活性粉末范文

活性粉末范文（精选10篇）

活性粉末 第1篇

上个世纪70年代高效减水剂的发展与一些优质活性矿物细粉超细粉的掺入,使混凝土在较低水灰比的条件下能够成型密实而获得较高强度(大于60MPa)的水泥基复合材料,即高强混凝土(High Strength Concrete,HSC)。但高强混凝土在早期的弹性模量随强度升高而增大,同时变形受约束产生的徐变减小,因此导致它比中低强度的混凝土更易开裂。硅粉掺量越多,水胶比越低的高强混凝土,早期强度发展越迅速,开裂和强度倒缩(特别是对微裂缝敏感的劈裂抗拉强度)现象也就越显著[1]。而且,随着混凝土强度的不断提高,混凝土的固有弱点即抗拉强度低(仅为抗压强度的1/10)、韧性差等愈益突出。为此,在水泥基材料中掺加抗拉强度高、极限延伸率大、抗碱性好的各种纤维(金属纤维、无机纤维或有机纤维)作为增强材料而形成水泥基复合材料,即纤维混凝土(Fiber Reinforced Concrete,FRC),其中纤维材料可以约束水泥基料中裂缝的扩展,使混凝土具有较高的抗拉和抗弯强度、良好的韧性及延性[2]。在含有粗骨料颗粒较大的情况下,钢纤维的连接作用受到限制,而且长纤维对拌合物的工作度影响会十分显著。

为了获得有优异性能的混凝土,1993年法国的BOUYGUES公司率先利用DSP(高致密水泥均匀体系)模型研究成了活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)。后来由F·de LARRARD提出的SSM(最大密实度理论的固体悬浮模型),对RPC进行了配合比的设计[3]。

2 活性粉末混凝土的设计思路

如图1所示活性粉末混凝土的设计思路。

1)高致密结构体系

普通混凝土是一种非匀质材料,混凝土中的粗集料与水泥基体的界面处是应力破坏策应源,也是混凝土要提高强度的主要因素。集料与水泥基体的界面的微裂缝尺寸与混凝土中集料的粒径有关,因此在配制高强度和高性能混凝土时要控制集料的最大粒径,使最大粒径趋小化。在RPC活性粉末混凝土中,采用石英细砂的最大粒径400μm-600μm作为集料,剔除了粗骨料,并在混凝土中掺加活性掺合料,来提高水泥基体的整体性和均匀性。首先,普通混凝土中粗骨料与水泥浆体之间的过渡区范围是比较大的,在其周围富集了粗大的孔隙,是整体结构中最薄弱的部位。从微观的角度来看,板状和层状的Ca(OH)2定向结晶与粗大结晶钙矾石和少量的C-S-H,在粗骨料表面构成了一个结构体如图2所示,这个粗糙结构体的强度、抗渗性和耐久性均不好。因此在活性粉末混凝土中,剔除了粗骨料,再利用微粉效应,掺加活性掺合料,使微小的颗粒和其水化物填充并沉积在胶体的空隙和裂缝之中,这样既改善了混凝土内部的孔结构,又使混凝土的孔隙率大大降低,使混凝土基体的缺陷降到最低。其次,混凝土中存在骨料对水泥石变形的约束作用。众所周知,水泥石的收缩要比用质量好、收缩变形小的骨料制备的、只含约30%体积水泥石的混凝土收缩大10倍左右,比含50%水泥石的砂浆也要大约4倍[4]。

2)纤维增强机理

活性粉末混凝土属于高性能钢纤维混凝土。在活性粉末混凝土中,钢纤维对基体的作用同普通纤维混凝土中的纤维作用相同,概括起来主要有三种:阻裂、增强和增韧[5]。阻裂作用是纤维对新拌混凝土早期性收缩裂缝和硬化后的收缩裂缝产生和扩展的阻碍作用。纤维对基体的增强作用,主要为对抗拉强度的提高,相应地,以主拉应力为控制破坏的,如弯拉强度、抗剪强度等也随之提高。当高弹性模量的钢纤维含量较高时,纤维混凝土的抗压强度就会显著提高。材料的韧性通常指材料在各种受力状态下进入塑性阶段保持一定抗力的变形能力。纤维混凝土的最大特点就在于韧性的显著改善。换句话说,纤维混凝土中纤维的主要作用是限制水泥基料在外力作用下裂缝的扩展。混凝土在受应力(拉力、弯力)初期,水泥基料与纤维共同承受外力但以水泥基料为主要承力者,纤维可以极大地约束基料在应力作用下裂缝的形成和发展;随着应力增大基料发生开裂后,与裂缝相交的各纤维,因变形增大而应力倍增,渐次替代集材的受拉作用。当试件全截面开裂后,由纤维承受全部拉力。若纤维的体积掺量超过某一临界值,整个复合材料可继续承受较高的荷载并产生较大变形,直到纤维被拉断或纤维从基体中被拔出以致复合材料被破坏。RPC活性粉末混凝土一般采用的高强度的钢纤维,当混凝土破坏时,钢纤维通常是被拔出而非拉断。

3)活性掺合料的掺加

在通常状况下水泥的平均粒径高达20μm～30μm,缺少粒径在10μm的粒子,所以水泥中粒子与粒子之间的填充性不是很好。在水泥中如果掺加一些超细粒子的话,就能有效地改善胶凝材料的填充性。粉煤灰的比表面积为250～700m2/kg,比水泥细,如果掺入水泥的话则可有效地改善胶凝材料的填充性,与Ca(OH)2反应生成C—S—H凝胶,减少Ca(OH)2含量,并且干扰水化产物的结晶,从而改善混凝土界面结构和水泥石孔结构。硅灰的平均粒径为0.10～0.3μm,比表面积为15 000～25 000m2/kg,比粉煤灰颗粒更小。硅灰粒子可以进一步填充在粉煤灰颗粒之间,能使胶凝材料更加密实,如图3。除此之外,填充效应提高了混凝土的致密性,因此还能改善混凝土的耐久性。在RPC活性粉末混凝土中必不可少得一种矿物超细粉掺合料就是硅灰。

3 活性粉末混凝土的研究现状

法国的P.Richard等人在1995年总结出:①剔除粗骨料并且优化混合物的颗粒级配,能获得匀质和致密的具有优良力学性能的活性粉末混凝土;②对活性粉末混凝土在凝结硬化过程时施加压力,使其内部的自由水排出,来提高活性粉末混凝土的着密性;③钢纤维的掺加,能提高活性粉末混凝土的延性。

J.Dugat等人在1996年进行的RPC200和RPC800的力学试验中,掺量过高的话反而会降低活性粉末混凝土的断裂能。

2001年美国联邦高速公路管理局(FHWA)在佛吉尼亚的运输部用活性粉末混凝土制作了一根长24m的预应力梁,来进行结构的试验研究。最后实验人员对活性粉末混凝土做出了一段精彩评论:“就耗能特性而言,这种材料的韧性很好,用描述混凝土的词语已经不合适了,需要借用描述钢结构的词语来描述活性粉末混凝土的这一性能[6]。”

近十年来,我国各个科研院校的研究人员对活性粉末混凝土做了很多试验研究。清华大学的曹峰、覃维祖、阎培渝等人在水泥中掺入复合粉煤灰,使水泥基体中的粉煤灰分布水化,使活性粉末混凝土的内部实现水化过程中动态地有效填充,在降低成本方面做了很多尝试等。

未来10年,乃至更长时间。粉末混凝土会像绿色、循环的高性能混凝土方向发展。

参考文献

[1]赵国藩,鹏少民等.钢纤维混凝土结构[M].北京:中国建筑工业出版社,1999

[2]喻乐华,钟金茹,罗威年.活性粉末混凝土技术[J].华东交通大学学报.2002.(12)

[3]冯乃谦.高性能混凝土结构[M].北京:机械工业出版社,2004

[4]Pierre Richard,MarcelCheyrezy.Composition of reactive powder concrete[J].Cementand Concrete Research,1995,25(7):1501~1511.

