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珍珠巖作為過濾中石英砂代用材料的評(píng)價(jià)

論文類型 技術(shù)與工程 發(fā)表日期 1991-06-01
來源 《J.AWWA》
作者 楊福才,何玲,合譯
摘要 石英砂通常用作水處理濾床濾料以去除懸浮固體。而在土耳其這個(gè)國家適用于過濾的砂源有限且昂貴，因此這一地區(qū)的給水企業(yè)就須尋找一種可替代砂的濾床濾料。在土耳其愛琴海沿岸富含珍珠巖，本文對(duì)珍珠巖的篩分析、孔隙率、顆料密度、20%HCL配性試驗(yàn)的溶解度以及費(fèi)用與砂濾料作了比較與介紹。

Assessing Porlite as a sand substitute in Filtration

　　提要：石英砂通常用作水處理濾床濾料以去除懸浮固體。而在土耳其這個(gè)國家適用于過濾的砂源有限且昂貴，因此這一地區(qū)的給水企業(yè)就須尋找一種可替代砂的濾床濾料。在土耳其愛琴海沿岸富含珍珠巖，本文對(duì)珍珠巖的篩分析、孔隙率、顆料密度、20%HCL配性試驗(yàn)的溶解度以及費(fèi)用與砂濾料作了比較與介紹。

　　十九世紀(jì)初，過濾方法就被用來去除水中顆粒。在給水與廢水處理中使用顆粒濾料過濾也是目前最常用的過濾方法。由于石英砂成本低，且易于加工，因此也就成為使用最廣的濾料。其它可作為濾床中濾料的還有無煙煤、一般煤、磁鐵礦、石榴石以及椰殼。
　　在某些地區(qū)能適用作濾料的砂數(shù)量有限，例如土耳其，而前面提到的其它濾料價(jià)格又貴，不適宜因此有限的砂資源，普通代用品適用性有限且費(fèi)用較高，再加之新建給水廢水處理廠過濾設(shè)備數(shù)量迅速增多，這幾方面因素推動(dòng)了土耳其對(duì)石英砂用品的研究與探索。
　　沿愛琴海岸，土耳其擁有70%的世界聞名的珍珠巖資源。因?yàn)樯暗脑靸r(jià)是珍珠巖的2.5倍（1988年底砂價(jià)52.70美元/噸,珍珠巖為21.20美元/噸）,因此，有關(guān)人士對(duì)珍珠巖是否適合作為去除顆粒的過濾材料，對(duì)其過濾性能作了研究分析。

　　珍珠巖和砂的過濾性能比較

　　珍珠巖是一種富含二氧化硅的火山巖，火山爆發(fā)后形成。這些由流紋狀玻璃體組成的珍珠巖含有大量的球型龜裂，可粉碎成珍珠或卵石狀體，一般直徑小于1厘米。土耳其珍珠巖的化學(xué)成份和某些物理性質(zhì)示于表1和表2。

珍珠巖化學(xué)組成

表一

珍珠巖含有化學(xué)物質(zhì)百分比（％）

SiO2
Al2O3
Na2O
K2O
CaO
Fe2O3
MgO
TiO2
MnO2
SO3
FeO
Ba
PbO
Cr

71-75
12.5-18.0
2.9-4.0
4.0-5.0
0.5-0.2
0.1-1.5
0.03-0.5
0.03-0.2
0.0-0.1
0.0-0.1
0.0-0.1
0.0-0.1
0.0-0.5
0.0-0.1

珍珠巖物理性質(zhì)

表二

參數(shù)

數(shù)據(jù)

