摘要 以天然吸附材料和精制粘土礦為主要原料，摻加適量的外摻劑，可以生產出一種新型水處理濾料——強力掛膜濾料。該濾料具有比重輕、比表面積大、孔隙率高、表面性狀好、截污能力強、運行穩定、使用壽命長、反沖洗耗水量少等優點，適合于給水排水處理工程中的物化濾池、生化濾池，也適合于含油污水的粗粒化處理，飲用水微污染水源的預處理，是一種降低能耗，提高處理效果，值得推廣應用的高效人工濾料。
　　關鍵詞 水處理　　 濾料　　 強力掛膜濾料　　 研制　　 工業應用

1 前言

　　在當今世界，污水處理技術的不斷發展和工程應用已經成為維系社會經濟可持續發展的必要組成部分^①。我國政府部門也明確表示：在“十五”計劃期間，城市供水將投資860億元人民幣左右，城市排水和污水處理將投資1200億元人民幣左右^②，由此可見，水資源問題越來越受到人民的重視。
　　在當前的各類給水排水工程設計中，物化過濾工藝是廢水二級處理的一個不可缺少，甚至是“把關”作用的工藝措施^③；而生物膜法處理技術隨著新型濾料的開發和配套技術的不斷完善也將成為城市污水、有機工業廢水、微污染水源預處理的主流工藝^①④。然而無論是物化濾池還是生物濾池，其核心的問題都是濾料的問題^③。中國水質科學院曾就提出在給水排水處理工程中，新型材料的開發將成為水處理技術開發的一個關鍵技術^①。濾料的好壞，將直接關系到物化、生化過濾處理工藝的成功與否。
　　目前，國內使用的傳統濾料，如石英砂、無煙煤、花崗巖、碎石、石榴石等濾料，雖然價格低廉，但是由于它們固有的缺陷決定了其在水處理推廣應用中受到一定的限制。而一些軟性填料則由于當水流流態不理想時，將嚴重降低處理效果。本公司自九十年代末開始致力于新型濾料——強力掛膜濾料的研制開發，該濾料與傳統濾料相比，具有形狀規整、空隙率高、比表面積大、表面性狀好、截污能力強、濾速高、運行穩定、使用壽命長、反沖洗耗水量少等優點。經本公司工業生產50噸和東風車橋股份有限公司、茂名石化煉油廠放大試驗和工業應用證明：該濾料是一種值得推廣的節能高效新型濾料。

2 產品研制的基本思路

　　研制的基本思路為：
　　（1）小試：根據水處理物化和生物過濾技術的特點以及多孔陶瓷生產的工藝特點，選擇合適的原材料及配方，在成型機內成型干燥，然后在0.1m³液化氣節能窯內燒成，控制工藝操作條件。根據理化性能和水力性能的檢測結果，確定強力掛膜濾料的配方和燒成工藝參數。
　　（2）小批量燒成生產試驗：根據小試確定的配方控制工藝參數，制造出批量的強力掛膜濾料，在60m³的倒焰窯中燒成。
　　（3）工業應用中試試驗：以強力掛膜濾料為物化濾池凈水材料，含油污水粗粒化材料和生物掛膜載體分別在本公司、東風車橋股份有限公司、茂名石化煉油廠進行中試試驗，分析試驗結果。
　　（4）生產運行試驗：在東風車橋股份有限公司、茂名石化煉油廠等廠礦企業進行生產運行試驗，分析試驗結果。

3 產品的小試制備

3.1 原材料分析
　　根據本地資源的分布情況和陶瓷燒結的工藝原理，選用天然吸附材料和優質的粘土礦進行化學分析，分析結果見表1。

表 1　 原材料分析結果　　　　 （單位：%）

3.2 配方
　　根據物化濾池和生物濾池對濾料要求以及多孔陶瓷類產品的生產工藝原理，我們以產品磨損破碎率、空隙率、比表面積符合要求為目的，同時保證產品的成型、燒成等后序工序的可行性操作，對強力掛膜濾料進行配方。根據原材料的分析結果，摻加適量的輔助原料，使配方原料的化學成份和特性達到燒成膨脹原料化學成份^⑤。配方后原料的化學成份如表2。

