石英砂滤床除苯酚的试验研究.docx

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石英砂滤床除苯酚的试验研究

石英砂滤床除苯酚的试验研究

　   受污染的饮用水水源中，含酚浓度在大多数情况下＜0.01mg/L，为微量。

对饮用水中微量酚的去除一般有臭氧氧化法、活性炭吸附法等，但由于费用较高，目前在我国尚难以普遍推广。

笔者试图采用从河流水体岸边或底部的含水层中截取河床渗透水的“诱渗”［1］取水方式来去除水源中的微量酚，并对石英砂滤床与含水层除酚进行了一系列的试验研究。

　　1试验方法

　　1.1试验装置与方法

　　试验装置为一根140mm的有机玻璃管柱，其高度可按需要调整。

管柱底板上钻有10mm的圆孔，孔隙率为25%，其上覆盖尼龙网以防石英砂流失，管柱中装填粒径为0.5～1.2mm的石英砂。

　　试验分两阶段：

第一阶段采用以长江水为水源的武汉市自来水，向配水箱内的自来水中投加苯酚，配制成给定浓度的含苯酚原水，用水泵提升至滤柱中进行除酚试验；第二阶段试验用水则为上述原水、生活污水、淘米水三者按2.5∶1.5∶0.5的比例配制（简称混合试验用水）。

第一、二阶段的试验数据是滤柱分别连续运行5d和25d后取进、出水样测得的，分别进行了酚、溶解氧、pH值及水温四个项目的测定，酚的浓度采用4-氨基安替比林直接光度法测定，并对滤柱中石英砂表层的菌胶团、丝状菌、杆菌等进行了显微镜检测。

　　1.2试验结果与讨论

　　第一、二阶段试验时的水温分别为23～24℃、12～15℃；pH值为6.5～6.8；第一阶段试验时的进、出水溶解氧分别为7.36～7.76mg/L、7.1～7.66mg/L，第二阶段试验时进、出水溶解氧分别为8.23～9.87mg/L、0.90～6.93mg/L；第一阶段试验前期的进、出水溶解氧几乎一致，仅后期的出水溶解氧较之进水略低，而第二阶段试验开始，用显微镜观察发现滤柱中石英砂表面出现菌胶团之后，出水溶解氧比进水明显降低，最多低达90%，进水苯酚浓度对苯酚去除率的影响见图1。

　　试验结果分析：

　　①进水苯酚浓度对苯酚去除率的影响

　　由图1可见，在所试验的苯酚浓度下，石英砂滤层均有一定的除酚效果，并随进水苯酚浓度降低，苯酚去除率呈显著升高。

在忽略试验连续时间影响的条件下，当进水苯酚浓度均从0.03mg/L降至0.008mg/L时，经4m厚石英砂层渗滤后，第一、第二试验阶段的苯酚去除率分别从26.67%增大到35%和从36.67%增大到45%。

　　②石英砂层厚度对苯酚去除率的影响

　　在进水苯酚浓度、试验连续时间相同的条件下，随着石英砂层增厚，苯酚去除率也随之提高（见图2）。

如在连续试验的第6d，由单一试验用水配制的进水苯酚浓度为0.03mg/L条件下，分别经1m、2m、4m厚石英砂层渗滤后，苯酚去除率相应为20%、23.33%、26.67%。

　　不同厚度石英砂层的除酚试验结果还表明，当进水苯酚浓度较低（＜0.03mg/L）时，苯酚的去除基本上都是在滤柱进水的前部分1m石英砂层中完成的，后续的生产试验也表明，石英砂层厚度进一步增大，苯酚的去除率增加甚微，但有相同的趋势。

　　③试验连续时间对苯酚去除率的影响

　　在进水苯酚浓度、石英砂层厚度一定的条件下，苯酚去除率随试验连续时间延长而有所增大，如当进水苯酚浓度为0.008mg/L，试验连续时间自第二阶段试验的第28d到第42d时，经1m、2m、4m石英砂层渗滤后苯酚去除率相应从35.1%、37%和40.8%增大到38.7%、41.25%和45%（见图3）。

