氧化鐵改性石英砂過濾性能及反沖洗效果研究.pdf

1、改性濾料是近年來興起的一種新型高效濾料，本文以高溫煅燒法自制的氧化鐵改性石英砂濾料(以下簡稱“涂鐵砂”)為主要研究對象，借助小試試驗裝置(主要包括了混凝、沉淀、過濾、反沖洗四個系統(tǒng)設(shè)備)，研究其對水中懸浮物、有機物、重金屬三大污染物質(zhì)的過濾性能及反沖洗試驗效果，并對反沖洗機理作了初步的探討。
　　 首先對涂鐵砂濾料于高嶺土顆粒的去除效果與原始石英砂濾料、活性炭－涂鐵砂組合濾料的性能進行對比研究，探討涂鐵砂對濁度的去除效果及最佳反

2、沖洗試驗方案。結(jié)果表明：涂鐵砂濾料具有過濾水頭損失小、運行周期長、截污能力強的優(yōu)點，其過濾性能明顯優(yōu)于石英砂濾料。氣水反沖洗最佳試驗參數(shù)為：氣沖，q氣=12L/m2·s，t=2min；氣水混合沖洗，q氣=13 L/s·m2，q水(第二階段)=8 L/s·m2，t=5min；清水漂洗，q水(第三階段)=6L/s·m2，t=4min。以反沖洗末端排水含鐵量為指標，采用連續(xù)性試驗探討涂鐵砂表面涂層鐵氧化物的脫落規(guī)律，涂鐵砂表層的鐵氧化物不會無

3、止境的脫落，隨著反沖洗次數(shù)的增加，脫落量逐漸趨于0，經(jīng)過11個過濾周期的涂鐵砂涂層含鐵量與原涂鐵砂涂層含鐵量相差甚小，約0.0016g。SEM掃描電鏡照片和X射線能譜分析檢測(EDS)表明：高嶺土是以顆粒的形式大量粘附在涂鐵砂表面。過濾后的涂鐵砂顆粒涂層主要有Fe、O、Si三種元素，重量分別占53.89％、43.79％、2.32％。氣水反沖洗后，涂層上粘附的高嶺土顆粒被沖洗走，表面塊狀(磁鐵礦Fe3O4)、針狀(針鐵礦α-FeOOH)氧

4、化物重新裸露出來，其去除率恢復(fù)。
　　 其次，涂鐵砂濾料與原始石英砂、活性炭－涂鐵砂組合濾料對有機物的去除效果對比實驗，結(jié)果表明：涂鐵砂、組合濾料對有機物的去除效果顯著優(yōu)于石英砂濾料。采用NaOH、FeCl3、FeCl3+NaOH、C6H8O7·H2O、KMnO4五種藥劑對涂鐵砂濾料進行再生試驗研究，結(jié)果表明：FeCl3溶液+NaOH溶液組合藥劑的再生效果最好，可以恢復(fù)涂鐵砂的去除率。涂鐵砂濾料反沖洗最佳試驗參數(shù)：FeCl3溶液

5、浸泡，q氣=12L/s·m2，t=2min；q氣=13L/s·m2，F(xiàn)eCl3溶液、NaOH溶液沖洗強度為8L/s·m2；CFeCl3=0.015mol/L，F(xiàn)eCl3溶液先沖洗時間t=3min，NaOH溶液后沖洗時間t＝3min，氣液混合沖洗時間共6min；清水漂洗強度為8L/s·m2；t=4min；共耗時12min。SEM掃描電鏡照片和X射線能譜分析檢測(EDS)表明：涂鐵砂濾料顆粒表面被腐殖酸層層密實地覆蓋，位于表層的腐殖酸容易被

6、沖洗掉，緊密粘附在涂層的腐殖酸層較難被沖洗掉。而組合濾料中涂鐵砂顆粒表面覆蓋的腐殖酸層較為疏松，可被氣液(NaOH溶液)反沖洗沈凈。過濾后涂鐵砂濾料顆粒涂層元素的組成主要有Fe、O、C元素。其中Fe、O元素位于第一、二位，C元素位于第三位，其重量百分比為5.48％。多層腐殖酸緊密粘附在涂鐵砂表面，導(dǎo)致反沖洗難度大大增加。
　　 最后，對重金屬Fe3+的過濾去除試驗表明：涂鐵砂濾料對Fe3+的去除率明顯高于石英砂濾料，去除率為55

7、％～90％，過濾周期長，約40h。石英砂對Fe3+的去除率較低，去除率為20％～40％，過濾達到22h時，去除率已明顯下降，過濾周期短，約30h。采用普通氣水反沖洗、鹽酸藥劑反沖洗、氫氧化鈉藥劑反沖洗，再生試驗效果表明：普通氣水反沖洗、鹽酸添加藥劑反沖洗對涂鐵砂均無再生效果，反沖洗后去除率為20％～40％。氫氧化鈉藥劑反沖洗能完全恢復(fù)涂鐵砂濾料對Fe3+的去除率，反沖洗后Fe3+的平均去除率達90％以上。最佳反沖洗條件：q氣=12 L/