[5]闫光杰,阎贵平,安明品等.200MPa级活性粉末混凝土试验研究[J].铁道学报.2004:26(2):116~119

活性粉末 第2篇

摘要：活性粉末混凝土具有超高强度、高韧性、高耐久性及高温度适应性等特点,为一种新型的混凝土材料.通过科学的方法建立一套处于平面应力状态的活性粉末混凝土构件(如受弯构件的弯剪段)的安全设计,双向拉压应力状态下的强度准则是必需的.采用15个“8”字形试件,选取了5个不同拉压应力比工况,进行了强度试验,其试验结果表明:不同拉压应力比工况的试件,其破坏形态均为拉断型破坏;随着拉应力的`增大,活性粉末混凝土的抗压强度随之减小.依据试验结果,建立了活性粉末混凝土双向拉压应力状态下的实用强度准则,对于处于平面应力状态的活性粉末混凝土构件的安全设计具有较强的实用价值.作 者：闫光杰 阎贵平 YAN Guang-jie YAN Gui-ping 作者单位：闫光杰,YAN Guang-jie(北京交通管理干部学院公路系,北京,101601)

阎贵平,YAN Gui-ping(北京交通大学土木建筑工程学院,北京,100044)

活性粉末 第3篇

【关键词】粉末活性炭 饮用水 吸附

【中图分类号】 TQ424.1【文献标识码】 A【文章编号】1672-5158（2013）07-0044-01

1 粉末活性炭简介

活性炭可由含碳物质（如木材、锯末、椰壳、果壳、煤以及焦炭等）经炭化和活化后制成，经高温炭化和活化后的活性炭具有稳定的化学性能，能耐强酸或强碱，能经受住水浸、高温、高压的作用，且不易破碎[1]。根据其外观形状、制造方法及用途等不同，有多种分类方法。从外观形状上，活性炭可分为粉末活性炭、颗粒活性炭、破碎状炭等。作为多孔性吸附剂的活性炭基本上是非结晶性物质，它由微细的石墨状微晶和碳氢化合物部分构成。其固体部分之间的间隙形成孔隙，给予活性炭所特有的吸附性能。

活性炭具有多种机能的最主要原因在于其多孔性结构。活性炭中具有各种孔隙，不同的孔径能够发挥出与其相应的功能。微孔（孔隙直径<2nm）比表面积很大，呈现出很强的吸附作用；中孔（直径2-50nm）可以起到通道和吸附的作用；大孔（直径>50nm）主要是溶质到达活性炭内部的通道，还可以通过微生物在其中的繁殖，使无机的碳材料发挥生物质功能。

2 粉末活性炭在饮用水处理中的应用

自1929年美国芝加哥市一水厂用粉末活性炭去除嗅味开始，粉末活性炭用于给水处理已有80多年的历史，是水处理中最常用的吸附剂。其对水中的色、嗅、味去除效果明显，对农药、酚类和卤代烃等消毒副产物及其前体物均有较强的吸附能力，特别适合受突发性水污染影响及原水水质季节性变化较大的水厂 [2]。美国环保署有关饮用水标准的有机污染物指标中，有51项将活性炭应用列为最有效处理技术[3]。

粉末活性炭吸附水中溶质分子是一个十分复杂的过程，是由分子间力、化学键力和静电引力所形成的物理吸附、化学吸附和离子交换吸附综合作用的结果。活性炭对污染物质的吸附过程主要是物理吸附，其受活性炭的物理结构影响很大，如微孔数量的发达程度等。物理吸附是一个放热过程，不需要活化能，可在低温下进行，可以形成单分子层或多分子层吸附，在吸附的同时被吸附的分子由于热运动还会离开活性炭表面，出现解吸现象；活性炭在制造过程中形成的官能团，使活性炭也具备了化学吸附的性能，此过程需要大量的活化能，需要在较高的温度下进行。化学吸附具有选择性，只能形成单分子层吸附，不易出现解吸现象；在吸附过程中，伴随着等量离子的交换，由静电引力引起的离子交换吸附主要由离子的电荷决定。

2.1 国外研究进展

随着水源污染的日益严重，粉末活性炭在水处理工艺上的应用范围不断扩大，国外对粉末活性炭的研究已经深入到了具体污染物的程度。投加粉末活性炭可以与强化混凝形成互补，提高工艺对腐殖酸、苯酚等的去除效果[4，5]，将DOC的最大去除率由单独使用混凝时的45%提高到76%，使UV254和CODMn的去除率分别达到99%和89%。Maria等还发现，先混凝后投加粉末活性炭进行吸附的效果比混凝剂与粉末活性炭同时投加的效果要好。天然有机物（NOM）、浊度和絮体大小对粉末活性炭去除痕量目标有机物有重要的影响，随着浊度和铝盐混凝剂投加量的增加，形成了大尺寸的絮体，将粉末活性炭包裹，导致MIB的去除效果下降，而天然有机物的特性对粉末活性炭吸附效果的影响比絮体结构的影响更大，主要是因为对活性炭吸附点位的竞争和孔隙堵塞[6-8]，粉末活性炭中大孔和中孔比例的提高有助于解决孔隙堵塞的问题。

