【正文】 lab濾料種類石英砂改性濾料濾層厚度（cm）806080100過(guò)濾速度（m/h）810810810810 所使用的兩種濾料均為均質(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。Small scale filter column experiment apparatus試驗(yàn)流程為：源水→過(guò)濾柱→出水。采用在線濁度儀和六根測(cè)壓管進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，觀察濾后出水濁度、油份濃度和不同濾層水頭損失變化規(guī)律。過(guò)濾過(guò)程中通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)和水表監(jiān)測(cè)并控制濾速。Filter column experiment apparatus實(shí)驗(yàn)裝置如圖51所示。因?yàn)V柱模型內(nèi)徑較小，配水均勻性基本可以保證。裝置整體固定于支架上，濾柱上設(shè)有進(jìn)水管、出水管及反沖洗進(jìn)出水管。反沖洗采用氣水聯(lián)合沖洗的方式，其中氣洗強(qiáng)度為5L/、。 試驗(yàn)方法Ⅰ（研究除油率影響因素）對(duì)原水pH、含油量、濁度、濾速以及濾料粒徑、濾層厚度、反沖洗次數(shù)等幾種主要影響因素進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)。 儀器精密pH試紙（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；加熱儀器為RS3水浴鍋并配以681型磁力加熱攪拌器(中國(guó)金壇市科興儀器廠)； JDS109U型紅外分光測(cè)油儀（中國(guó)吉林北光分析儀器廠），萃取劑采用該廠配套生產(chǎn)的專用四氯化碳溶液，萃取采用其配套的C系列射流萃取器。（2）反沖洗用水：實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)為自來(lái)水；中試和生產(chǎn)性試驗(yàn)取自現(xiàn)場(chǎng)濾后水。表51 武鋼熱軋高線水站油污染性狀分析Table 51 Performance analysis of oil pollution in hotrolling and highline water station of WISCO序號(hào)項(xiàng)目測(cè)試結(jié)果1最高含油量2最低含油量 mg/L3平均含油量4油滴平均粒徑中值5油滴平均表面電荷（ζ電位）46mV6表面張力由此可見(jiàn)，進(jìn)水中的油滴由于表面電位較高，因此在水中具有相對(duì)的穩(wěn)定性，僅僅依靠混凝沉降作用很難將其有效去除，必須通過(guò)與帶有親油基團(tuán)的改性濾料發(fā)生表面配合等物理化學(xué)作用才能繼續(xù)聚結(jié)，形成更大的油滴，從而通過(guò)濾層的截留作用而去除。不僅為鋼鐵工業(yè)綜合廢水的主要組成源濁循環(huán)含油廢水回用處理提供了新方法，而且為綜合污泥質(zhì)親油改性陶瓷濾料樹(shù)立了在企業(yè)內(nèi)部循環(huán)利用的典范。5 親油性改性濾料深度處理鋼鐵工業(yè)熱軋高線含油廢水研究與應(yīng)用 前言鋼鐵工業(yè)熱軋、高線濁環(huán)水含油量超標(biāo)、影響工序回用、被迫外排、造成綜合廢水處理難度大，為從源頭最大限度的削減排入綜合廢水處理廠的污染物，本研究以武鋼熱軋、高線含油廢水深度處理循環(huán)利用為研究對(duì)象，以武鋼綜合廢水處理廠綜合污泥質(zhì)改性濾料為核心技術(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室一次性試驗(yàn)(ⅠⅡ)、實(shí)驗(yàn)室連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)以及生產(chǎn)性試驗(yàn)。（4）武鋼綜合污泥質(zhì)陶瓷濾料表面改性的最優(yōu)工藝為：改性劑為202含氫硅油，體積濃度、涂層次數(shù)、固化溫度、固化時(shí)間分別為10%、1次、200℃、25min。（3）燒成溫度對(duì)陶瓷濾料的Pa、D和抗壓碎強(qiáng)度有重大影響。氣孔率可按擬合公式計(jì)算為：ε= – +。采用武鋼綜合污泥、粉煤灰、煤矸石為原料，通過(guò)添加成孔劑，制備出了綜合污泥質(zhì)多孔陶瓷濾料，并進(jìn)行了表面親油改性。表413 原始濾料及改性濾料的性能比較Table 413 the performance parison of original filter material and modified material濾料種類耐酸性（%）耐堿性（%）吸水率（%）顯氣孔率（%）體積密度（g/cm3）接觸角（度）除油率（%）原始濾料25親油濾料138從表中可看出，濾料經(jīng)改性后其耐酸性顯著升高，這可能與濾料表面涂層的交織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有關(guān)，耐堿性變化不大；顯氣孔率、體積密度和吸水率略有減少，說(shuō)明表面確實(shí)涂敷上了親油涂層；對(duì)水的接觸角明顯增大，說(shuō)明基體的表面性質(zhì)已由親水變成親油；除油率顯著提高。