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              水處理用無煙煤濾料
               
              精制無煙煤濾料
               
              石英砂
               
              精制石英砂
               
              錳砂
               
              高純錳砂

              濾料的種類、加工方法及應用(2)

              一、石英砂

              石英砂是一種堅硬、耐磨、化學性能穩定的硅酸鹽礦物,其主要礦物成分是SiO2,可高達99%。石英砂的顏色為乳白色帶紅色或無色半透明狀,莫氏硬度7,性脆無解理,貝殼狀斷口,油脂光澤,相對密度2.65,其化學、熱學和機械性能其有明顯的異向性,不溶于酸,微溶于堿溶液,熔點1750℃。目前,生產石英砂采用的原料有兩種:
              (1)利用天然的河砂、海砂、分篩而成。優點是就地取材、造價低;缺點是:因受水的侵蝕時間過長,強度降低、磨損率與破損率高、使用周期短、機械強度差。這些缺點是影響濾速的首要因素。
              (2)利用天然石英礦床,經破碎、分篩、精選而成,具有密度大、機械強度高、顏色純正的優點,適用于生活飲用水過濾、循環水處理以及污水的回收利用。
              石英砂常用的規格有:0.5-1mm、0.6-1.2mm、1-2mm、2-4mm、4-8mm、8-16mm、16-32mm。

              二、沸石濾料

              ①天然斜發沸石
              天然沸石大部分由火山凝灰巖和凝灰質沉積巖在海相或湖相環境中發生反應而形成,為鋁硅酸鹽類礦物,外觀呈白色或磚紅色,屬弱酸性陽離子交換劑。如經人工導入活性組分,使其具有新的離子交換或吸附能力,吸附容量可相應增大。天然沸石主要用于中小型鍋爐用水的軟化處理,以去除水中的硬度,從而減少鍋爐內水垢的生成。在廢水處理中,可用于去除水中的磷以及鉛、六價鉻等重金屬,失效后的沸石可用于濃鹽水逆流再生后重復使用。
              ②活化沸石特性
              活化沸石是天然沸石經過多種特殊工藝活化而成,其吸附性能強,離子交換性能好,有利于去除水中的各種污染物;罨惺枪I給水、廢水處理及自來水過濾的新型理想濾料。沸石濾料技術參數見表5-13。

              沸石濾料技術參數 表5-13
              項目 數據 項目 數據
              密度/(g/cm3) 1.8-2.18 全交換工作容量/(mg/g) 2.2-2.5
              堆密度/(g/cm3) 1.4 濾速/(m/h) 4-12
              孔隙率/% ≥50 粒徑/mm 視工程要求而定,一般為0.5-20
              比表面積/(m2/g) 300-500 磨損率/% 0.04
              含泥量/% 0.02 破損率/% 0.5
              鹽酸可溶率/% 小于0.10 水浸出液 不含有毒物質
              粒徑規格/mm 1-2、2-4、4-8、8-16、16-32、32-64、64-128、128-256

              ③合成沸石
              1.分子篩
              分子篩按骨架元素組成可分為硅鋁類分子篩、磷鋁類分子篩和骨架雜原子分子篩;按孔道大小劃分,孔道尺寸小于2nm、2-50nm和大于50nm的分子篩,分別稱為微孔、介孔和大孔分子篩。大孔分子篩由于具有較大的孔徑,成為較大尺寸分子反應的良好載體。分子篩具有很高的脫水能力,可應用于石油化學、制冷劑脫水、醫藥品保存劑等。同時,也可用作工業制氣吸附劑(制氧PSA、制氫PSA、深冷分離)及半導體工業廢氣處理劑等。
              2.高硅沸石
              高硅沸石主要為斜發沸石和絲光沸石,它們分散在白堊紀和第三紀的正常海相條件下形成的沉積巖中,如細粒砂、硅質黏土、蛋白土、碳酸鹽類巖石和磷塊巖等,這些巖石中通常富含生物化學成因的氧化硅,共硬度一般在4-5,性脆質軟且輕,易碎易磨,高硅沸石具有優異的硫水性、耐熱性,主要用于石油精制、石油化學用催化劑載體。另外,對烴類、有機溶劑等也有優異的吸附能力,被應用干汽車尾氣處理系統催化劑及各類工廠廢氣去除裝置。