　　由以上分析可知，进水苯酚浓度对苯酚去除率影响显著，而石英砂层厚度、试验连续时间对苯酚去除率亦有影响，为次要影响因素。

滤池及河床渗井的滤层均多为人工滤层，其渗透系数较大，相关试验表明渗透系数减小，除酚效果有所提高，但单位产水量较低，因而本试验着重研究常规滤层渗透系数的情况。

至于不同试验水源，全部试验资料都证明它对苯酚去除率基本没有影响。

　　2石英砂滤床除酚的数学模型

　　为建立一个与石英砂层实际除酚效果相吻合的数学模型，必须弄清试验过程中酚的挥发究竟对试验结果有多大影响。

研究表明，进水含酚量＜300mg/L时，酚挥发量较少或极微。

本试验进水苯酚浓度均≯0.2mg/L，远远低于上述值，且第一阶段试验时的水温为23～24℃，第二阶段试验时还下降到12～15℃，故可忽略酚的挥发对试验结果的影响。

基于前述对影响苯酚去除率因素的分析，从动力学角度对石英砂层的物理化学、生物学等除酚规律进行研究，固定某些参数，考察其他参数之间的关系，发现参数之间均存在指数关系，选择下式描述石英砂层的除酚公式：

　　C＝KC0αZβTγ

（1）

　　式中　C——出水苯酚浓度，mg/L

　　　　　C0——进水苯酚浓度，mg/L

　　　　　Z——石英砂层厚度，m

　　　　　T——试验连续时间，d

　　　　　K、α、β、γ——常数及三参数的指数

　　对试验数据进行数理统计计算后，得到下列公式：

　　C＝1.49C01.11Z-0.075T-0.094

（2）

　　3数学模型的验证与应用

　　［实例1］湖北英山县某公司在河床上建有一座井底进水非完整河床渗井，井深为5.6m，在该井连续运行256d测得井周河水含酚浓度为0.002mg/L时，井水含酚浓度为0.0008mg/L。

在该井连续运行466d测得井周河水含酚浓度为0.006mg/L时，井水含酚浓度为0.002mg/L。

　　当井周河水含酚浓度已知时，根据式

（2）来预测井水含酚浓度，需知道垂直于河水渗滤方向的含水层厚度。

为简便起见，通过对各种不同埋深（h）条件下的井底进水非完整河床渗井集水流网分析，得到以下关系式：

　　Z含＝1.72h（3）

　　按式（3）计算，h＝5.6m时的Z含＝9.63m，并代入式

（2）得

　　CT＝256d＝1.49×0.0021.11×9.63-0.075×256-0.094＝0.00075mg/L；CT＝466d＝0.0024mg/L。

　　［实例2］重庆市某造船厂在长江河床上建造的井底进水非完整河床渗井的埋深为5.0m，在该井投产运行15d测得井周江水酚的浓度为0.018mg/L时，井水含酚浓度为0.012mg/L，将h值代入式（3）求出Z含＝8.6m后代入式

（2）得C＝1.49×0.0181.11×8.6-0.075×15-0.094＝0.0114mg/L。

　　经对工程实例中井水含酚浓度实测值与按式

（2）计算值进行比较，二者基本吻合，公式的精度大致在89%～95%左右，表明式

（2）较真实地反映了含水层的除酚情况。

　　4石英砂层与含水层的除酚机理

　　4.1对苯酚的吸附作用

　　粒径为0.5～1.2mm颗粒的石英砂层与由不同粒径颗粒构成的各种含水层，不仅都具有巨大的表面积，而且颗粒的表面一般带有负电荷。

苯酚分子的羟基（-OH）中O的电负性为3.5，而H的电负性为2.1，因而羟基中O与H形成的共价键的共用电子便明显偏向O，致使O带部分负电荷，H则带部分正电荷，在颗粒表面的静电引力作用下，苯酚分子便被颗粒表面所吸附。

在第一、第二阶段试验刚开始的头几天与河床渗井的投产初期，人工配制的含苯酚污水与受酚污染河水分别经石英砂滤层与含水层渗滤后含酚浓度的降低，主要表现为颗粒表面的吸附作用。

