的基礎上，我們于2010年11月至2011年3月期間開展了武鋼現(xiàn)場中試連續(xù)運行試驗，對武鋼熱軋高線水站的實際含油廢水進行了有效的處理。圖520為改性濾料耐磨性能的SEM測試結果。在該圖中，波數(shù)2160cm1處SiH基團和波數(shù)為2985cm1處的CH3基團都是含氫硅油中特有的基團，特別是SiH基團。為此分別在2010年8月27日至29日過濾裝置運行期間，連續(xù)三次取改性濾料，用FTIR和SEM對濾料耐磨進行了評價，結果如圖519和520所示。同時還可看出，還可看出一級過濾對油和SS的去除率是有限的，不能滿足回用要求，因此在工業(yè)應用時要考慮多級過濾。 濾料級配參數(shù)對除油降濁影響取樣時間從2010年7月29日至8月4日，結果如表66圖51520所示，由于pH值一直穩(wěn)定達標，故未列入。此外，在實際應用時，可以考慮根據不同粒徑的濾料層截污情況，進行分級清洗，以有利于反沖洗效率和效果的提高，而傳統(tǒng)的石英砂濾層沖洗方式，按照國家工程設計規(guī)范的規(guī)定，沖洗強度在1618 L/，沖洗時間在12分鐘左右，水耗和能耗明顯偏大。 過濾周期比較 多孔濾料和石英砂濾料的過濾周期比較見圖517： 圖517 改性濾料與石英砂的過濾周期比較圖 The parison of filter cycle between modified filter and sand圖517中，石英砂與厚60cm的改性濾料是同時過濾的，從上圖可看出，在不同的條件下，改性濾料過濾周期均比石英砂過濾周期要長。由圖可知，隨過濾時間的延長，改性濾料和石英砂濾料一樣，整個濾層水頭損失在初始水頭損失的基礎上基本呈線性增長，各單位濾層水頭損失線斜率變化較小，且較均勻，說明各單位濾層的水頭損失變化較小，濾層中截留懸浮膠體物質和油類物質的分布較為均勻，更好地發(fā)揮了整個濾料層的截污能力。accumulationfilter （a）（b）圖515 不同條件下改性濾料除油率隨過濾時間變化圖Fig. 515 Changing chart of oil removal rate with filter time changes under different conditions 水頭損失的比較圖516 水頭損失隨過濾累積時間變化Fig. 516由圖中曲線可以看出，隨著過濾時間的延長，改性濾料的除油率由高到低，再由低到高的反復變化，總體趨勢隨過濾時間而逐步降低。由圖可以看出，每個同步實驗的周期內，當濾速較小時，油的去除率較大，而石英砂濾料和改性濾料同步的對照實驗中，改性濾料過濾去除率要高于石英砂濾料，表明其除油效果要優(yōu)于石英砂濾料。removal efficiency圖513為懸浮物去除效率對照圖，從圖上出水濁度的整體變化規(guī)律來看，過濾初期兩種濾料的出水濁度均較高，隨著濾料層逐漸成熟，出水濁度慢慢降低，達到一個較平穩(wěn)的階段，相對而言，石英砂的出水濁度要高于改性濾料，并且在較短工作時間內水頭損失迅速增大，導致過濾周期的過早結束，表明改性濾料在延長過濾周期方面具有明顯的優(yōu)勢。Comparison diagram由表53中可看出，當濾速增加時， theo會急劇減小，（10m/h時）（20m/h時），這與圖58中的變化趨勢完全一致；還可看出，當濾層厚度增加時，theo會迅速增大，（350mm時）（550mm時），說明增加濾層厚度有利于油的去除，也與前述得出的結論一致；從影響的幅度來看，濾速的變化比濾層厚度更為明顯。這也充分說明分兩階段擬合方法可以準確描述高含油量條件下濾料的除油規(guī)律。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)據的擬合情況，分別用虛線和中粗線表示，、表明分階段擬合效果較好。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 Kinetics 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)R2x2104501545020450—15450——1545015450153501545015550。表53 線性回歸分析估計Ｙ—N模型中的動力學參數(shù)Table 53 Kinetics 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)R2x210450154502045015450―——1545015450153501545015550由表5表54可以看出，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），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。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。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。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。 濾料粒徑、pH=、過濾速度為15m/h、濾柱濾層厚度為450mm條件下，～ 、～、～。由圖可觀察到，濾速越大，濾床越容易穿透。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。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。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。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，著重考察濾層的截油能力。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。、。 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 cm2960 cm2930 cm1處測定有特殊吸收峰的物質，根據國家標準給出的計算公式，得出水中油份濃度值。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)場中試試驗2010年11月至2011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，過濾周期為24 h，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。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，~；第二級濾層厚度450mm，～。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。表52 實驗室濾料對照條件Table 52 Comparison conditions of filters in the