              三、磁鐵礦濾料

              磁鐵礦濾料是三層濾料濾池的必備材料,具有過濾速度快、截污能力強、使用周期長等特點。磁鐵礦濾料規格參數表5-14。

              磁鐵礦濾料技術參數 表5-14
              項目 參數 項目 參數
              密度/(t/m3) 4.5 莫氏硬度 6
              含硫率/% 0.26 含泥量/% <2.5
              磨損率/% 0.04 破碎率/% ≤.05
              Fe2O3含量/% 70 堆密度/(g/cm3) 2.95
              鐵含量/% 20-40 不均勻系數 ≤1.8

              四、錳砂濾料

              采用天然錳礦石經機械破碎、水洗、多次篩分加工而成。外觀呈褐色,表面粗糙。錳砂密度大、硬度高、不易磨損與破碎、化學性能穩定、不含有毒物質,是一種很強的氧化劑。
              天然錳砂中含有MnO2,是Fe2+氧化成Fe3+的良好催化劑,對于生活飲用水、地下水除鐵、除錳有獨特的效果,常用于除鐵除錳的過濾裝置。
              含錳量(以MnO2計)不小于35%的天然錳砂濾料,既可用于地下水除鐵,又可用于地下水除錳;含錳量為20%-30%的天然錳砂濾料,只宜用于地下水除鐵;含錳量低于20%的則不宜采用。
              錳砂濾料的技術參數見表5-15。 錳砂濾料常用規格:0.5-1.0mm,1-2mm,2-4mm。
              錳砂濾料技術參數 表5-15
              MnO2含量/% 密度/(g/cm3) 堆密度/(g/cm3) 磨損率/% 破碎率/% 含泥量/%
              25-45 3.6 2 <1.2 <1.0 <2

               

              五、果殼濾料

              果殼濾料采用植物果殼為原料,經破碎、拋光、蒸洗、藥物處理和多次篩選加工而成?刹捎玫闹参锕麣び泻颂覛、椰子殼等。果殼濾料具有耐磨、抗壓、不在酸堿性水中溶解、不腐爛、不結塊、易再生,較強的除油性能等優點,被廣泛運用在各種廢水處理(特別是含油廢水)中。果殼濾料是取代石英砂濾料來提高水質、大幅度降低水處理成本的新一代濾料。果殼濾料的有關技術參數見表5-16。

              果殼濾料技術參數 表5-16
              項目 參數 項目 參數
              油去除率/% 90-95 反洗強度/[m3/(m2·h)] 25
              懸浮物去除率/% 95-98 水沖洗壓力/MPa 0.32
              濾速/(m/h) 20-25 每年補充比例/% 5-10
              密度/(g/cm3) 1.5 堆密度/(g/cm3) 0.8
              常用規格/mm 0.5-1、0.8-1.2、1.2-1.6、1.6-2.0

              1.果亮濾料的特點
              (1)具有多孔和多面特性,截污力強,油和懸浮物去除率高;
              (2)具有多梭性和不同粒徑,形成深床過濾,增強了除油能力和濾速;
              (3)具有親水不親油和適宜的密度,易反洗,再生力強;
              (4)硬度大,且經特殊處理不易腐蝕,不用更換濾料,侮年只補充少量,可節省維修費用和維修時間,提高利用率。
              2.果殼濾料用途
              (1)油田含油污水處理:去油和懸浮固體;
              (2)其他工業含油污處理:去油和懸浮固體;
              (3)工業用水處理:去除水中懸浮固體,提高水質。

