石材加工污水净化处理系统的设计

陈冀渝

花岗石等石材按其用途切割研磨，加工成所需形状。通常为了在用圆盘锯切割石材加工中抑制切割产生粉尘，边注水边切割，由此含有切割产生石粉的污泥水直接流入厂外或河流，对其造成污染，严重危害自然环境。因此，必须进行净化处理。曾有关专业文献报道了一种过滤切割石材产生的污泥的脱水回收系统，但使用中，此回收系统由于很易产生堵塞，不仅需频繁进行过滤清扫处理，还需更换过滤器。对此，国外一企业推出一款石材加工净化系统。

1 系统设计

该系统主要由加工石材、切割洒水和回收污水环节组成，并设有高分子微滤器，过滤由回收装置回收的污水。该高分子微滤器为多孔质层，具有由成为多孔质空间的独立核空间和连通多个独立核空间的连续微小空间构成的球状结构。回收污水装置以使用，设在加工石材下方。多孔质层以纤维具有不同化的1个以上凸部和/或凹部断面形状形成。多孔质层由非织布与浸渍在不织布纤维层的多孔质树脂一体化构成。微滤器还含有较多孔质层下部端孔隙率高的非织布中间纤维层、中间层下部端形成的支撑层与在支撑层下部端形成较中间纤维层孔隙率高的非织布基材纤维层。下面通过示意图对该系统作详述。

图1是石材切割加工系统构成示意图。如图1所示，石材切割加工系统设有石材放置台、切石圆盘锯、供对石材洒水的洒水栓、回收洒水的的回收排水皿、过滤排水回收皿中水的高分子微型滤器。放置台主面设有多个辊，便于调整石材位置。放置台主面设有多个排水孔，可利于放置台上的水排水。圆盘锯由支柱架支撑，可上下前后左右滑动。在该系统中的放置台左右分别设有洒水栓，可有效抑制粉尘。切割石材时，由洒水栓边洒水，边防止粉尘飞散。洒水吸收粉尘，落在排水回收皿上，流入下行倾斜面，集汇在排水口，送入高分子微型滤器过滤。

图1 石材切割加工构成系统示意图

通过反复切割石材作业，由高分子微型滤器中固体物沉集，过滤效率降低，需除去固体物。因此，高分子微滤器要定期进行逆洗，或用刮板清洗。详述如下：高分子微滤器由形成多孔质空间核的独立核空间与连通与许多独立空间间的连续微空间形成，构成特有结构的多孔质层即表层，不仅提高过滤性能，而且便于消除堵塞。图2是高分子微滤器结构断面图。如图2所示，高分子微滤器设有具有非织布纤维断面形状异型化形成的特定构造多孔质层、较多孔质层下部端以非织布形成的多孔质层空隙率高的中间纤维层、以织布、网格、及其它多孔膜等增强材形成于中间纤维层下部端的支撑层和较以非织布形成于支撑层下部端中间纤维层空隙率高的低部纤维层。多孔质层、中间纤维层和低部纤维层的非织布材质为聚酰胺、聚酯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚氯化亚乙烯等合成纤维。各层的平均纤维直径按空隙率适当选定。多孔质层的合成纤维平均直径最好为3～25μm，其直径过大，空孔增大，空隙率增大，过滤性易降低。从耐水性、耐化学性、耐候性方面考虑，以使用聚酯和聚丙烯合成纤维为好。高分子微滤器单位面积重量最好为500～1000g/m2。其单位面积重量小于500 g/m2，难以耐水压，耐久性易降低；大于1000 g/m2，过滤器降低。支撑层由织布、网材、及其它多孔膜增强材设置在中间纤维层与底部纤维层之间而形成为好。增强材宜长丝和复丝的织物基布，但也可使用氨纶弹性织布。此外，使用网状材时，最好由不锈钢丝与聚酯等复合的材料以纵横网目状配置。高分子微滤器表观密度为0.35～0.55g/cm2。其表观密度小于0.35 g/cm2，与污水接触面积的过滤面积不充分，过滤效率降低；大于0.55 g/cm2，通水量不充分，难以过滤大量污水。高分子微滤器以98kPa压力差下空气通过量（cm3/s）/cm2～10（cm3/s）/cm2构成为好。其空气通过量应保持在此范围内，否则不是通水量不充分，大量污水难以过滤，就是与污水接触的纤维量不充分，过滤效率低下。