2.2 国内研究进展

我国自20世纪60年代末期开始活性炭吸附技术的研究，已取得大量的研究成果，并在实际应用中取得了成功。傅金祥等研究了粉末活性炭应急处理水源水苯酚污染的可能性，结果显示粉末活性炭对苯酚的吸附性能符合Freundlich吸附等温线，在苯酚的平衡质量浓度为0.002mg/L时，粉末活性炭对其吸附容量为1.46mg/g，粉末活性炭吸附20min即达到吸附容量的90%以上[9]。蒋晓风等以乐果、邻苯二甲酸二乙酯、苯和甲醛为目标有机物，研究了粉末活性炭对目标污染水源水的处理效果，结果发现粉末活性炭对前三种污染物的去除效果较好，而对于甲醛类极性小分子即使增加粉末活性炭的投量也不能达到理想的去除效果[10]。粉末活性炭对硝基氯苯和2，4二硝基氯苯的吸附符合假二级反应动力学，在5-25℃的范围内吸附能力随着温度的降低而增强[11]。陈蓓蓓等利用中试装置研究了阿特拉津突发污染的处理措施，结果发现投加粉末活性炭可有效去除阿特拉津，当粉末活性炭投量为50mg/L时，可使初始浓度为0.2mg/L的阿特拉津降到0.002mg/L的标准以下；高锰酸钾与粉末活性炭联用比单独使用粉末活性炭的效果略有改善但不显著，预氯化会降低粉末活性炭对阿特拉津的去除率[12]。2005年的松花江硝基苯污染事件中，粉末活性炭为保障供水安全发挥了重要的作用。赵志伟等针对受硝基苯污染的松花江水，研究了5种不同的粉末活性炭去除硝基苯的性能，发现比表面积最大、碘值和亚甲基蓝值最大、同时水分和灰分含量较低的炭种对硝基苯的去除效果最好[13]；张振宇等进行了粉末活性炭去除硝基苯的生产性试验研究，结果发现当硝基苯超标50倍以上时，投加80mg/L粉末活性炭，吸附时间不低于2h，可将出水硝基苯含量控制在国家标准以下，并具有很高的稳定性[14]。

3 结束语

粉末活性炭具有设备投资小，价格便宜，吸附速度快，对突发性水质污染适应能力强的特点。应用粉末活性炭吸附技术应对突发性有机物水污染事件，保障城市饮用水安全，有着广阔的前景。在使用时处理好炭种选择、投加点、投加方式等问题，对于不同的水质，最佳粉末活性炭处理工艺的确定，主要应通过试验模拟手段或根据已有相似水质水量的现有工艺的经验获得。

参考文献

[1] 马军，李圭白.高锰酸钾的氧化助凝效能研究[J].中国给水排水， 1992，8（4）：4-7

[2] 金伟， 李怀正， 范瑾初. 粉末活性炭吸附技术在水厂中应用的关键问题[J].给水排水， 2001， 27（10）：11

活性粉末混凝土爆裂的特征 第4篇

1 混凝土爆裂现象

混凝土的爆裂最直接的现象是混凝土被加热到一定的温度, 一般400℃左右, 混凝土开始噼啪崩落, 持续爆裂, 甚至爆炸性破裂, 并且整个过程中伴随着内部能量释放的现象。其不同于传统意义上的爆炸, 即爆炸是物质非常迅速的化学或物理变化过程, 在变化过程里迅速地放出巨大的热量并生成大量的气体, 此时的气体由于瞬间尚存在于有限的空间内, 故有极大的压强, 对爆炸点周围的物体产生了强烈的压力, 当高压气体迅速膨胀时形成爆炸。通常称混凝土在高温下的破坏为爆裂。混凝土的爆裂被许多专家学者认识到, 像Gillen等[4], Durani[5], Jumpanen and Diedrichs[6]和Sanjayan以及Stocks[7], 一些新的证据也由Gunnarsson[8]发现。

在我们针对活性粉末混凝土高温爆裂的试验中, 现象一般首先为噼啪性的崩落或者剥落, 随着温度升高, 其程度会越来越剧烈, 间断性会出现较大、很大的破裂声。从开始噼啪作响, 持续10 min左右为爆裂过程, 之后的过程中, 有时候会出现巨大的爆炸声, 一般保守称之为爆炸性爆裂。对于普通配比的高强混凝土 (60 MPa) , 我们在试验中也观察到了在升温到420℃左右, 出现无预兆、突然性的巨大爆炸声, 混凝土瞬间破裂, 在之后持续一小段时间零星噼啪声后, 安静, 无任何动静。

2 RPC爆裂特征实验研究

RPC的原材料主要包括:水泥、石英砂、石英粉、硅灰、减水剂、水等原材料。在本文的研究过程中选用P.O42.5的普通硅酸盐水泥。石英砂粒径为0.2 mm~0.6 mm;石英粉粒径为0.045 mm;硅灰采用EBS-S微硅粉;减水剂选用产自美国西卡减水剂, 减水率大于30%, 含固量为37.2%, 密度为1.077 g/cm3。各个组分的具体配比见表1。

由于爆裂实验的危险性特征, 因此, 一般实验都是在封闭的环境下进行的。在本研究中借助了洛阳西格玛高温设备公司的高温炉试验系统, 对不同纤维率的RPC的爆裂特征进行了观察和分析。在本研究中, 从室温开始, 采取5℃/min的升温速率, 加热RPC立方体试块至目标温度500℃, 直至无爆裂现象发生。根据以往实验经验, 在310℃以上, RPC试件会开始有爆裂现象发生, 因此, 本实验从300℃开始, 通过实验炉的窗口观察炉内的爆裂现象。

1) 纤维含量为0%时的高温爆裂形态。随着温度继续上升, 在温度达到372℃, 爆裂持续10 min后, 爆裂现象变得剧烈, 由前期零星、分散的爆裂转为持续、急剧的爆裂现象, 崩落部位由角部、棱部向各面部中心发展, 剥落到炉内底面的RPC颗粒继续噼啪爆裂。试件由立方体向圆球形转变。2) 纤维含量为1%时的高温爆裂形态。爆裂起始温度为330℃, 在温度达到389℃时, 有较大声音的爆裂发生, 试件在爆裂力量的作用下, 位置、方向发生变化, 但是未掺纤维的RPC高温爆裂中出现了巨大粉粹性破坏。爆裂持续23 min结束。3) 纤维含量为2%时的高温爆裂形态。爆裂起始温度为341℃, 在温度达到390℃时, 爆裂行为发生较为剧烈、密集, 但是已经无其他配比RPC中出现的巨大声、强力型爆裂。试件从外围向里, 逐步剥落, 直到爆裂产物全部变成小颗粒状。爆裂持续26 min结束。4) 纤维含量为3%时的高温爆裂形态。爆裂起始温度为328℃, 在温度达到376℃时, 巨大声、粉碎性爆裂再次发生。从试件中分离出的大块在高温下持续剥落, 直到最后全部爆裂成某一尺度下的颗粒。爆裂持续27 min结束。

通过对比我们发现, 素RPC以及钢纤维含量为3%的RPC爆裂更加的剧烈。同时, 素RPC还表现出快速, 粉碎性的爆裂特征。由此我们发现, 钢纤维的增加, 略微提高了RPC材料的抗高温能力, 在2%纤维率时达到最好效果, 根据以上爆裂现象, 证明了2%纤维率是RPC材料的最优钢纤维率。同时, 由于钢纤维的约束作用, 爆裂由瞬间粉碎性爆裂向程度较轻的剥落型转变, 爆裂持续时间加长, 这也证明了钢纤维在高温下延长了RPC材料的破坏时间。

3 结语

活性粉末混凝土 (RPC) 作为一种性能良好的高强混凝土, 受到越来越多的关注。同时RPC内加入钢纤维能有效的提高其强度, 并且具有了纤维混凝土良好的韧性性质。但是, RPC也存在着高温爆裂的缺陷, 为了了解不同纤维率下RPC的爆裂特征, 本文通过实验的手段对四种不同纤维率下的RPC在高温炉内从初始状态到最终爆裂完全的整个过程中, 不同温度点的形态进行了观察和记录, 总结了不同纤维率下的爆裂特征。

参考文献

[1]Richard, P, M.Cheyrezy.Composition of reactive powder concretes.Cement and Concrete Research, 1995, 25 (7) :1501-1511.