              六、活性炭

              活性炭是一種非常優良的吸附劑,它是利用木炭、竹炭、各種果殼和優質煤等作為原料,通過物理和化學方法對原料進行破碎、過篩、催化劑活化、漂洗、烘干和篩選等一系列工序加工制造而成;钚蕴烤哂形锢砦胶突瘜W吸附的雙重特性,可以有選擇地吸附氣相、液相中的各種物質,以達到脫色精制、消毒除臭和去污提純等目的。
              (一)活性炭吸附性
              吸附性質是活性炭的首要性質;钚蕴烤哂邢袷Яs無規則地排列的微晶,在活化過程中微晶間產生了形狀不同、大小不一的孔隙。按IUPAC方法分:微孔小于1.0nm、中孔1-25nm、大孔大于25nm;钚蕴课⒖椎目紫度莘e一般只有0.25-0.9mL/g,孔隙數量約為1020個/g,全部微孔比表面積約為500-1500m2/g,也有稱高達3500-5000m2/g的。這些孔隙特別是微孔提供了巨大的表面積。
              活性炭幾乎95%以上的表面積都在微孔中,因此微孔是決定活性炭吸附性能高低的重要因素。中孔的孔晾容積一般約為0.02-1.0mL/g,比表面積最高可達幾百平米,能為吸附物提供進入微孔的通道,又能直接吸附較大的分子。大孔的孔隙容積一般約為0.2-0.5mL/g,比表面積約0.5-2m2/g,其作用一是使吸附質分子快速深入活性炭內部較小的孔隙中去;二是作為催化劑載體,作為催化劑載體時,催化劑只有少量沉淀在微孔內,大都沉淀在大孔和中孔之中。
              (二)影響活性炭吸附的立要因素
              由于活性炭水處理所涉及的吸附過程和作用原理較為復雜,因此影響因素也較多,主要有活性炭的性質、水中污染物的性質、活性炭處理的過程原理以及選擇的運轉參數與操作條件等有關。
              1.活性炭的性質
              用于水處理的活性炭應有三項要求:吸附容量大、吸附速度快、機械強度好;钚蕴康奈饺萘砍渌饨鐥l件外,主要與活性炭比表面積有關,比表面積越大,微孔數量多,可吸附在細孔壁上的吸附質就多。吸附速度主要與粒度及細孔分布有關,水處理用的活性炭,要求過渡孔(半徑2.0-100nm)較為發達,有利于吸附質向微細孔中擴散;钚蕴康牧6仍叫∥剿俣仍娇,但水頭損失要增大,一般在8-30目范圍較宜;钚蕴康臋C械耐磨強度,直接影響活性炭的使用壽命。
              2.吸附質《溶質成污染物》性質
              同一種活性炭對于不同污染物的吸附能力有很大差別。
              (1)溶解度
              對同一族物質的溶解度隨鏈的加長而降低,而吸附容量隨同系物的系列上升或分子量的增大而增加。溶解度越小,越易吸附,如活性炭從水中吸附有機酸的次序是按甲酸→乙酸→丙酸→丁酸而增加。
              (2)分子大小與化學結構
              吸附質分子的大小和化學結構對吸附也有較大的影響。因為吸附速度受內擴散速度的影響,吸附質(溶質)分子的大小與活性炭孔徑大小成一定比例,最利于吸附。在同系物中,分子大的較分子小的易吸附。不飽和鍵的有機物m較飽和的易吸附。芳香族的有機物較脂肪族的有機物易于吸附。
              (3)極性
              活性炭基本可以看成是一種非極性的吸附劑,對水中非極性物質的吸附能力大于極性物質。
              (4)吸附質濃度
              吸附質的濃度在一定范圍時,隨著濃度增高,吸附容量增大。因此吸附質(溶質)的濃度變化,活性炭對該種吸附質(溶質)的吸附容量也變化。
              3.溶液pH
              溶液pH值對吸附的影響,要與活性炭和吸附質(溶質)的影響綜合考慮。溶液pH值控制了酸性或堿性化合物的離解度。當pH值達到某個范圍時,這些化合物就要離解,影響對這些化合物的吸附。溶液的pH值還會影響吸附質(溶質)的溶解度,以及影響膠體物質吸附質(溶質)的帶電情況。由于活性炭能吸附水中氫、氧離子,因此影響對其他離子的吸附;钚蕴繌乃形接袡C污染物質的效果。一般隨溶液pH值的增加而降低,pH值高于9.0時,不易吸附,pH值越低時效果越好。在實際應用中,應通過試驗確定最佳pH值范圍。
              4.溶液溫度
              因為液相吸附時,吸附熱較小,所以溶液溫度的影響較小。吸附是放熱反應。吸附熱越大,溫度對吸附的影響越大。另一方而,溫度對物質的溶解度有影響,因此對吸附也有影響。用活性炭處理水時,溫度對吸附的影響不顯著。
              5.多組分吸附質共存
              應用吸附法處理水時,通常水中不是單一的污染物質,而是多組分污染物的混合物。在吸附時,它們之間可以共吸附,互相促進或互相干擾。一般情況下,多組分吸附時分別的吸附容量比單組分吸附時低。
              6.吸附操作條件
              因為活性炭液吸附時,外擴散(液膜擴散)速度對吸附有影響,所以吸附裝置的型式、接觸時間(通水速度)等對吸附效果都有影響。
              (三)生物活性炭工藝在廢水處理中的應用
              1.粉末活性炭活性污泥法在印染廢水處理中的應用
              采用缺氧→好氧→混凝沉淀→亞濾→富氧生物炭工藝處理漂染廠印染廢水處理。廢水的進水COD600-1200mg/L、色度300-600倍、pH1-13,混凝沉淀的藥劑采用FeCl與NaOH,亞濾利用陶粒微孔分離細小大分子的機理去除難處理的有機物,富氧生物炭工藝利用生物炭對低濃度的有機物進行吸附。工程運行結果表明,其中的缺氧-好氧對COD的去除率達到50%, 亞濾-富氧生物炭工藝對COD的整的去除率達到65%,對色度的去除率達到75%,活性炭更換周期長,文獻中的處理成本0.7元/m3廢水,但沒有提供具體的工藝參數與運行情況。
              采用水解→接觸氧化→氣浮+生物炭工藝處理COD濃度為2550mg/L的印染廢水。水解設計水力停留時間為9h。為提高水解的處理效果,池中配備有穿孔管進行布水,同時設置有填料掛膜。接觸氧化設計水力停留時間為6.7h,氣水比為25:1。氣浮使用的藥劑為聚合氯化鋁,設計停留時間為60min,其中反應段時間為10min,沉淀段水力停留時間為1h,生物炭池內進行曝氣,氣水比為5:1?偱欧趴谒|能穩定達到《廢水綜合排放標準》(GB 8978-96)一級排放標準,工程投資費用為960元/m3廢水,當時的運行費用為2.04元/ m3廢水。其處理工藝流程如圖5-13所示。文獻中提出了由于氣浮水中存在的氣泡導致后段沉淀效果不佳,影響生物炭池?梢栽诔恋矶渭右粋管道器,投加少量的高效混凝藥劑加強沉淀效果,減輕對生物炭池的影響。改造后可以形成了一個生化+二級物化+其他深度處理的工程措施,適應高濃度的印染廢水的處理。