表 2　 配料后生料的化學成份　　　　　　 （單位：%）

3.3 成型
　　將原料按配方加工配料混合均勻后，加適量的粘接劑和12～15%的水在成型機內成型，控制成型機的工藝操作條件和產品的規格大小及表面特性，使強力掛膜濾料的粒徑在1mm左右，成型工藝操作的難易程度為：3^# 配方最易操作成型，2^# 配方次之，1^# 配方和4^# 配方較難成型。
3.4 干燥
　　將成型好的生料球放在80±5℃恒溫烘房中干燥24小時，控制產品的外觀強度及水分，使生料球的含水量小于3%。
3.5 燒成
　　將成型干燥好的生料球放入0.1m³液化氣節能窯內燒成，分別在1050℃、1080℃、1110℃、1150℃、1200℃、1230℃ 6個溫度下進行燒成試驗，詳細的

表 3　 燒成現象及結果分析

3.6 理化性能的檢測
　　由于是小試，理化性能指標只檢測比表面積、空隙率、磨損破碎率3個重要指標，檢測方法分別采用氮氣吸附法、濾柱法和沖洗膨脹法，檢測結果如表4。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 表 4　 小試產品理化性能檢測結果

注：3^# 配方是按溫度曲線4燒成。

3.7 確定配方及工藝條件
　　由成型工藝、燒成工藝和理化性能檢測結果可知：3^# 配方為強力掛膜濾料的最佳配方，考慮到放大工業生產的倒焰窯存在一定的溫差，為了確保產品的合格率及燒成質量，采用溫度曲線4為燒成的工藝條件。

4 工業擴大生產試驗

　　本公司生產試驗按如下工藝圖3進行。

　　準備好原材料，將原材料在80±5℃的烘房內烘干至水份小于3%，然后經雷蒙粉碎機粉碎至200目篩余量小于1%，再按3^# 配方進行配料，再經螺旋混合機將所配生料混合均勻。在球粒成型機上成型后，所得生料球入80±5℃烘房干燥24小時以上，控制半成品含水量小于3%，再裝匣缽入工業倒陷窯燒成，燒成產品按產品規格用機械振動篩篩分，再檢測合格后包裝入庫。
　　生料球在倒焰窯內燒成時，應注意增加中火保溫的時間，盡量控制窯內溫度均勻，還要控制氧化焰的燒成，以防止還原焰中碳粒等污染產品。
　　工業放大產品的理化性能和水力性能檢測結果見下表5。

表 5　 強力掛膜濾料的性能指標

4 工業應用中試試驗

　　強力掛膜濾料的工業廢水中試試驗主要有本公司的物化濾池中試試驗、東風車橋股份有限公司含油污水中試試驗和茂名石化煉油廠生物掛膜中試試驗。
4.1 物化濾池中試試驗
　　2000年3月～5月，本公司物化濾池中試試驗采用萍水河的高懸浮物、高濁度河水經一級處理（沉淀池）和二級處理（物化濾池過濾）處理工藝，物化濾池采用濾池1^# 裝填強力掛膜濾料，濾池2^# 裝填石英砂工藝流程如圖4，物化濾池的參數及2個月連續試驗結果如表6。