　　4.2颗粒表面吸附与微生物分解的联合作用

　　据研究，大多数细菌等电点的pH值为3～4，而水中细菌细胞表面电荷的性质受pH值控制，即水的pH值低于细菌等电点时，细菌细胞表面带正电荷，反之则带负电荷。

试验时人工配制的原水接近中性水，故细菌细胞表面带负电荷，细菌通过“类氢键”将酚吸附于自身表面，进而被吸入体内进行分解。

因此，第一、二阶段试验的石英砂层除酚效率随试验时间延长而提高，显微镜观察发现石英砂表层有胶菌团、丝状菌和杆菌生长。

在实际工程中，含水层随生产运行时间的延长，除酚效率提高，这主要是颗粒表面吸附与微生物吸附分解作用逐渐增强所致。

　　5结论

　　①经石英砂滤床渗滤去除湖北英山、重庆等地受污染河水中的微量酚，获得了良好效果。

当含酚浓度为0.006mg/L的河水经河床含水层渗滤，井水含酚浓度降到了0.002mg/L以下，酚去除率近70%。

　　②通过滤柱试验建立起来的石英砂滤床除酚数学模型，可用于预测受酚污染河水经含水层渗滤进入井后的井水含酚浓度，滤层厚度越大，除酚效果越好。

　　③含水层去除受污染河水中的微量酚是颗粒表面吸附与微生物吸附、分解综合作用的结果。

　　④当受微量酚污染河水经含水层渗滤进入井后的井水含酚浓度仍超过国家生活饮用水水质标准时，只需酌情投加0.0001～0.0003mg/LKMnO4即可。

石油化工废水处理的发展动向探讨

当前,石油化工（包括炼油）废水治理技术的发展动向可以概括以三句话表示:

加强预处理,提高二级处理,配套后处理,现分别讨论如下:

一.加强预处理

石油化工废水种类繁多,组成复杂,特别是一些毒性大,抑制生物降解和高浓度废水,不把好预处理这一关,就必然严重妨碍以致破坏废水处理设施的正常运行.关于加强预处理的重要意义越来越为人们所认识,广泛地开展试验研究,取得了相当大的进展,成功地开发了许多行之有效的预处理技术,保证了废水生物处理设施的正常运行.

1．含油废水处理（包括高乳化废水）

（1）高分子絮凝剂的研究和应用：

无机高分子絮凝剂，如聚铝和聚铁，已在我国得到广泛应用并取得良好效果。

逐步取代传统的无机盐絮凝剂。

有机高分子絮凝剂较无机絮凝剂具有：

用量少（无机絮凝剂的1/10～1/40），使用范围广（PH值4～9），净化效果好，废渣生成量少含水率低，以及不增加水中含盐量和废渣中的金属离子量，有利于水的再资源化等特点。

美国许多炼油厂及石油化工厂已全部用有机絮凝剂取代无机絮凝剂。

有机高分子絮凝剂分为，阴离子型（聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠），阳离子型（聚胺型、季胺型、共聚型），和非离子型（聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、水溶性尿素树脂）三类，其中阳离子型更适合于含油废水处理。

我国有机高分子絮凝剂的研制和生产，前段时期，只限于阴离子型和非离子型，以商品出售的只限于聚丙烯酰胺和羧甲基纤维等少数几种。

近年来，我国一些高等院校和研究院所着手研制开发阳离子型高分子有机絮凝剂，其中有几种如阳离子丙烯酰胺的共聚物已在组织生产。

但这几种主要适用于含悬浮物固体较多的废水的絮凝和污泥脱水，对于处理炼油厂和石油化工厂的含油水是不甚适宜。

我国炼油厂和石油化工厂基本上还限于使用无机絮凝剂（包括无机高分子型）的水平上，有的炼厂曾进行无机絮凝剂与阴离子型有机高分子助凝剂配合使用试验，由于可供选择的有机絮凝剂品种太少及使用技术未掌握好，尚未取得稳定效果肯定结论。

我国炼油及石油化工企业用于废水处理的基本上是无机絮凝剂，必然造成废渣生成量大和处理困难的问题，研制开发有机高分子絮凝剂已成为当务之急。

当前，首先要将已研制成功的含油废水处理用有机高分子絮凝剂迅速组织放大试生产，并在现场使用取得经验，针对不同的处理对象，适用的絮凝剂的类型和品种也是不同的，如何正确地使用絮凝剂，从某种意义上说是一种“艺术”，现场试验往往有着决定性意义，因此，要加强有机絮凝剂的研制开发，在近期内做到类型和主要品种上基本配套。

（2）聚结过滤除油

聚结过滤是采用表面粗糙，油附着性强，粒度适中，强度好的材料作聚结剂充填在床层内，对含油废水起着聚结过滤作用，其过程可分为三个阶段：

1、油膜初生阶段――－含油废水通过床层水中微细珠被聚结剂捕集，并在其表面扩展，形成油膜；2油膜增厚阶段――随着油珠捕集量增多，油膜增厚，并滞留在床层空隙内；3、脱膜阶段――床层中的聚结油和凝聚油被通过床层的水流拽带向前延伸。

聚结除油主要利用第1、第2两段。

进入第三阶段后，出水中油含量开始