[2]Richard, P, M.Cheyrezy.Reactive powder concrete with high ductility and 200-800 MPa compressive strength.ACI Materials Journal, 1994 (144) :507-518.

[3]余自若, 阎贵平.活性粉末混凝土 (RPC) 的断裂性能[J].中国安全科学学报, 2005, 15 (8) :101-104.

[4]Gillen MP, Keep B, Sandvik M.Spalling of high-strength lightweight aggregate concrete under intense hydrocarbon fire exposure.Technical Session on Fire Resistance of Materials and/or Members made with High-Strength Concrete.ACI Spring Convention, 1991.

[5]Durani AJ.Behaviour of high-strength concrete at elevatedtemperatures.Technical Session on FireResistance of Materials and/or Members made with High-Strength Concrete.ACI Spring Convention, 1991.

[6]Jumppanen UM, Diedrichs U.Mechanical high temperature properties and spalling of high-strength concrete.Technical Session on Fire Resistance of Materials and/or Members made with High-Strength Concrete.ACI Spring Convention, 1991.

[7]Sanjayan G, Stocks LJ.Spalling of high-strength silica fume concrete in fire.Technical Session on Fire Resistance of Materials and/or Members made with High-Strength Concrete.ACI Spring Convention 1991.ACI Mater J, 1993 (90) :170-173.

活性粉末 第5篇

高锰酸钾-粉末活性炭联用工艺的试验研究

摘要：通过对高锰酸钾-粉末活性炭联用组合工艺在黄河给水处理中的试验研究的.论述,表明该工艺对黄河污染源水的有机物去除效果明显.作 者：李凤娥 贾华 王春娥 LI Feng-e JIA Hua WANG Chun-e 作者单位：包头市申银水务有限公司,内蒙古,包头,014030期 刊：包钢科技 Journal：SCIENCE & TECHNOLOGY OF BAOTOU STEEL年，卷(期)：,36(2)分类号：X522关键词：高锰酸钾 粉末活性炭 联用组合工艺

水厂粉末活性炭投加系统改进 第6篇

粉末活性炭对水中污染物有很强的吸附能力, 是应对水源季节性或突发性污染的良好手段。针对有可能出现的突发性污染, 合肥市第七自来水厂在设计过程中配套了活性炭投加系统。

合肥市第七自来水厂一期工程设计生产规模为每天20万吨, 粉末活性炭设计投加量≤30 mg/L, 干式制备, 湿式投加, 投加浓度2%~5%可调, 投加点选在沉淀池前端进水管路。粉末活性炭投加采用全自动连续计量输炭, 炭液搅拌溶解和自动投加集成一体化, 包括全套储存、计量、输送、溶解、变频控制螺杆加注泵。用户根据水质的实际情况进行炭粉投加, 炭粉首先通过喂料、螺旋机精确计量系统输送至炭浆制备系统, 两套设备连续无间歇运行, 制备好的炭浆再通过螺杆泵投加至各投加点。

二、活性炭投加系统配置及功能

粉末活性炭系统主要由料仓系统、给料系统、制备系统、投加系统和控制系统等组成, 系统工艺配置见图1。

(1) 料仓系统。包括70 m3的料仓、粉尘过滤系统、安全阀和空穴振打系统, 料仓内布设高位、中位及低位料位计, 所有料位信号通过控制柜上传, 用于监测料仓内粉炭的容量。粉末活性炭由槽车直接送至料仓储存。

(2) 给料系统。包括双螺旋给料机、螺旋输送机, 料仓内的粉末活性炭通过给料机实现精确给料, 给料机出口与输送机相连, 输送计量后的粉末活性炭至室内储液罐。

(3) 制备系统。包括储液罐、搅拌机、除尘器、增压泵、进水电磁阀和液位计。储液罐设溢流孔、放空阀和检查人孔。制备炭液时由增压泵给储液罐进水, 液位计提供进水量依据和相关保护。

(4) 投加系统。包括螺杆泵、投加管路和配套阀门, 共有3台螺杆泵 (2用1备, 额定流量3.15 m3/h, 压力0.6 MPa) , 螺杆泵和相应的投加管路配备冲洗水系统, 出液管路安装电磁流量计, 流量信号上传至PLC控制系统, 用于监测实际投加量。

(5) 控制系统。整套系统通过PLC控制实现自动制备和计量投加, 控制系统采用西门子S7-200系列PLC, 可以通过中控电脑和触摸屏显示、设置和修改各种操作参数如投加量、泵的频率值和运行状态, 根据要求调整进水、进料时间, 调整炭液的配比浓度, 整套系统实现全自动连续进料、自动配料和计量投加。操作界面和参数设置画面见图2、图3。

三、问题及原因分析

活性炭投加系统投入运行后, 炭液制备和投加过程中出现粉尘飞扬、液位计误动或拒动的现象。粉尘飞扬导致整个活性炭间弥漫活性炭粉尘, 造成工作环境恶劣, 并存在安全隐患;液位计故障会导致炭液溢流、炭液被抽干、投加泵空转, 影响整套系统的正常稳定运行。

通过对现场设备运行情况的观察分析, 发现粉尘飞扬的主要成因: (1) 送料时粉炭通过储液罐上方的除尘器外溢, 通过溢流口外溢; (2) 输送机给储液罐送料时, 粉炭通过搅拌机与罐顶部之间的间隙外溢。

液位计误动或拒动主要是由于在进料过程中, 粉尘未能及时与水混合, 扩散到储液罐内的空气中, 由于空气中粉尘浓度大, 影响液位计的正常显示和信号输出, 导致整套自动控制系统误动作不能正常投加。

四、改进措施

(1) 原制备系统顶部装有带喷淋水的除尘器 (内部装有PE填料) , 但在实际运行过程中, 喷淋水不能完全阻止粉炭外泄, 制备罐中的粉炭依然会从除尘器顶部进入到空气中。采用集尘筒的方式改进后 (图4、图5) , 制备罐中未及时溶解于水的颗粒状粉炭进入除尘筒, 充分溶于水后排出。

(2) 将储液罐的溢流口接入新增集尘筒, 可以有效地避免未及时溶于水的粉末活性炭从溢流口扩散到空气中。

(3) 原制备系统的溶解搅拌机选用摆线针轮减速机 (带支架) , 支架与安装底座间隙较大, 极易造成颗粒状粉炭外泄到空气中。改用齿轮式减速机, 安装密封性提高, 有效地避免了粉炭颗粒物从联接处外泄。