图2 高分子微滤器结构断面图

图3是高分子微滤器多孔层结构主要部位断面图。如图3所示，多孔质层为特定的多孔状结构，由形成多孔质层的非织布纤维层浸渍，与非织布一体化的多孔质树脂、多孔质层中成为多孔质空间核的独立核空间与连通许多独立核空间间的的连续微空间组成。多孔质层的连续微空间（连续气泡）的平均空孔径以0.5～8μm为好，最好1～4μm。过小，易产生堵塞；大量污水难以通过，过滤效率降低；过大，通水量增多，过滤性能降低，特别是难以捕集微小悬浮物质进入内部空孔，形成闭塞状态，用逆洗和洗涤也不能除去。多孔质层厚度为10～1000μm为好（最好100～1000μm）。其理由是过薄，不能充分确保连续微空间，过滤能力不足，而且用毛刷物理清洗，短时间内多孔质层整体破损，特定的过滤构造效果降低，使用寿命缩短；过厚，通水性不足，易降低过滤性能。由于多孔质层厚度保持在10～1000μm范围内，即使多孔质层表层破损，间层会作为新表的层，可在连续微空间继续进行过滤，从而使多孔质层具有良好的过滤可靠性和长使用寿命性。

图3 高分子微滤器多孔质层结构主要部位断面图5－多孔质树脂；5a－独立核空间；5b－连续微空间

图4是形成多孔质层纤维构造的样式斜视示意图。如图4所示，一种是在形成多孔质层的纤维圆周上形成许多凸部；一种是在形成多孔质层的纤维外周处，凸部为螺旋状的凸条；一种是形成多孔质层的纤维外周表面形成许多约呈球状的凸部。这些形状的凸部是将纤维材通过在表面相对应形成上述各种凹凸部的压延辊间而形成。凸部大小取决于纤维直径，纤维径为10～25μm时，凸部直径最好为2～5μm：过小，异型化效果不充分，通水性易降低；过大，难以维持断面形状，制作效率降低，而且空隙率高，过滤性易降低。在高分子微滤器多孔层形成工序中，具有以各凸部异型化的断面形状的纤维可用针刺机和喷水织机等装置，三维交织，形成多孔质层，由此可形成连通独立核空间略均匀的连续维空间，多孔层连续微空间（微细空孔）的平均空孔径以0.5～8μm，最佳1～4μm。

图4 形成各种多孔质层的纤维结构样式斜视图

图5是形成另种多孔质层纤维构造的断面示意图。如图5（a）所示，在纤维外周形成5个凸部；如图（b）所示，在纤维外周形成4个凸部；如图5（c）所示，在纤维外周形成3个凸部。如图5（d）所示，在纤维外周形成4个凹部，图5（e）所示，在纤维外周形成3个凹部，图5所示，在纤维外周形成2个凹部。通过由具有与图5所示纤维相同断面形状的金属模具拉伸纤维，可使纤维断面形状异型化，在纤维纵向连续形成凸条和凹条。延伸时，捻扭纤维，可形成螺旋状的凸条和凹条，见图4。此外，纤维在液中拉伸，可有效维持异型化断面形状，制作性良好。图5中显示的是断面形状异型化的2～5个的凸部和凹部，凸部和凹部亦可形成2～8个。凸部和凹部少于2个，异型化效果不充分，通水性易降低，过滤效果不理想；其多于8个，难以保持断面形状，制作性低下，而且空隙率高，易降低过滤性能。此外，图4和图5所示的各种纤维可单独使用，亦可几种类组合使用。