故確定以該種改性工藝制備的濾料應(yīng)用于廢水的除油處理中。Analysis由圖可見(jiàn)，波數(shù)為2966 cm1吸收峰主要是由甲基的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)而產(chǎn)生的，此峰的相對(duì)強(qiáng)度以1號(hào)中最強(qiáng)；波數(shù)2167 cm1處對(duì)應(yīng)的是SiH鍵，此官能團(tuán)是改性劑的特征峰，在上圖中只在1號(hào)和3號(hào)中出現(xiàn)，且在1號(hào)中峰的強(qiáng)度更強(qiáng)；波數(shù)1629 cm1處的吸收峰對(duì)應(yīng)的是－OH（水），可能是制樣時(shí)待測(cè)樣品干燥不完全；波數(shù)1450 cm1和1261 cm1處對(duì)應(yīng)的是甲基的彎曲振動(dòng)，比較四種樣品也以1號(hào)中吸收峰的強(qiáng)度最強(qiáng)，再次證明1號(hào)樣品條件最優(yōu)。說(shuō)明1號(hào)樣品改性工藝效果最好。表明基體的表面性質(zhì)已由親水（＜90176。 3號(hào)樣品 4號(hào)樣品圖425 不同改性樣品接觸角測(cè)試結(jié)果Fig. 425 Results of sample contact angle controlled trial四種工藝改性濾料接觸角測(cè)試結(jié)果如圖425。 1號(hào)樣品 2號(hào)樣品176。（2）接觸角測(cè)試135176。另外從濾料的斷面掃描圖中可以清楚地看出，親油涂層數(shù)量眾多且致密，表明親油涂層和濾料結(jié)合牢固。surface and cross section in modification condition（）未改性原始濾料和采用4種工藝改性濾料EM照片如圖421~圖424。surface and cross section in modification condition（） 4) 3號(hào)（硅油體積分?jǐn)?shù)20%，200℃） 20%，200℃改性濾料表面SEM 20%，200℃改性濾料斷面SEM圖423 3號(hào)改性條件的濾料表面和斷面的SEM SEM micrograph of filter’ssurface and cross section2) 1號(hào)（硅油體積分?jǐn)?shù)10%，改性溫度為200℃） 改性濾料表面SEM 改性濾料斷面SEM圖421 1號(hào)改性條件的濾料表面和斷面的SEM SEM micrograph of filter’s（1）掃描電鏡分析（10000倍）1）原始未改性濾料的SEM照片原始濾料表面SEM 原始濾料斷面SEM圖420 原始濾料表面和斷面的SEM SEM of originalAnalysis of variance tables方差來(lái)源平方和自由度均方F值Fa值顯著性固化時(shí)間2(2,2)=19(2,2)=99(2,2)=9(2,2)=4★★涂層次數(shù)2固化溫度2★硅油體積分?jǐn)?shù)2總 和8從表412中得出固化時(shí)間和固化溫度對(duì)濾料除油具有顯著性影響，而其涂層次數(shù)及硅油體積分?jǐn)?shù)次之，但固化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、涂層次數(shù)過(guò)多時(shí)會(huì)影響改性濾料制備的效率和成本，所以綜合考慮確定本試驗(yàn)中的最佳固化工藝為A1B1C3D3，即硅油體積分?jǐn)?shù)、涂層次數(shù)、固化溫度、固化時(shí)間分別為10%、1次、200℃、25min，而此工藝組合不在表411中，重做此工藝條件下改性的濾料，%，%，除油性能相差不大。410 List of factor levels水平因 素A（硅油體積分?jǐn)?shù)/%）B（涂層次數(shù)）C(固化溫度/℃)D (固化時(shí)間/min)110120010220225020330330025表411 試驗(yàn)安排及直觀分析結(jié)果Table411 Experiment arrangement and visual analysis results行號(hào)\因素ABCD油分去除率/%11（10）1（1）1（300）1（10）21（10）2（2）2（250）2（20）31（10）3（3）3（200）3（25）42（20）1（1）2（250）3（25）52（20）2（2）3（200）1（10）62（20）3（3）1（300）2（20）73（30）1（1）3（200）2（20）83（30）2（2）1（300）3（25）93（30）3（3）2（250）1（10）K1K2K3k1k2k3R (a) (b) (c) (d)圖419 正交試驗(yàn)直觀分析圖 Visual analysis chart of orthogonal experiment，結(jié)果列于表412。