(4) 将超声波液位计更换为雷达液位计, 超声波易受温度、压力、雾气或粉尘的影响, 测量精度将受到干扰。雷达液位计反馈信号是电磁波, 不会轻易受到粉尘、真空或蒸汽等因素的影响, 能够有效地满足现场的使用需求。

五、改进效果

改进后, 活性炭系统未出现粉尘飞扬和液位计误动作现象, 投加效果有效稳定。在2014年5、6月源水水质恶化期间, 整套投加系统有效地提高和改善了饮用水水质, 为水厂的稳定运行起到了重要作用。

从水厂投加粉末活性炭前后的现场实际监测可知, 粉末活性炭对降低受污染源水的色度、嗅味和挥发性酚类等有良好的作用, 对化学需氧量也有较好的去除效果;由于活性炭的良好吸附性能, 投加适量的活性炭后, 沉淀池和滤池出水浊度大幅度下降, 自来水水质大幅度提高。

摘要：使用集尘筒、齿轮式减速机、雷达液位计等装置改进粉末活性炭投加系统, 解决炭液制备和投加过程中出现粉尘飞扬, 液位计误动或拒动等问题。保证源水水质恶化期间的出水品质。

活性粉末 第7篇

关键词：活性粉末混凝土,现状,应用,发展前景

近年来由于建筑业的蓬勃发展, 建筑材料被大量使用, 地球环境污染越来越严重, 混凝土使用环境变得更加严酷。因此工程界对混凝土提出了新的要求:混凝土既要有高强度、长期体积稳定性和耐久性, 又要比以前混凝土具有更良好的流动性。研发具有高力学性能和高耐久性的新型高性能混凝土符合时代发展的要求, 活性粉末混凝土应运而生。

活性粉末混凝土 (Reactive Powder Concrete, 简称RPC) 是由法国Richard等人在1993年率先研制成功的一种超高强、低脆性、高耐久性的水泥基复合材料[1,2]。现今RPC已成为国际工程材料领域一个新的研究热点。RPC作为一类新型混凝土, 不仅可获得200 MPa或800 MPa的超高抗压强度, 而且具有30 MPa～60 MPa的抗折强度, 有效地克服了普通高性能混凝土的高脆性。RPC的优越性能使其在土木、石油、核电、市政、海洋等工程及军事设施中有着广阔的应用前景。

1 国内外研究现状

目前国外对RPC配制技术的研究已较成熟, 在RPC的材料、配比、养护条件、耐久性和强度等方面进行了大量的试验研究。结果表明, 由于RPC具有较好的匀质性及密实度, 抗压强度和耐久性等均有大幅度提高。并研究了养护条件对RPC力学性能的影响, 以确定合适的养护条件。

我国在超高性能混凝土的研究与应用方面起步较晚, 但进步很快。近年来, 清华大学、湖南大学、中南大学、东南大学以及武汉理工大学等高校先后开展了RPC材料的研究工作[3,4,5]。混合料中除硅酸盐水泥和硅灰以外, 还有超细粉煤灰、超细矿渣和石英粉等材料, 成功地制备出性能优异的RPC材料。此外, 对RPC的搅拌设施、高频振捣与脱模剂也开展了试验研究, 发展了RPC的原材料选择、制备技术及生产工艺, 为RPC在工程建设领域里应用创造了条件。我国对RPC的研究表明, 全部采用国产材料和普通的成型养护工艺, 素RPC (不含钢纤维) 的强度可达到140 MPa以上。RPC除保持普通高性能混凝土高强度、高耐久性的特点以外, 还具有更好的变形性能。

2 RPC的基本原理

RPC的基本配制原理是:通过提高组分的细度与活性使材料内部的缺陷 (孔隙与微裂缝) 减少到最少, 以获得超高强度与高耐久性。原材料中活性组分由优质水泥, 硅粉, 细石英砂 (粒径小于1 mm) 等构成, 活性组分的粒径在0.1 μm～1.0 μm之间, 另外原材料还包括高效减水剂和短细钢纤维等。减少材料内部缺陷的措施包括:1) 去除粒径大于1 mm的粗骨料, 以改善内部结构的均匀性;2) 优选与活性组分相容性良好的减水剂, 以降低水胶比 (一般控制在0.2以下) ;3) 优化整体活性组分的级配, 对于抗压强度200 MPa级的RPC, 可选用优质活性超细掺料部分代替硅灰;4) 成型过程中施加压力, 以提高内部结构的密实度;5) 掺入细短钢纤维, 以提高韧性和体积稳定性;6) 通过热养护来加速活性粉末的水化反应和改善微观结构, 促进细骨料与活性粉末的反应, 改善界面的粘结力。前3) 条措施使制备的基体具有很高的抗压强度, 但韧性相对于普通混凝土没有明显的改变。第5) 条措施的钢纤维掺入不但使抗拉弯强度显著提高, 同时也获得所需要的高韧性和延性。提高复合物匀质性及颗粒密实度的措施是RPC设计的根本所在, 而加压及热养护旨在进一步提高材料的力学性能, 需根据材料的具体应用及施工难易程度而取舍。

3 RPC的工程应用

目前RPC在工程结构中的应用研究还处于起步阶段。RPC在国外的工程实例主要为:大跨桥梁的预制构件、压力管道及放射性固体废料储存容器。1997年秋, 在加拿大的Sherbrooke的Magog河上, 建起了一座长达60 m的RPC人行桥, 完成了RPC从理论到实践的飞跃。2001年夏, 为了研究RPC是否适合用于桥梁上, 美国联邦高速公路管理局 (FHWA) 在弗吉尼亚的运输部 (VDOT) 制作了一根长达24 m的预应力RPC梁, 并进行了结构试验。RPC梁中掺入了0.16 mm×13 mm的钢纤维, 配纤率为2%, 成型后在88 ℃的热水中养护48 h, 梁中除了预应力钢筋外没有配置其他钢筋。试验中, 此梁表现出优良的力学与变形性能。当梁的挠度达到300 mm时, 试验人员借助放大镜也没有找出裂缝, 其极限强度达到了207 MPa, 极限挠度为480 mm。性能的优秀程度令人惊讶。北美的Lafarge公司在RPC的商业化方面走在了前面。此公司为RPC注册了“Ducta1”的商标, 并应用于工程实际, 甚至于用来制作装饰产品。目前, 澳大利亚正在用RPC建设一座可以通过机动车的大桥, 此桥的建成标志着RPC真正应用于建筑结构, 是RPC的飞跃。

随着我国基本建设的蓬勃发展, RPC以其技术和经济上的优越性, 越来越多地应用于建设工程。北京市五环路石景山转体斜拉桥隔离带, 采用了形状尺寸为2 000 mm×1 200 mm×60 mm的无配筋RPC空心板, 板内有直径为40 mm的圆孔可切、可锯。材料的抗压强度140 MPa、抗折强度14 MPa。我国的青藏铁路多年冻土区桥梁上也已采用了RPC材料开发出的新型人行道体系。

