热轧、高线含油废水深度净化处理及回用技术研究与应用项目研究总结报告(编辑修改稿)

热轧、高线含油废水深度净化处理及回用技术研究与应用项目研究总结报告(编辑修改稿)内容摘要：

asis of prehensive sludge inWISCO 样品 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O BS12 （ 2） SEM形貌分析 图 413 BS12样品的 SEM Fig. 413 SEM micrographs of surface and f ractured surface of sample BS12 样品 Pa（ %） Wa（ %） D（ g/cm3） 耐酸性 (%) 耐碱性 (%) 抗压碎强度 (MPa) BS12 从该样品表面及断面 图 413 SEM 可以看出，在合适的烧成温度样品的晶粒长成完整，晶体间的玻璃相填充丰富，有板条状晶体或针棒状晶体生成。 滤料内部已形成了许多由骨架分隔成的密集微小空隙空间结构，而且这些孔隙相互连通，说明其不仅具有很大的比表面积和良好的吸附功能，而且具备较高的机械强度，这些性能对含油废水处理的实际应用都是非常有利的。 （ 3） 结晶形态 分析 如 图 414所示，武钢综合污泥质滤料中的主要无机组成为 Ca2Al2SiO7及 Ca3Fe(SiO4)3，另有相当部分为化学组成变化不定的无定形铝硅酸盐物质。 其中 Ca2Al2SiO7 的含量为 60～65%，其次是 Ca3Fe(SiO4)3，并含有少量的铝酸钠等。 在这些矿物中， Ca2Al2SiO7 既是骨架又有一定的胶结作用，而无定形铝硅酸盐物质则起胶结作用和填充作用。 （ 4）热重分析 由图 415 可知，武钢综合污泥质滤料在 400℃ 之前有微弱失重现象，是由于 图 414 滤料样品的 XRD 图谱 XRD dragrams of filter media sample 10 20 30 40 50 60 ▶▶▶▶2 θ （176。 ）▴▴▴☆ ☆ ●▴▴★S3●▶▶▶▶▶▶▶▵▵★ ★▲ △△△▴▵△△△S5S9▲★▵▴▶△△△ ▴ SiO2▲ Ca2SiO4● C a A l2Si2O8★ M g Fe2O4▵ Ca3Fe2( SiO4)3 △ C a 2 Al 2 SiO 7▶ C a [ M g ,Fe] Si2O6△☆ N a ( Si3Al ) O8图 415 武钢综合污泥质多孔陶瓷滤料的 TGDTA曲线 TGDTA curve of filter media on the basis of prehensive sludge inWISCO 烧结法制备过程中吸附水分和有机质的 挥发所致；吸附水和结晶水的脱除于 600℃ 之前基本完成， 700℃ 左右发生 CaCO3的吸热分解 CaCO3→CaO＋ CO2↑，失重达 ％； 1000℃ 以上的高温阶段，烧结过程中仅有微弱的失重现象。 故烧成过程中 700℃ 左右应充分保温，使CaCO3分解反应充分地进行，形成足够的气孔。 综合污泥质多孔滤料表面亲油改性 两种改性剂的选择 本研究中使用红外筛选的表面亲油改性剂有两种，一种是丙基三甲氧基硅烷（以下简称丙基硅烷），另一种是 202 型含氢硅油（简称含氢硅油）。 本节主要通过两种改性剂 改性样品的红外分析、接触角测定分析、 SEM形貌观察比较试验，选择其中之一作为本研究的改性剂。 图 416 为不同样品的红外光谱图。 由图可见，在波数 2167cm1 处出现的峰对应的是 SiH键，它是含氢硅油的特征峰，表明硅油已涂在滤料表面，在波数 1628cm1 处的甲基等亲油基团的存在进一步表明亲油滤料表面性质已发生改变。 从上图中还可看出，在 3441cm1 处和 1770 cm1， b样品对应的峰强一些，说明它表面的 OH 与 SiH 少一些，从而说明经水解的硅油与表面的羟基反应完全一些，这也可以从 1093 cm1处存在较强峰，而在 c样品中仅存弱峰可以说明，由此可以推断含氢硅油经化学反应生成一些 SiOSi键、 SiOFe键、 SiOAl键多一些，这说明采用含氢硅油作为改性剂进行滤料表面亲油改性效果较好一些。 4000 3500 3000 2500 2020 1500 1000 500 Bacb图 416 不同改性条件滤料的 FTIR FTIR dragrams of modified filter media by different addition a— 原始滤料 b— 丙基三甲氧基硅烷改性 c— 含氢硅油 改性 (c) 丙基三甲氧基硅烷改性 图 417 接触角测定 Fig. 417 Measure of contact angle 图 417 为接触角的测定结果。 由图可见，未改性的原始 片状滤料基体对水的接触角为25176。 ，而经过含氢硅油改性后的片状基体对水的接触角为 138176。 ，经丙基硅烷改性后的片状基体对水的接触角为 127176。 表明改性后随着接触角发生显著的变化，基体的表面性质由亲水变成亲油。 对比两种改性材料，含氢硅油改性后的滤料接触角更大，体现出其具有更强的油润湿吸附特性，也即具有更好的除油性能。 （ a） 原始滤料表面 丙基三甲氧基硅烷 (a) 改性前的原始滤料 (b) 含氢硅油改性 含氢硅油 改性前 (b) 202 含氢硅油改性滤料表面 （ c）丙基三甲氧基硅烷改性滤料表面 图 418 滤料改性前后的 SEM 照片 SEM morphology surface photos of modified and raw filter media 图 418 为未改性原始滤料与分别用 202 含氢硅油和丙基三甲氧基硅烷两种改性剂改性的滤料的表面 SEM照片。 