分別見(jiàn)表411的下部和圖419。這是因?yàn)樗春罂墒篂V料表面的粉塵洗去，而酸洗可在進(jìn)一步去除不潔物的同時(shí)還起到疏通濾料孔道的作用，另外還可使濾料表面變得更加粗糙，有利于油的吸附去除和后續(xù)試驗(yàn)改性劑的粘附結(jié)合。表49預(yù)處理對(duì)濾料去油率的影響Table49 Effects of pretreatment on oil removal efficiency of media對(duì)濾料預(yù)處理措施除油率（%）不做任何處理水洗（Ⅰ）用水和乙醇清洗（Ⅱ）水洗+酸洗+乙醇清洗（Ⅲ）水洗+酸洗+水洗（Ⅳ）由表49顯而易見(jiàn)，通過(guò)預(yù)處理能夠?qū)V料的除油能力有不同程度的提高。 表面親油改性預(yù)處理方法優(yōu)選～，經(jīng)各種預(yù)處理措施處理后，再用含氫硅油對(duì)其進(jìn)行表面親油改性。同時(shí)還可看出，采用202型含氫硅油的涂層SEM中凸凹面積更大，顯示親油性能更強(qiáng)。由圖可見(jiàn)，經(jīng)涂膜處理后，濾料表面與內(nèi)部均涂上親油涂層。對(duì)比兩種改性材料，含氫硅油改性后的濾料接觸角更大，體現(xiàn)出其具有更強(qiáng)的油潤(rùn)濕吸附特性，也即具有更好的除油性能。經(jīng)丙基硅烷改性后的片狀基體對(duì)水的接觸角為127176。由圖可見(jiàn)，未改性的原始片狀濾料基體對(duì)水的接觸角為25176。從上圖中還可看出，在3441cm1處和1770 cm1，b樣品對(duì)應(yīng)的峰強(qiáng)一些，說(shuō)明它表面的OH與SiH少一些，從而說(shuō)明經(jīng)水解的硅油與表面的羥基反應(yīng)完全一些，這也可以從1093 cm1處存在較強(qiáng)峰，而在c樣品中僅存弱峰可以說(shuō)明，由此可以推斷含氫硅油經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成一些SiOSi鍵、SiOFe鍵、SiOAl鍵多一些，這說(shuō)明采用含氫硅油作為改性劑進(jìn)行濾料表面親油改性效果較好一些。圖416為不同樣品的紅外光譜圖。 綜合污泥質(zhì)多孔濾料表面親油改性 兩種改性劑的選擇本研究中使用紅外篩選的表面親油改性劑有兩種，一種是丙基三甲氧基硅烷（以下簡(jiǎn)稱丙基硅烷），另一種是202型含氫硅油（簡(jiǎn)稱含氫硅油）。圖415 武鋼綜合污泥質(zhì)多孔陶瓷濾料的TGDTA曲線 TGDTA curve of filter media on the basis of prehensive sludge inWISCO（4）熱重分析由圖415可知，武鋼綜合污泥質(zhì)濾料在400℃之前有微弱失重現(xiàn)象，是由于燒結(jié)法制備過(guò)程中吸附水分和有機(jī)質(zhì)的揮發(fā)所致；吸附水和結(jié)晶水的脫除于600℃之前基本完成，700℃左右發(fā)生CaCO3的吸熱分解CaCO3→CaO＋CO2↑，％；1000℃以上的高溫階段，燒結(jié)過(guò)程中僅有微弱的失重現(xiàn)象。其中Ca2Al2SiO7的含量為60～65%，其次是Ca3Fe(SiO4)3，并含有少量的鋁酸鈉等。濾料內(nèi)部已形成了許多由骨架分隔成的密集微小空隙空間結(jié)構(gòu)，而且這些孔隙相互連通，說(shuō)明其不僅具有很大的比表面積和良好的吸附功能，而且具備較高的機(jī)械強(qiáng)度，這些性能對(duì)含油廢水處理的實(shí)際應(yīng)用都是非常有利的。(wt %)highquality filter media on the basis of prehensive sludge in WISCO樣品Pa（%）Wa（%）D（g/cm3）耐酸性(%)耐堿性(%)抗壓碎強(qiáng)度(MPa)BS12表48 優(yōu)質(zhì)武鋼綜合污泥質(zhì)濾料的化學(xué)組成(wt%)Table（1）理化性能綜合污泥質(zhì)濾料樣品的理化性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4化學(xué)組成見(jiàn)表48：表47 優(yōu)質(zhì)武鋼綜合污泥質(zhì)濾料理化性能測(cè)試結(jié)果Table綜合以上各節(jié)分析，針對(duì)武鋼綜合污泥質(zhì)濾料，本研究確定煤粉為最佳成孔劑，煤粉添加量取30%，最高燒成溫度取1160℃，%。Relation between crush strength and Pa從圖412不難看出，成孔劑添加量和燒成制度對(duì)濾料氣孔率、抗壓碎強(qiáng)度的影響可用二次曲線擬合，擬合方程分別為：σ=+―, R2=；σ=――, R2=。圖(