如果可以用国内常见的材料和简易的养护制度制备出高性能的RPC, 并将其运用到实际工程中去, 那么势必对我国的建筑业产生深远的影响。

4 RPC的发展前景

RPC作为高技术混凝土, 其性能同普通混凝土和现有的高性能混凝土相比有了质的飞跃, 并且在经济性和环保方面优于钢材。综合考虑RPC材料的性能, 可将其应用于以下领域:1) 利用RPC的高抗渗性与抗拉性能, 替代钢材制造压力管道和腐蚀性介质的输送管道, 用于远距离油气输送及腐蚀性液气体的输送, 在大大降低造价的同时还可以明显地提高管道的抗腐蚀性能。2) 利用RPC的超高抗渗性与组成材料的高稳定性, 可获得耐久性能优越的构件。为了在工作条件严酷的环境下大幅度提高结构物的安全性与寿命, 可用RPC制备成结构截面尺寸较小的受力构件, 进入现有高强混凝土所不能进入的应用领域。3) 利用RPC的早期强度发展快、后期强度极高、收缩小的特点, 应用到既有钢筋混凝土结构的增强与修补工程中, 可替代钢材和昂贵的有机聚合物, 既可以保持混凝土体系的有机整体性, 而且还可以降低工程造价。4) RPC应用于框架节点加固, 将大大提高节点的抗震承载力, 可以解决节点区钢筋过密、箍筋绑扎困难、混凝土难以浇筑密实等问题。基于这些优势, 把RPC应用于抗震设计具有极大的开发潜能。5) RPC的高密实性与良好的工作性能, 使其与模板相接触的表面光洁度很高, 使外界的有害介质很难侵入到RPC中, 而且RPC中的着色剂等组分也不宜向外析出。利用这一特点, 它可以用来作建筑物的外装饰材料。

基于RPC的上述优异性能, 从长远来看, RPC具有普通混凝土无法比拟的经济效益、环境效益和社会效益, 可以预见其在未来建筑业中的巨大优势。

参考文献

[1]Richard P, Cheyrezy M.Reactive Powder Concrete with HighDuctility and 200-800 MPa Compressive Strength[J].ACI SP144, 1994 (3) :507-518.

[2]Richard P, Cheyrezy M.Composition of Reactive Powder Con-cretes[J].Cement&Concrete Research, 1995, 25 (7) :1501-1511.

[3]何峰, 黄政宇.200 MPa~300 MPa活性粉末混凝土 (RPC) 的研制技术研究[J].混凝土与水泥制品, 2000 (4) :12-14.

[4]覃维祖.活性粉末混凝土的研究[J].石油工程建设, 2002, 28 (3) :1-3.

活性粉末混凝土耐碱性能的试验研究 第8篇

关键词：活性粉末,混凝土,耐碱性能

活性粉末混凝土 (Reactive Powder Concrete, 以下简称RPC) 是由世界最大的营造公司之一法国布伊格 (Bouygues) 公司以Pierre Richard为首的研究小组在1993 年率先研发成功的一种超高强、高韧性、高耐久性、体积稳定性良好的水泥基复合材料[1,2]。RPC的抗压强度高达200~800MPa, 抗折强度为25~150 MPa, 断裂能可以达到40000J/m2, 是普通混凝土的300 倍, 具有广泛的应用前景[3,4]。

由于RPC具有优良的力学性能和耐久性能, 因此经常被应用于一些极端的恶劣环境中, 包括酸性环境和碱性环境, 为此对RPC材料的耐酸碱性能进行研究是非常必要的。本文主要对RPC材料的耐碱性能进行了试验研究。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

水泥采用华润水泥公司广西平南厂生产的PO42.5水泥, 其化学成分及物理性能见表1。硅灰选用挪威埃肯硅灰, Si O2含量大于95%, 比表面积介于18000~22000m2/kg (采用氮吸附法即BET法测定) 。石英砂粒径范围为0.25~0.65mm, 密度2.59g/cm3。高效减水剂为BASF公司生产的聚羧酸减水剂母液, 减水率30%以上。钢纤维为山东三利牌钢纤维, 直径0.2mm, 长度13mm。聚合物为德国瓦克公司的7016F可再分散乳胶粉。

1.2 试验方法

1.2.1 试件制作

本试验按照表2 的配合比, 成型3 种水泥基复合材料进行耐碱性试验。普通水泥砂浆试件成型参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检测方法》的规定进行。RPC材料与聚合物改性RPC材料的具体成型步骤如下:先将称量好的硅灰、水泥和石英砂干拌3min;再将称好高效减水剂和聚合物溶入水中加入, 同时均匀加入钢纤维, 搅拌3min;搅拌完毕后, 装模。本试验采用40mm×40mm×160mm试模, 装模时分两层装, 装完第一层后在水泥胶砂振动台上振动120 次后装第二层, 全部装完后再在水泥胶砂振动台上振动120 次刮平成型。

每种配合比试件都成型足够的试件。普通水泥砂浆 (C系列) 试件成型后都放入标准养护箱中进行标准养护, 28 天后取出一组, 在表干状态下测定抗压、抗折强度值作为基准值, 其余试件放在0.1mol/L Na OH溶液中浸泡, 浸泡龄期分别为28d、60d以及90d, 到龄期后在表干状态下测得此时的抗压、抗折强度值;RPC材料 (R系列) 与聚合物改性RPC材料 (P系列) 试件成型后, 带模放入标准养护箱中标准养护1 天, 拆模后, RPC材料放入养护箱中80℃蒸汽养护2 天, 然后各取一组在表干状态下测得此时的抗压、抗折强度值作为基准值, 之后其余试件放在0.1mol/L Na OH溶液中浸泡, 浸泡龄期分别为28d、60d以及90d, 到龄期后取出在表干状态下测定抗压、抗折强度值。然后用式 (1) 计算其在不同龄期时的抗蚀系数。

式中:

k———抗蚀系数;

R浸泡———试体在腐蚀溶液中浸泡一定龄期后的抗折强度, MPa;

R基准———试体在放入腐蚀溶液前的抗折强度, MPa。

1.2.2 力学性能试验

对到达龄期的试件, 取出试件表干之后进行强度测试。强度测试按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检测方法》的规定进行。

1.2.3 微观测试

采用荷兰FEI公司的Quanta 200 型环境扫描电子显微镜对RPC试样的微观结构进行分析。用于微观测试的试样均为在RPC强度试验的破坏试件上制取, 烘干后浸没在无水酒精中, 以终止水化反应。

2 试验结果与讨论

图1为不同试件浸泡在0.1mol/L Na OH溶液中各龄期的抗蚀系数 (抗折强度) 。通过图1, 可以看出长期浸泡在0.1mol/L Na OH溶液中的普通水泥砂浆, 其抗折强度随着龄期的增加不但没有降低, 反而有了不同程度的增加。其原因是, 水泥基复合材料中的Si O2等活性物质在养护过程中并没有完全发挥出其活性, 在碱性环境下OH-通过孔隙渗透到基表层, 因为接触面积的不断增大而进一步的激发了其活性, 因此强度增长[5]。