图5 形成多孔质层的纤维结构另种设计样式断面图

2 使用效果

如上构成的高分子微滤器具有以下作用：具有此构造的上部端多孔质层孔细，有效捕集表面部污水中的颗粒，阻止进入内部，过滤性良好。过滤时，由上部端多孔质层向下部端的低部纤维层，调整各层空隙率，使空隙率增大，即便是微小的悬浮物质亦可在多孔质层表面捕集，过滤，同时污水的过滤水由下部纤维层迅速排出，过滤性良好。上部端多孔质层孔细，下部端下部纤维层孔大，通过逆洗和毛刷物理性清刷，易除去附着在多孔质层表面的悬浮物质，难以产生堵塞，可长时间连续使用，维护性和实用性良好。中间纤维层与下部纤维层之间形成支撑层，可增强整体层体，防止纵横变形，提高耐久性。可由低部纤维层调整高分子微滤器整体厚度和强度，用刮子和刷子清刷时，因缓冲性可吸收冲击，多孔质层难以产生破损，同时过滤水自由移动流出。形成多孔质层的纤维凸部和凹部具有异型化的断面形状，多孔质层内形成约均匀的连续微空间，过滤均匀性良好。由于多孔质层具有多重形成略均匀的连续微空间的特定结构，多孔质层表面纤维即使断裂，内部纤维形成的连续微空间可继续过滤，因此，过滤性能可靠性良好，使用寿命长。由于高分子微滤器可进行重力过滤，难以出现堵塞，来自外部轻微冲击，便可剥离悬浮物质，因此，除逆洗洗洁外，可用刷子、刮板、喷水枪喷洗、吸气器等来清洗，也适用于浓度高的污水，通用性好。由于用刷洗和刮等，洗净，附着在多孔质层表面悬浮物质以凝集状态剥落，可沉淀到过滤槽底部，防止污水浓度变浓，获得稳定的过滤流量。

由于高分子微滤器不需要过滤压力装置，节能性好，过滤装置整体小型化，轻质、可提高过滤操作性。不需要使用凝集剂，可使污水中含有的矿物质成分残留下来，只除去悬浮物质，进行净化处理，处理后的清水放流入河流中，有利于环境保护。此外，即便污水中的悬浮物质附着在高分子微滤器多孔质层表面，也不会导致过滤效率降低，保持良好的过滤性能，具有良好的适用性和可靠性。

图6是高分子微滤器多孔质层的另种设计方式断面图。图6（a）是主要部位断面图，图6（b）是a图中A 显示部位的放大示意图。如图所示，构成多孔质层的一部分非织布纤维为向连续微空间内侧伸出的结构。构成多孔质层的非织布纤维平均直径d1较连续微空间d2小。如图6所示，多孔质层构成时，多孔质层的连续微空间（连续气泡）15b平均空孔径以0.5～8μm为好。构成多孔质层的非织布纤维平均直径d1在8μm以下，最好在4μm以下。连续微空间平均空孔径d2小于0.5μm，通水性大幅降低，过滤效率差。构成多孔质层的非织布纤维平均直径d1大于8μm时，由于连续微空间平均空孔径d2要较非织布纤维平均直径d1更大，微小固体物质难以捕集，堆积于空孔，形成堵塞状态，无法用逆洗和洗净除去。因此，连续微空间平均孔径d2在4μm以上，非织布纤维平均直径在d1在4μm以下为最好。按这样构成，即使过滤微颗粒进入连续微空间内，由于留在非织布纤维上，可防止其进入多孔质层内部深处，这样可避免高分子微滤器堵塞。此外，即便逆洗，微颗粒也进入不到多孔质层深处。因此，洗净效果提高。

图6 高分子微滤器多孔质层结构另种样式设计断面图图6（a）1－多孔性树脂；5a－独立核空间；5b－连续微空间图6（b）1－纤维；5－多孔质性树脂；5b－连续微空间；d1－平均纤维径；d2－平均空孔径

3 结束语

正如上述，采用该设计的石材切割加工过滤系统，使用高分子微滤器过滤悬浮污水，可除去悬浮水中含有的微细固体分，大幅降低悬浮污水对环境造成的不良影响，特别是高分子微滤器可有效微细固体分，较便于消除堵塞，提高过滤效率。