　　由表6可知：強力掛膜濾料用于物化濾池具有產水量大，反沖洗耗水量少，易于清洗，運行穩定，管理方便，吸附能力強，表面性狀好，使用壽命長的特點。

表 6　 物化濾池參數及結果

4.2 粗粒化中試試驗
　　2000年6月～8月，我公司在東風車橋股份有限公司污水處理站現場進行含油污水深度處理的中試試驗，試驗工藝流程見圖5。

　　經過兩個月的連續運行證明，強力掛膜濾料對石油類的去除率可達80%以上，對CODcr的去除率也達30～40%，目前本公司已將該工藝的強力掛膜濾料設備化，研制出PMF壓力過濾器，內裝為強力掛膜濾料。由粗粒化中試試驗結果分別可知：強力掛膜濾料是一種非常適合作為含油污水深度處理的粗粒化過濾材料。
4.3 生物掛膜中試試驗
　　本公司自2000年上半年開始，在茂名石化煉油廠開發HOBAF煉油污水處理新工藝。該工藝是將水解—氧化—生物曝氣濾池三段組合的新型煉油污水處理工藝，其生物曝氣濾池（BAF濾池）采用本公司生產的強力掛膜濾料，其試驗分析數據如表7，由試驗分析結果證明，強力掛膜濾料具有：掛膜均勻迅速，生物相穩定，生物活性高，水力停留時間短，運行穩定，耐沖擊負荷等優點。

表 7　 生物曝氣濾池試驗數據

5 生產運行試驗

5.1東風車橋股份有限公司污水處理站生產運行試驗
　　在2000年9月東風車橋股份有限公司污水處理站改造工程中，本公司以強力掛膜濾料的優異性能在眾多的廠家之中，脫穎而出，一舉中標，將東風車橋股份有限公司污水處理站的原過濾器結構改造為本公司的PMF壓力過濾器結構，內裝填強力掛膜濾料，處理水量為3600t/d。經過8個月的生產試驗證明：以強力掛膜濾料為粗粒材料的PMF壓力過濾器運行穩定，操作管理方便，處理效果好，反沖洗耗水量少。對石油類的去除率達90%以上，對CODcr的去除率也有30～40%，處理后的水達到國家一級排放標準，現處理后的水全部進行循環使用，降低了運行成本，減少了水資源浪費。
5.2茂名石化煉油廠污水處理工業生產運行試驗
　　茂名石化煉油廠采用H-O-BAF處理新工藝進行工業化生產運行試驗，試驗規模為240t/d，工業化試驗裝置正式運行6個月，從運行試驗結果證明：以強力掛膜濾料為BAF深度處理核心濾料的HOBAF工藝具備高穩高效的特點，其中除CODcr的去除率為87%外，BOD₅、油、氨氮、揮發酚及硫化物的去除率均在95%以上，遠遠超過國家一級排放標準，以強力掛膜濾料為核心濾料的BAF工藝除具有負荷高、耐沖擊的特點外，還具有很強的硝化功能，能有效地控制氨氮和亞硝酸根的排放，經BAF處理后，懸浮物、油、氨氮、BOD₅和酚均達到地表Ⅴ類水的標準，出水CODcr也在40mg/l以下，達到廢水深度處理的目的，對降低運行費用，提高水資源循環利用率非常有利，具有巨大的環境效益、經濟效益和社會效益。

6 結論

　　（1）強力掛膜濾料主要是由天然吸附材料和優質粘土經高溫燒結而成的一種新型人工濾料，其制作工藝特點主要由原材料化學成分、成型工藝和燒成溫度曲線決定。
　　（2）強力掛膜濾料在物化濾池中具有比重輕、強度大、空隙率高、比表面積大、表面性狀好、化學性能穩定，產水量大，運行穩定，管理方便，反沖洗耗水量少，使用壽命長的優點。
　　（3）強力掛膜濾料適用于含油污水，特別是機械加工含油污水的粗粒化處理，控制一定技術參數，對石油類的去除率達80～90%。
　　（4）強力掛膜濾料在生物濾池等生物膜反應器中，具有掛膜均勻迅速，生物相穩定，生物活性高，不易堵塞等特點。對縮短水力停留時間，對提高氨氮、磷及可生物降解有機物的去除率，降低處理成本有非常重要的意義。適用于各類城市污水、有機工業廢水處理及飲用水微污染水源預處理等。
　　（5）貨源充足，價格適中。

參考文獻

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2　 許保玖．　 證水質科學與工程兼論21世紀的水處理科技，《工業水處理》2000年第1期。
3 《三廢處理工程技術手冊——廢水卷》，化學工業出版社，2000。
4　 王占生等．《微污染水源飲用水處理》，中國建筑工業出版社，1999。
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