而对于RPC水泥基材料, 在0.1mol/L Na OH溶液浸泡下, 其抗折强度随着龄期的增加降低, 其28d抗蚀系数为90.3%, 60d抗蚀系数为93.9%, 90d时的抗蚀系数为79.4%。而对于聚合物改性RPC, 在0.1mol/L Na OH溶液浸泡下, 其抗折强度随着龄期的增加, 出现先升高后降低的规律, 但降低的幅度要小于RPC水泥基材料, 这表明聚合物改性RPC较之RPC材料, 具备更优异的抗碱性侵蚀能力。

图2、图3 和图4 分别是普通水泥试件、RPC试件和聚合物改性RPC试件浸0.1mol/L Na OH溶液90d的SEM图。从图2 可见, 普通水泥试件浸0.1mol/L Na OH溶液90d后的水化产物主要还是团簇状的水化硅酸钙, 只是在数量上显得更多, 但结构仍较为疏松。由图3 可见, 浸0.1mol/L Na OH溶液90d的RPC试件, 出现了较大的沟豁, 应该是在碱溶液侵蚀下, 硬化水泥浆的水化产物被溶析之后形成的。图4 显示, 浸0.1mol /L Na OH溶液90d的RPC试件, 在碱的作用下, 增加了水化速度, 生成了大量的水化产物, 使得结构更为致密, 同时出现了多处从集料的界面向集料内部延伸的裂缝, 是由碱硅反应产生的。

含碱溶液的侵蚀主要包括化学反应和物理析晶两方面的作用。化学侵蚀是碱溶液与硬化水泥浆组份之间产生的化学反应, 生成胶结能力弱、易为碱液溶析的产物, 例如:

而结晶侵蚀则是因碱液渗入浆体孔隙, 然后蒸发呈结晶析出, 产生结晶压力所引起的涨裂现象。如Na OH渗入后, 再在空气中二氧化碳作用下形成含大量结晶水的碳酸钠Na2CO3·10H2O, 在结晶时也会造成混凝土结构的涨裂[6]。

另外, 还可以用碱硅酸反应 (ASR) 来解释水泥基材料处于强碱性环境下的劣化机理。早在80 年代文梓芸就利用无定形硅胶模拟碱硅酸反应 (ASR) 过程, 提出了著名的“最劣点”化学规律, 即OH-离子腐蚀造成Si O2溶解, 在液相中硅酸根再缩聚成聚合态的溶胶, 这些溶胶的组成随系统原始组成不同而变化, 从而产生最劣点, 这些硅酸碱凝胶才是ASR膨胀破坏的主体[7]。

对于普通水泥砂浆, 因为水灰比较大, 形成的结构较为疏松, 孔隙较多, 有足够的空间容纳更多的水化产物, 当发生碱硅酸反应时, 不会因为材料的内应膨胀而产生微裂纹, 相反, 硅酸碱凝胶膨胀反而会使材料更加密实, 强度更高。而对于RPC而言, 由于水灰比很低, RPC的结构非常密实, 无法容纳因碱硅酸反应而引起的膨胀量, 从而导致结构的开裂破坏。由图1 可以看出, 在碱环境下聚合物改性RPC的抗折强度发展与未改性的RPC不同, 开始时随浸水时间的延长抗折强度增加, 到达一个峰值后, 其抗折强度就随浸水时间的延长而有所下降。出现这种情况的原因, 主要是因为聚合物在水泥基材料中的成膜作用[8]。聚合物所形成的聚合物膜是一种柔性物质, 为硅酸碱凝胶膨胀提供了一定的缓冲空间, 在吸收了硅酸碱凝胶膨胀的内应力的同时, 还使水泥基材料的密实度得到了提高。但是, 聚合物膜提供的缓冲空间毕竟是有限的, 当碱硅酸反应产生的膨胀超过一定限度后, 仍然会造成水泥基材料结构损伤, 导致强度下降。

3 结论

RPC材料耐碱试验研究表明, 随着龄期的增长, RPC材料的强度不断降低, 聚合物改性的RPC材料的强度则是先升高后降低, 但降低的幅度要小于未改性的RPC材料。因此, 掺入聚合物可以改善RPC材料的耐碱性能。

参考文献

[1]Richard P.Reactive powder concrete:a new ultra-high-strength cementitious materials[A].The 4th International Symposium on Utilization of High Strength/High Performance Concrete[C], Paris, 1996.1343-1349.

[2]Richard P, Cheyrezy M.Composition of reactive powder concrete[J].Cement Concrete Research, 1995, 25 (7) :1501-1511.

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[4]Dugat J, Roux N, Bernier G.Mechanical properties of reactive powder concrete[J].Mater Structure, 1996, 29 (4) :233-240.

[5]Taylor H F W.Cement Chemistry[M].New York:Academic Press, 1990:351-354.

[6]段瑜芳.碱激发煤矸石胶凝材料及水化机理的研究[D].上海:同济大学材料科学与工程学院, 2007.

[7]文梓芸, 钱春香, 等.混凝土工程与技术[M].武汉:武汉理工大学出版社, 2004.

活性粉末 第9篇

1 PACT

PACT结合物理吸附[2]和生物降解技术[3]去除污水中的有机物。在生化污泥内加入粉末活性炭, 前者以后者为载体, 利用活性炭的吸附[4]及生化污泥的生物降解[5]作用, 通过鼓风机送入空气曝气, 供给生化反应需要的溶解氧, 生物分解化学需氧量 (CODCr) 生成CO2和新的生化菌体, 总氮水解为氨氮化合物, 后者硝化生成NO3-。

2 含盐污水处理工艺

2.1 原材料

含盐污水主要来自于腈纶生产污水、腈纶纺丝污水、化肥装置污水及炼油装置污水, 水质情况为:CODCr质量浓度900~1 500 mg/L (根据文献[6]方法测定) , 氨氮化合物质量浓度20~70 mg/L, 生物需氧量 (BOD) 质量浓度170~300 mg/L (根据文献[7]方法测定) 。絮凝剂聚合铝 (PAC) 、助凝剂聚丙烯酰胺 (PAM) 及营养盐磷酸氢二钠均为市售品。

2.2 工艺流程

2.2.1 预处理单元

由图1可知, 在加有絮凝剂和助凝剂的条件下, 含盐污水经调节罐、油水分离器、引气气浮[8]及加压溶气气浮[9], 去除污水中的浮油, 然后利用高度差使排水流入生化池中。

2.2.2 生化处理单元

生化池 (74 m×36 m×8 m) 为2座并联运行。每座池设有384个中粗气泡曝气器。在线p H值检测仪可自动控制碱 (含Na OH质量分数为32%) 的加入量, 生化反应p H值控制在7~8。在线溶解氧分析仪检测溶解氧质量分数[10], 以此调整鼓风机供风量, 用以满足生化反应所需的溶解氧量。反应中溶解氧量质量分数应控制在18%~20%。

