氧化鋁涂層改性石英砂過濾性能研究.doc

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1、氧化鋁涂層改性石英砂過濾性能研究摘要：介紹了氧化鋁涂層石英砂和未涂層石英砂對微污染原水進行直接過濾的研究結(jié)果：無論對濁度，還是對有機物的綜合去除，氧化鋁涂層砂濾料過濾效果均明顯優(yōu)于未涂層砂濾料。關(guān)鍵詞：改性濾料有機物去除過濾氧化鋁涂層砂　　低濁或低溫低濁的微污染原水在常規(guī)的混凝、沉淀、過濾等處理工藝中得不到理想的處理效果。采用氧化鋁改性劑涂在石英砂上，可改變石英砂表面的負電性。采用這種氧化鋁涂層砂進行直接過濾，可以有效地提高對濁度和有機物的去除效果。1濾料、原水和實驗方法1.1濾料及試劑　　篩選水廠過濾用的石英砂，粒徑0.5

2、～1.2mm，其化學(xué)成分SiO2占90%以上。采用AR級的AlCl3·6H2O、NaOH和HCl試劑對石英砂進行改性處理。1.2“涂鋁砂”的制備　　采用0.1mol/L的HCl溶液對石英砂表面進行預(yù)處理，浸泡24h后，用蒸餾水沖洗干凈，然后在110℃烘箱中烘干。配制1mol/L的AlCl3·6H2O溶液250mL，用NaOH溶液調(diào)整pH以使形成氧化鋁懸浮液。在氧化鋁懸浮液中加入500g砂，分裝于兩個三角燒杯中，放于磁力加熱攪拌器，在70℃條件下連續(xù)攪拌3h，然后置入110℃烘箱烘干。經(jīng)烘干的氧化鋁涂層砂再用蒸餾水沖洗干凈，在

3、110℃烘箱中烘干后供使用。1.3原水　　過濾原水取自盛夏的同濟大學(xué)校園內(nèi)三好塢河水，再加入等量的自來水，濁度約20NTU。1.4實驗方法、測試項目與儀器　　分別將涂鋁砂和石英砂裝入濾料高度為70cm的兩個濾柱中，不投加任何混凝劑，采用等水頭減速過濾進行微污染原水的直接過濾對比實驗?！　y試項目與儀器見表1。表１　　　測試項目與儀器測試項目測試儀器或方法4濁度美國HACH公司2100P濁度儀紫外吸光度（UV254）上海分析儀器廠MC7550紫外分光光度計總有機碳（TOC）日本島津TOC-500分析儀耗氧量（CODMn）國家環(huán)

4、保局標準方法2實驗結(jié)果與討論2.1濁度的去除效果　　涂鋁砂和未涂層石英砂的直接過濾除濁效果見圖1。從圖1可知，涂鋁砂除濁效果顯然比未涂層石英砂好。兩種不同濾料在相同進水水質(zhì)情況下經(jīng)60多h過濾后進行沖洗，沖洗后分別進行再過濾，其處理效果見圖2。從圖2可知，涂鋁砂的除濁效果仍然優(yōu)于未涂層石英砂。2.2有機物的綜合去除效果　　由于原水中含有種類繁多的微量有機污染物，實驗中采用UV254、TOC和CODMn3種參數(shù)表示水中有機物含量變化。圖3、4、5分別為涂鋁砂和未涂層砂濾后水中的UV254、TOC和CODMn隨過濾時間的變化。從

5、圖中可見，盡管天然河水水質(zhì)變化很大，但涂鋁砂在過濾過程中，對UV254、TOC和CODMn的去除效果明顯優(yōu)于未涂層砂?！　　　　　D6和圖7為經(jīng)過60多h過濾及沖洗后涂鋁砂和未涂層砂濾后水中的UV254和TOC隨過濾時間的變化，可以看出，涂鋁砂對有機物的去除效果仍然優(yōu)于未涂層砂?！　　?機理分析3.1遷移作用　　懸浮雜質(zhì)顆粒在濾料空隙中的質(zhì)量遷移作用可以用遷移擴散方程來表示［１］：　　　　式中　C--懸浮顆粒的濃度4　　　　t--時間　　　　m--顆粒的遷移率　　　　　▽--Laplace算符　　　　v--懸浮顆

6、粒的速度矢量　　　　D--與位置有關(guān)的懸浮顆粒的擴散系數(shù)　　　　　Φ--顆粒相互作用的總能量　　此方程說明了懸浮顆粒間和顆粒與濾料間的作用機理：方程左邊第一項表示懸浮顆粒的時間變化率；第二項代表水動力學(xué)遷移；方程右邊的第一項代表布朗擴散遷移；第二項代表顆粒遷移過程的總能量(包括顆粒重力遷移作功)。通過遷移過程，懸浮雜質(zhì)顆粒到達砂粒表面后通過粘附作用，在濾料中沉積下來。3.2粘附作用　　涂鋁砂表面是勃姆石(γ-AlOOH)和三羥鋁石［Al(OH)3］［2］。勃姆石的化學(xué)成分中，Al2O3占84.98%；三羥鋁石65.4%

7、的成分也是Al2O3。由于涂鋁砂表面的化學(xué)成分主要是氧化鋁，即在石英砂表面覆蓋了一層氧化鋁，故稱為氧化鋁涂層石英砂。　　表面的ζ電位是反映顆粒表面雙電層的擴散層結(jié)構(gòu)變化的重要特征參數(shù)。單個顆粒去除效率公式［3］為：　　ηR=α×η　　　　　　　　(2)　　式中　ηR--顆粒去除效率　　　　α--接觸效率因子(與化學(xué)特性有關(guān))　　　　η--僅與孔隙中顆粒物理特性有關(guān)的遷移效率　　接觸效率因子α(又稱粘附效率因子)取決于顆粒的ζ電位，當顆粒間或顆粒與濾料之間的ζ電位相差較大，甚至反號時，其雙電層作用力為引力，即遷移到一起的

8、顆粒都將發(fā)生粘附作用，此時α=1，而相差較小或同號時，0≤α≤1，將不利于粘附作用發(fā)生。　　由于涂鋁砂的大小和密度不均，其ζ電位不能直接測定，只能用反映顆粒表面羥基化程度的重要特征參數(shù)pHpzc(等電點的pH值)間接表示，濾料顆粒表面的電荷密度σ0被認為與零電荷點有關(guān)?！　　　∈街蠪--法