色
軟化點(diǎn)
溶點(diǎn)
ph值
比熱
最大游離濕度

灰、白、黑
800-1000℃
L，315-L，390C
6.6-8.0
0.20kcal/kg℃
0.5%

　　膨脹珍珠巖還廣泛地應(yīng)用于建筑工業(yè)和農(nóng)業(yè)，同時(shí)還用作食品加工、飲料、醫(yī)藥以及化學(xué)工業(yè)中的助濾劑。對(duì)工業(yè)污泥去除則使用擊碎的非膨脹型天然形式的珍珠巖。在首都安卡拉市Idodik水處理廠(564,000m3/d)曾對(duì)珍珠巖的過濾性能與快濾池使用的podima砂濾料作了比較。
　　通過篩選粉碎后的碎珍珠巖和砂作篩分分析，測定了二種物質(zhì)顆粒密度，在20%濃度鹽酸下的重量損失以及每種濾料的孔隙率，表3示出該試驗(yàn)結(jié)果。

珍珠巖和砂子的過濾參數(shù)的比較值

表三

參數(shù)

天然碎珍珠巖值

砂子值

均勻系數(shù)-uc
有效粒度（有效直徑）-mm
水力粒度-mm
幾何平均粒數(shù)-mm
顆粒幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差
顆粒密度-g/cm3
孔隙度——％
在20%濃度鹽酸內(nèi)重點(diǎn)損失——%
磨損（30分鐘試驗(yàn)）——%
沉降速度——cm/s

1.65
1.15
1.21
1.85
1.80
2.27
4.2
0.67
14.5
19.72-5.82

2.25
0.80
1.10
1.65
0.95
2.62
39
3.22
8.9
21.05-6.00

　　對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)

　　珍珠巖的均勻系數(shù)(UC)為1.65，而砂的UC值為2.25這個(gè)數(shù)值相當(dāng)高，可能會(huì)使濾層組合不合理。這兩種濾料的有效粒徑均在快濾所適用的范圍內(nèi)。珍珠巖的水力粒徑（譯注：認(rèn)為是stoke’s粒徑）為1.21mm，砂為1.10mm。在濾池運(yùn)行中,較大的水力粒徑可使達(dá)到限定水頭損失之前的有效時(shí)間增大,這樣在兩次反沖洗之間的運(yùn)行周期就會(huì)更長,因而增大處理能力。
　　使用珍珠巖還可以控制某些過濾性能，例如可通過調(diào)整粉碎和篩選的加工要求后將細(xì)粉沖洗來控制有效粒徑和均勻系數(shù)。這點(diǎn)如果用砂子做起來就困難，因砂子一般是以天然形狀來使用的砂量更加有限。
　　砂的顆粒密度經(jīng)計(jì)算為2.62g/cm3，而珍珠巖為2.27 g/cm3，濾床濾料的比重越低,要求的反沖強(qiáng)度也就越低。
　　當(dāng)珍珠巖或砂鋪在濾床時(shí)，孔隙率分別為45%和39%。假如主要過濾機(jī)理是沉淀，那么珍珠巖的較高的孔隙率可提供更好的過濾效果。
　　在20%濃度鹽酸下珍珠巖的溶解度均少于砂的4倍，這樣幾乎可在不損失濾料的情況下過濾二氧化碳含量高或酸性水。在30分鐘磨損試驗(yàn)后，二種濾料的磨損值分別為珍珠巖14.5%,砂8.9%.二者都在6~20%磨損值的最佳值域內(nèi)。因?yàn)樯懊芏容^大，所以砂下落速度比珍珠巖稍快一些，但這一差別對(duì)試驗(yàn)濾池反沖洗后的珍珠巖濾料的復(fù)位不會(huì)產(chǎn)生影響。

　　結(jié)論

　　根據(jù)珍珠巖的物理性能，比較砂更適合作濾料。然而珍珠巖對(duì)飲用水、廢水的凈化能力以及它的特定沉淀性能還需在實(shí)際運(yùn)行條件下做調(diào)查后方可實(shí)施使用。
　　為了做進(jìn)一步研究，兩種過濾裝置都裝在中東技術(shù)大學(xué)水資源工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。最后的結(jié)果表明珍珠巖是凈化水的合適材料，可以代替砂濾料。

楊福才　　何玲　　合譯
譯自ＡＷＷＡ．1991年第6期

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