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滤料表面湿润性的研究及其对除油性能的影响

未碧贵  
【摘要】: 过滤是一种常用的含油废水深度处理方法,对低浓度废水中粒径小于10μm的油珠去除效果较好。水处理滤料表面润湿性对除油效率的影响较大,近年来,对滤料表面性质的研究已得到了国内外研究者的重视。本论文选用果壳、无烟煤、锰砂、陶粒、石英砂和瓷砂等6种常用硬质滤料,研究它们的润湿性以及引起润湿性差异的根源所在,通过含油废水模拟实验,考察了无烟煤、陶粒和石英砂3种滤料的除油性能,进一步揭示了润湿性与除油效率之间的关系,为过滤法处理含油废水选择和制造合适的滤料提供了理论依据。 (1)采用XPS能谱分析和FTIR红外光谱对滤料表面进行表征,结果表明,果壳主要由C和O元素组成,表面主要含有极性较弱的有机官能团,因此其表面能较低。无烟煤主要由C和O元素组成,表面主要含有有机官能团,此外还含有少量的Si元素,因此极性较弱。锰砂、陶粒、石英砂和瓷砂都主要由O、Si元素组成,还含有少量的Al、Fe和Mn,易形成多价态的无机化合物,极性较强,其中瓷砂的Al、Fe含量最多,极性最强。 (2)推导了动态压力法测定颗粒(粉体)接触角的基本方程(?),并根据润湿基本理论和水处理滤料的研究目的,应用LHR的概念对水处理滤料的润湿性进行了研究,其计算公式为LHR=(?)。 实验结果表明,每次实验的R~2均大于0.99,数据的直线段存在且线性较好;环己烷和水润湿瓷砂的5次实验平均值及误差范围分别为2002.88±152.02和6932.78±550.46,相对误差分别为7.59%和7.94%,实验结果的重现性较好。说明利用动态压力法研究滤料表面润湿性实验方法可行,实验结果准确可靠。 粒径为0.55-0.83mm的果壳、无烟煤、锰砂、陶粒、石英砂和瓷砂6种滤料的LHR值分别为66.87、1.71、1.24、1.22、1.16和0.80,说明果壳具有极强的亲油性,无烟煤、锰砂、陶粒、石英砂的亲油性略强于亲水性,而瓷砂呈现出了亲水的特征。滤料的LHR值不同主要归因于滤料表面物理化学结构的差异,滤料表面的极性越弱,则亲油性越强,反之,若滤料表面的极性越强,则亲水性越强。 (3)利用无烟煤、陶粒和石英砂三种滤料过滤模拟含油废水,在过滤周期内,无烟煤的去除效率最高,达86.9%,其次是陶粒,为71.6%,石英砂的去除效率略低于陶粒,为69.3%,三种滤床的最大比沉积量分别为678、506和495g·m~(-3)。 由3种滤料填充床的过滤系数可知,随着过滤的进行,由于沉积使附着在陶粒表面的油珠脱落的趋势较为明显,而无烟煤和石英砂表面的油珠脱落较少。 理论上除油效率与LHR存在一致性关系,即LHR值越大,则除油效率越高。同样,水处理滤料表面润湿性与最大比沉积量变化一致,即最大比沉积量随着LHR值的增大而增大。


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