由图可见，经涂膜处理后，滤料表面与内部均涂上亲油涂层。 原始滤料表面的玻璃相里包裹着大量的晶体且表面较粗糙，而亲油改性后晶体被亲油涂层所覆盖，表面仅有少量晶体且较为光滑，表面无开裂和裂纹，表明经改性后滤料表面亲油涂层和滤料结合牢固。 同时还可看出，采用 202型含氢硅油的涂层 SEM 中凸凹面积更大，显示亲油性能更强。 综上实验结果分析，确定本研究采用含氢硅油作为滤料的表面改性材料。 表面亲油改性预处理方法优选 选用粒径为 ～ 之间 的 性能最优 滤料 ， 经 各种预处理措施 处理后，再用 含氢硅油 对 其进行表面亲油改性。 滤料去油率的影响见表 49。 表 49预处理对滤料去油率的影响 Table49 Effects of pretreatment on oil removal efficiency of media 对滤料预处理措施 除油率（ %） 不做任何处理 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显而易见 ， 通过 预处理 能够对 滤料的除油能力 有不同程度的提高。 其中 Ⅳ号处理方法，即 水洗 +酸洗 +水洗 三次清洗方法效果最好，出油率可达 %。 这是 因为 水洗 后可 使 滤料表面的粉尘洗去，而酸 洗 可在 进一步去除不洁物 的同时还起到 疏通滤料孔道 的作 用 ， 另外还 可 使 滤料表面 变得更加 粗糙， 有利于 油的 吸附 去除 和后续试验 改性 剂 的粘附结合。 表面亲油改性 固化工艺 优化 选 择 了 硅油体积分数、涂层次数、固化温度和固化时间 作 为固化工艺的影响因素，以L934 正交表安排试验，因素水平表见表 410，试验安排及直观结果分析见表 411。 利用 并 绘出正交试验直观分析图，分别见表 411 的下部和图 419。 表 410 因素水平表 Table 410 List of factor levels 水平 因 素 A（硅油体积分数 /%） B（涂层次数） C(固化温度 /℃) D (固化时间 /min) 1 10 1 200 10 2 20 2 250 20 3 30 3 300 25 表 411 试验安排及直观分析结果 Table411 Experiment arrangement and visual analysis results 行号 \因素 A B C D 油分去除率 /% 1 1（ 10） 1（ 1） 1（ 300） 1（ 10） 2 1（ 10） 2（ 2） 2（ 250） 2（ 20） 3 1（ 10） 3（ 3） 3（ 200） 3（ 25） 4 2（ 20） 1（ 1） 2（ 250） 3（ 25） 5 2（ 20） 2（ 2） 3（ 200） 1（ 10） 6 2（ 20） 3（ 3） 1（ 300） 2（ 20） 7 3（ 30） 1（ 1） 3（ 200） 2（ 20） 8 3（ 30） 2（ 2） 1（ 300） 3（ 25） 9 3（ 30） 3（ 3） 2（ 250） 1（ 10） K1 K2 K3 k1 k2 k3 R (a) (b) (c) (d) 图 419 正交试验直观分析图 Visual analysis chart of orthogonal experiment 利用 编程进行了正交试验的方差分析，结果列于表 412。 表 412 方差分析表 Table 412 Analysis of variance tables 方差来源 平方和 自 由度 均方 F值 Fa值 显著性 固化时间 2 (2,2)=19 (2,2)=99 (2,2)=9 (2,2)=4 ★★ 涂层次数 2 固化温度 2 ★ 硅油体积分数 2 总 和 8 从表 412 中得出固化时间和固化温度对滤料除油具有显著性影响，而其涂层次数及硅油体积分数 次之 ， 但固化时间过长、涂层次数过多时会影响改性滤料制备的效率和成本， 所以 综合考虑确定 本试验中的最佳固化工艺为 A1B1C3D3，即硅油体积分数 、 涂层次数 、 固化温度 、 固化时间 分别 为 10%、 1 次、 200℃ 、 25min，而此工艺组合不在表 411 中，重做此 工艺条件下改性的滤料，测得除油率为 %， 接近 表中最好的 3 号试验 值 %，除油性能相差不大。 表面亲油改性 优化工艺的再验证 为了进一步验证上述试验中所确定的最优改性条件 A1B1C3D3所制备出的改性滤料除油性能，在保持固定涂层次数（ 1 次）和固化时间（ 25min）的条件下，选取固化温度和硅油体积分数这两种因素的两个不同水平，共制备出 4种改性滤料（即 1号： A1B1C3D3， 2号：A1B1C2D3， 3 号： A2B1C3D3， 4 号： A2B1C2D3），利用扫描电镜、红外光谱和接触角测试等手段进行了对照试验研究。 （ 1）扫描电镜分析（ 10000倍） 1）原始未改性滤料的 SEM 照片 原始滤料断面 S E M 1 0 0 0 0 倍原始滤料表面 S E M 1 0 0 0 0 倍原始滤料表面 SEM 原始滤料断面 SEM 图 420 原始滤料表面和断面的 SEM SEM of original filter’s surface and cross section 2) 1 号 （硅油体积分数 10%，改性温度为 200℃ ）1 0 % 小粒径 2 0 0 度 断面 S E M 1 0 0 0 0 倍1 0 % 小粒径 2 0 0 度 表面 S E M 1 0 0 0 0 倍 改性滤料表面 SEM 改性滤料断面 SEM 图 421 1号改性条件的滤料表面和断面的 SEM SEM micrograph of filter’s surface and cross section in modifica。