凹土基懸浮濾料制備與性能研究

冀 巍

(江蘇省淮安市環境科學研究所，江蘇淮安 223001)

目前，國內水處理使用的濾料有活性炭、陶粒、砂石、沸石等。其中，活性炭孔隙率高，比表面積大，謝澄等在采用內循環三相流化床處理含氯漂白廢水的試驗研究中，選用粒徑為0.3～2.0 mm顆粒活性炭為載體，COD和BOD的去除率均達到70%以上[1]。蔣鋒等研究發現，以細?；钚蕴孔鳛檩d體處理凈化水的效果較好，COD和硫化物的去除率可達到80%以上[2]。Pruden等在研究以顆?；钚蕴繛檩d體的好氧生物流化床處理含有苯及其同系物的化工水時發現該反應器對苯及其同系物有較高的去除率，并具有一定的抗沖擊能力[3]。但活性炭作為載體，價格昂貴，因而難于在實際水處理中廣泛應用；砂石性能穩定，價格低廉，但孔隙不發育，比表面積小，不利于微生物的接種掛膜和生長繁殖；沸石和麥飯石雖然具有一定的孔隙率和比表面積，但孔徑太小，生物較難在其上附著生長，麥飯石力學強度低、容重高、易碎、壽命短。近幾年我國也開展了應用片狀陶粒濾料處理污水，盡管掛膜性能好，但水流阻力大，容易堵塞，且強度差，易破碎，不耐水沖刷，難以用于污水處理。

隨著新型合成材料工業的發展，懸浮濾料研發成為熱點[4-6]。懸浮濾料由于密度小而且密度可控，掛膜量大且穩定，工藝應用靈活，對設備要求相對較低，目前在水處理中的應用越來越廣泛。凹凸棒石粘土(簡稱凹土)是一種以凹凸棒石礦物為主要組分的天然粘土礦物，綠色環保、無二次污染，具有良好的吸附性能、脫色性能、膠體性能、載體性能，在水處理中應用非常廣泛。

1 材料與方法

1.1試驗藥品凹土購自江蘇盱眙玖川科技有限公司；粉煤灰漂珠、玻璃微珠由市場上采購；其他化學試劑均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司，購買后直接使用。

1.2凹土基懸浮濾料的制備方法將粉煤灰漂珠用20～30目篩過篩，取篩下物。將過篩的粉煤灰漂珠，與玻璃微珠、凹土、水按重量比2∶2∶5∶3混合均勻得預混物，加入適量的水玻璃作為粘接劑。將預混物在造粒機作用下制成粒徑9 mm左右的濾料球，放入升溫至110 ℃的真空干燥箱中干燥45 min，烘干水分。將烘干的濾料球裝入陶瓷坩堝，放入升溫至500 ℃的電阻爐中恒溫45 min，冷卻至環境溫度，制成懸浮生物濾料。

1.3凹土基懸浮濾料的理化性能測定精確稱取樣品的干燥質量(M)，然后放入燒杯中靜置24 h，取出稱重，連續測定數天，待樣品吸水后質量穩定，記為M1，則吸水率=(M1-M)/M1×100%。同時計算燒開量與比重等指標。

準確量取量筒中水的體積V1，將樣品置于量筒中，記錄樣品與水的總體積V2，24 h后將樣品取出，記錄此時量筒中水的體積V3，則孔隙率=(V1-V3)/(V1-V2)×100%。

2 結果與分析

2.1凹土基懸浮生物濾料理化性能表征

2.1.1焙燒溫度對濾料燒失量的影響。燒失量作為濾料的理化性能指標之一，在保持濾料體積基本不變的條件下，燒失量越多的濾料其孔隙率越高，比重越小。考察了在5個不同焙燒溫度下濾料中凹土、玻璃微珠、粉煤灰漂珠添加比例不同時的燒失量情況，結果見圖1、2、3。