              2.顆粒狀活性炭在玻璃纖維廢水深度處理中的應用
              某玻璃纖維生產企業主生產污水主要來自玻璃纖維表面處理工序,水中的污染物質主要是“浸潤劑”組分(環氧乳液、PVAC乳液、聚氨酯乳液、潤滑劑及抗靜電劑、各種偶聯劑等)以及微細玻璃纖維等懸浮物。除溶劑外,大部分是熱穩定性高、難溶于水的高分子有機物,具有密度輕、顆粒細、可生化性差等特點。日排放廢水量800t,設計采用的工藝為氣浮+接觸氧化+炭砂過濾工藝,出水排放執行國家(污水綜合排放標準)(GB 8978-1996)的一級排放標準。工藝流程如圖5-14所示。

              由于廢水表面活性物質較多,懸浮物疏水性較強且質量輕,預處理采用氣浮工藝。氣浮工藝采用進口氣液混合泵;炭砂過濾器承托層采用石英砂,內裝φ2-3mm、h=6mm規格的柱狀活性炭粒,反沖洗根據過濾器內壓力控制(正常運行為0.02-0.06MPa),一般周期為3-5d。當原水濃度較低時,終沉后已能達標,可跨越生物炭床直接排放。其工程主要構筑物設計見表5-17。

              主要構筑物設計 表5-17
              編號 構筑物 說明
              1 調節池 半地上式鋼混凝土結構;8.0m*7.5m*3.5m,容積210m3,停留時間6h;環狀穿孔管曝氣
              2 氣浮池 地上鋼制成套設備;2.5m*4.5m*2.5m,停留時間0.8h;表面負荷3.1m3/(m2·h);不銹鋼鏈輪刮泥機
              3 生物接觸氧化池 半地上式鋼混凝土結構;15m*13m*3.5m,有效容積約600m3,停留時間18h;內置立體填料

              4

              二沉池 半地上式鋼混凝土;φ8m*4.1m;中間進水周邊出水;表面負荷0.7m3/(m2·h)
              5 炭砂過濾器 鋼制,數量兩個;φ3m*3.5m,炭層有效高度1.2m,石英砂高度0.3m;濾速2.5m/h,氣水比為3:1,連續供氣;采用氣水聯合反沖洗方式(反沖氣強度為10L/m2·s,反沖水強度為3.2L/m2·s);每年需要補充反洗損失活性炭

              鞏義市泰和水處理材料有限公司專業生產各種規格的無煙煤濾料、石英砂濾料、錳砂濾料、塑料異性填料系列產品。

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