污水经溶气气浮工艺后, 排水进入分流池, 然后在空气曝气搅动下, 与再生活性炭、新鲜活性炭、回流污泥及营养盐磷酸氢二钠混合, 经溢流堰进入生化池[11]。在絮凝池中, 生化池的出水与PAM混合, 将悬浮物凝聚, 再经澄清池进行活性炭泥与水分离。

经PACT处理的污水, 由澄清池和过滤池进一步去除悬浮物。澄清池底部部分污泥回流至分流池, 以保持其中粉末活性炭质量分数;剩余部分进入废炭湿空气氧化再生系统[12], 经再生后返回分流池使用。

3 处理效果

由图2可知, 当含盐污水进水CODCr质量浓度为920~1 410 mg/L时, 净化处理后排水CODCr低于60 mg/L (一般为30~50 mg/L) 。由此可知, 采用PACT处理含盐污水, 排水CODCr质量浓度得到大幅度降低。

由表1可知, 排水中悬浮物、CODCr和氨氮化合物质量浓度远低于新建炼化一体化工程环境评估报告批复的污水排放标准 (三者依次为:100, 92.93, 20.16 mg/L) , 以及GB 8978—1996一级排放标准[13]。

另外, 经PACT生化处理后的含盐污水排水中硫化物、挥发酚、丙烯腈和Na SCN质量浓度分别由进水的20, 30, 10, 150 mg/L降至排水的1.0, 0.5, 1.0, 0.5 mg/L, 亦达到上述排放标准。

4 结论

活性粉末 第10篇

关键词：碳种-高锰酸钾,PAC负压投加,PAC的最佳投量

1 概述

我国20世纪60年代末期开始注意污染水源的除嗅、除味问题。PAC在上海、哈尔滨、合肥、广州都曾试用过。研究表明:自来水厂中应用粉末活性碳吸附技术, 是一项非常有前景的技术。但是, 由于未能解决该技术在应用方面存在的局限性, 难以发挥PAC技术的优势, 导致技术应用不能达到效果。在自来水厂中的应用必须解决理论依据和应用两大类问题。

2 理论上应解决的问题

根据水厂原水的水质状况, 特别是有机分子量的分布状况, 确定投加粉末活性碳的碳种。根据不同碳种对有机物去除效果不同的实验证明, 预加氯对高锰酸钾无明显影响, 但因预加氯极易造成沉淀池出水有残余氯存在, 从而影响PAC吸附效果。再者, 水源污染期间, 常有挥发酚检出, 取消预加氯, 使之不再形成嗅味更为强烈的氯酚。高锰酸钾-PAC联用组合工艺对常规净水工艺流程, 协同作用, 效果更为显著。

自1998年嘉兴市南门水厂实际生产运行表明, 采用高锰酸钾预处理、滤前投加PAC联用组合工艺, 对降解有机物, 提高去嗅、色能力、效果明显。同时这一组合工艺, 对浊度的降低、矾耗的节约也较显著。因此对一些老水厂来说, 在微污染水源水处理中采用高锰酸钾-PAC联用组合工艺确是一种经济有效的手段。

3 工程应用中应解决的问题

3.1 应用中粉尘飞扬的污染问题

在自来水厂应用中, 由于PAC在诸多环节如装卸、拆包、配制、投加过程中劳动强度大、容易引起粉尘飞扬, 造成工作环境恶劣, 操作人员抵触情绪较强, 也成为制约PAC技术应用的一个关键的、实质性的问题。PAC颗粒很小, 一般为100目至200目, 容重轻, 只有0.6g/cm3左右。操作工人长期在这种环境中工作易患职业尘肺病。所以, 解决粉尘污染问题是当务之急。

为此自来水厂应采用负压配制投加方式进行PAC投加。该方式已经基本解决了粉尘污染问题。具体操作及原理:投碳前, 先往碳浆池内充水, 启动风机从碳浆池抽气, 使碳浆池内形成负压, 空气从投碳口进入池内, 投碳时, 产生的粉尘被吸入池内, 室内不产生粉尘。风机排出的空气中含有大量碳尘, 被送入洗涤塔用自来水洗涤, 洗涤后的清洁空气排到室外, 洗涤后的水夹带大量碳粉形成黑色碳浆回流到碳浆池内。该设备自投产以来运行良好, 是一项避免碳粉污染的实用新技术。

3.2 应用中精确制备和定量投加PAC的问题

为稳定PAC吸附除污染的效果, 应在一定范围内尽量保证加计量的准确, 这不仅关系到处理效果, 也与制水成本密切相关。

为此哈尔滨工业大学曾做过这样一个实验, 实验期间原水质如表1所示。

在装有1L原水的烧杯中加浓度为10mg/ml的PAC溶液, 用ZR3-6混凝搅拌仪搅拌30min (转速为200r/min) , 快速混合30S后再投加2.5mg/L聚合氯化铝, 再快速混合30S (转速为230r/min) , , 絮凝时间为12min[先中速搅拌2 min (转速为150r/min) , 再慢速搅拌10min (转速为150r/min) ], 最后静止沉淀30 min, 取上清液测定嗅阈值。

结果与分析:PAC的最佳投量, 在原水嗅阈值不同时, 主要考察了5种PAC投量 (10、20、30、40、50mg/L) 对去除嗅味的影响。试验发现PAC的除嗅效果与投量呈线性相关, 随着PAC投量的增加出水嗅阈值降低。当原水嗅阈值较低 (<40) 、PAC投量为20mg/L时, 出水嗅阈值下降到7且无异嗅、异味;而原水嗅阈值较大 (>60) 时出水嗅阈值要达到这种水平, PAC投量需增加到40 mg/L。

原水嗅阈值不同时PAC对嗅味的去除率大致相同, 在PAC投量相同时对嗅味的去处除率相差5%左右, 说明原水中嗅味浓度对PAC除嗅率没有直接的影响。而PAC投量对除嗅效果影响很大。投加50mg/L的PAC对嗅味的去除率比投加10mg/L时平均提高了20%, 即PAC投量每增加10mg/L除嗅率就上升4%, 其主要原因是:PAC在除嗅过程中, 其他有机物占用了其部分吸附空间, 导致PAC投量小时对嗅味的去除率很低;而PAC投量增加后, 增加的那部分投量相应地补充了吸附其他有机物所耗量的碳量, 提高了对嗅味的去除率。

4 结论

根据长时间的理论研究以及工程实践表明:粉末活性碳投加作为一项应急性的水质改善手段, 只要正确解决技术使用上的碳种选择、投加量、投加方式等问题, 便可以较好地提高水厂的出厂水质, 特别是对有机物 (CODMN) 、色度等水质指标的改善。

参考文献

[1]王学云.活性碳吸附技术中几个问题的探讨[J].城镇供水, 1997, (4) :24-26.

[2]“八五”国家科技攻关课题.粉末活性碳吸附技术研究报告.同济大学, 1996