圖1 輕質材料添加比例為4∶1∶1時焙燒溫度對濾料燒失量的影響

圖2 輕質材料添加比例為2.5∶1∶1時焙燒溫度對濾料燒失量的影響

圖3 輕質材料添加比例為5∶3∶3時焙燒溫度對濾料燒失量的影響

由圖1、2、3可見，濾料的燒失量隨著溫度升高逐漸增加，當溫度達到650 ℃時，失重率為16.2%且接近恒定。

2.1.2焙燒溫度對濾料比重的影響。懸浮型濾料要求其比重小于或等于水的比重。該研究主要是通過控制濾料中輕質材料的添加量來控制濾料的比重，因此，濾料的比重大小主要受濾料的大小、輕質濾料添加量及焙燒溫度三方面的影響。

由圖4～6可知，不同原料配比下制得的濾料比重較輕，均小于1 g/cm3；在濾料中輕質濾料添加重量比一定時，隨著溫度升高，比重逐漸減?。辉跍囟葹?00 ℃時，濾料比重在0.22 g/cm3左右，且已接近恒定。

圖4 焙燒溫度在輕質材料添加比例為4∶1∶1時對比重的影響

圖5 焙燒溫度在輕質材料添加比例為5∶2∶2時對比重的影響

圖6 焙燒溫度在輕質材料添加比例為5∶3∶3時對比重的影響

2.1.3焙燒溫度對濾料吸水率的影響。水處理中，濾料的吸水率與其吸附性能有著重要關系，吸水率越高，吸附性能越好。由圖7可見，隨著焙燒溫度的增加，濾料的吸水率呈下降趨勢。焙燒溫度為500 ℃時，濾料的吸水率為49.5%左右。

圖7 焙燒溫度對不同輕質材料添加比例濾料吸水率的影響

2.1.4焙燒溫度對濾料孔隙率的影響。孔隙率對于廢水處理中微生物的接種和生長掛膜起著重要作用，濾料的孔隙率越大，其表面粗糙度就越大，因而能夠保持較多的生物量，更有利于微生物的生長掛膜，處理效果會更好。由圖8可見，濾料的孔隙率隨著溫度的升高逐漸升高，當溫度達到700 ℃時，孔隙率為30%左右，且隨溫度的升高孔隙率的升高幅度趨于平穩。

圖8 焙燒溫度對不同輕質材料重量添加比例濾料孔隙率的影響

2.2凹土基懸浮濾料對水的處理效果

2.2.1凹土基懸浮濾料對CODCr的處理效果。在溫度18 ℃，溶解氧3.5 mg/L，廢水樣CODCr初始濃度為600 mg/L，凹土基懸浮濾料體積比20%，穩定掛膜條件下，進行廢水處理效果驗證試驗。由圖9可見，經過8 h凹土基懸浮生物濾料曝氣處理，初始CODCr為600 mg/L時，隨著處理時間增加，污水中CODCr值逐漸降低，最終趨于穩定，CODCr去除率可達95.0%，處理效果良好。

圖9 凹土基懸浮濾料對廢水CODCr的處理效果

圖10 凹土基懸浮濾料對廢水的處理效果

3 結論

[1] 謝澄，陳中豪，疏明君，等.生物流化床-化學絮凝法處理紙漿漂白廢水 [J].工業用水與廢水，2002，24(5)：97-101.

[2] 蔣鋒，吳建元.生物流化床處理含硫污水凈化水的探討[J].石油化工環境保護，1996(2)：23-26.

[3] PRUDEN A，SEDRAN M，SUIDEN M，et al.Biodegradation of MTBE and BTEX in an aerobic fludized bed reactor [J].Water Science and Technology，2003，47(9)：123-128.

[4] 鄧洪權，蔣琪英，何力.多孔聚合物載體用于好氧流化床處理有機廢水的研究[J].重慶環境科學，2003，25(1)：26-28.

[5] 方佩珍，潘永亮，黃衛星.低密度多孔顆粒在三相循環床中的流動特性研究[J].四川大學學報，2003，35(6)：49-53.

[6] 田剛，施漢昌.懸浮填料的選取及其性能試驗研究[J].環境科學學報，2002，22(3)：333-336.