表面活性剂处理（精选12篇）
表面活性剂处理 篇1
1 概述
本项目废水处理工程总设计规模为300.0 m3/d, 其中高浓度废水50.0 m3/d, 低浓度废水 (生活废水) 250.0 m3/d, 24小时连续运行, 每小时处理能力12.5m3。针对企业实际生产情况, 结合同类工程的经验, 本研究小组提出表面活性剂废水处理及回用技术。
1.1 设计水质及排放要求
本工程设计进出水指标:根据企业及当地环保部门要求, 设计进水水质COD12500mg/L, 设计出水COD100mg/L, 其他指标满足污水综合排放标准一级标准。回用水参照《城市污水再生利用城市杂用水水质》中各指标。
2 工艺选择
表面活性剂废水属高浓度的有机废水, 表面活性剂LAS为首要污染物, 对LAS的预处理至关重要, 预处理之后同低浓度废水混合进行综合处理, 具有回用要求的进行深度脱盐处理。
高浓度废水预处理主体工艺选电絮凝, 综合废水处理主体工艺采用水解酸化+MBR, 回用主体工艺选择反渗透+消毒工艺。
2.1 高浓废水预处理工艺
电化学法:电絮凝处理表面活性剂废水是一种对环境二次污染较小的废水处理技术。电化学学科和电力工业的发展使电絮凝用于废水处理的成本大大降低, 竞争力不断增强。电絮凝法处理表面活性剂废水, 设备体积小, 占地面积少, 操作简单灵活, 污泥量少, 后续处理简单。
电絮凝原理为:可溶性阳极在通入电流作用下, 溶解产生大量阳离子, 阳离子经过水解、聚合形成一系列多核羟基络合物和氢氧化物, 这些产物吸附能力很强, 起到对表面活性剂废水的凝聚、吸附等作用。电解过程中, 阳极和阴极上产生的氧气和氢气, 黏附性能很强, 在其上浮过程中将悬浮物带到水面上。在电流作用下, 还会发生电解氧化还原反应。影响电絮凝对水的处理效果主要包括电极材料, 电流密度, 反应时间, 极板间距, 原水p H值等。
2.2 综合废水处理工艺
2.2.1 水解酸化。
水解酸化处理方法是一种介于好氧和厌氧处理法之间的方法, 和其它工艺组合可以降低处理成本提高处理效率。
用厌氧法及水解酸化工艺对表面活性剂废水进行处理可以避免产生大量的泡沫, 但表面活性剂会对厌氧处理过程产生一定程度的抑制。
2.2.2 MBR膜生物反应器。
MBR (膜生物反应器) 是把膜技术与污水处理中的生化反应结合起来的一门新兴技术, 也称作膜分离活性污泥法。膜生物反应器 (MBR) 用膜对生化反应池内的含泥污水进行过滤, 实现泥水分离。一方面, 膜截留了反应池中的微生物, 使池中的活性污泥浓度大大增加, 达到很高的水平, 使降解污水的生化反应进行得更迅速更彻底, 另一方面, 由于膜的高过滤精度, 保证了出水清澈透明, 得到高质量的产水。不管被处理的污水类型如何, 也不管采用何种商业化的MBR工艺, 对于所有的好氧MBR工艺而言, 都能获得非常高质量的出水水质。所有MBR的共同特点是:有机物与营养物质的高速度和高效率去除、固体物质完全去除、优良的消毒特性以及占地面积小, 耐冲击负荷强。
2.3 深度处理及回用工艺
2.3.1 砂滤/炭滤。
在水质预处理系统中, 活性炭过滤器能够吸附余氯, 同时还吸附小分子有机物等污染性物质, 对水中异味、胶体及色素、重金属离子、COD等有较明显的吸附去除作用。活性炭过滤器的工作是通过炭床来完成的。组成炭床的活性炭颗粒有非常多的微孔和巨大的比表面积, 具有很强的物理吸附能力。水通过炭床, 水中有机污染物被活性炭有效地吸附。此外活性炭表面非结晶部分上有一些含氧管能团, 使通过炭床的水中之有机污染物被活性炭有效地吸附。
石英砂滤器是一种压力式过滤器, 利用过滤器内所填充的精制石英砂滤料, 当进水自上而下流经滤层时, 水中的悬浮物及粘胶质颗粒被去除, 从而使水的浊度降低。
2.3.2 反渗透。
反渗透膜可以有效去除废水中溶解性无机物, 降低回用水电导率, 基本上达到市政自来水水平 (电导率小于300μs/cm) 。
本工程回用水用作绿化, 按照标准要求溶解性总固体小于1000mg/L, 因此需要进行脱盐处理, 目前反渗透系统是工业废水深度处理回用脱盐的主要手段之一。 (离子交换法因为对待处理水有机物浓度、盐分等要求更高, 因此不适用于工业废水深度处理脱盐。)
反渗透又称逆渗透, 一种以压力差为推动力, 从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为它和自然渗透的方向相反, 故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压, 就可以使大于渗透压的反渗透法达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。
反渗透的截留对象是所有的离子, 仅让水透过膜, 对Na Cl的截留率在98%以上, 出水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质, 也即能截留所有的离子, 在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛, 如垃圾渗滤液的处理。
2.3.3 臭氧-生物炭。
臭氧-生物炭技术联用技术在废水深度处理或者RO膜浓缩液处理上具有独特的优势。原水首先经过臭氧氧化, 将难降解的有机物开环断链, 降解成小分子的易生物降解的污染物;后续在生物炭的吸附-生物降解作用下, 有效保障处理要求。生物炭巨大的比表面积一方面可以吸附难降解有机物, 另一方面作为微生物的载体, 有利于培养、驯化高效生物菌落。
2.3.4 消毒。
过滤出水进入接触消毒池, 利用二氧化氯的消毒作用去除水中微生物, 防止藻类生长。二氧化氯的消毒能力次于臭氧而高于氯, 与臭氧相比, 其优越之处在于它有剩余消毒效果, 但无氯臭味。
3 工程设计
3.1 工艺流程
本项目废水处理工程具体工艺流程:50 m3/d高浓度废水经格栅调节池、PH调节、电絮凝反应与250m3/d生活废水混合后经水解酸化、MBR到中间水池, 部分达标排放;200m3/d达标排放水经精密-活性炭过滤、反渗透系统、消毒系统其中100m3/d回到回用水池, 100m3/d浓水经臭氧-活性炭处理达标排放。
3.2 流程介绍
3.2.1 高浓度废水预处理。
高浓度废水经收集后汇集至格栅井, 格栅井去除大体积污染物、漂浮物。经格栅处理的废水收集在高浓度废水调节池, 均化水质水量, 调节池内设置搅拌系统, 保证均化效果。调节池废水用泵提升到p H调节池, 投加酸调节废水p H到合适值, 后自流到一体化电絮凝装置, 通过高频脉冲电解絮凝, 降解污染物浓度, 达到预处理效果。电絮凝污泥在沉淀池中自然沉淀, 沉淀污泥经污泥泵输送至污泥浓缩池。电絮凝上清液出水自流到综合废水调节池。
3.2.2 综合废水处理。
生活废水经格栅隔油处理后进入综合废水调节池, 调节池内设置空气搅拌系统, 保证生活污水和经预处理后高浓废水的均化效果。综合废水用泵提升到水解酸化, 通过缺氧微生物的水解作用, 分解大分子, 提高废水生化性, 水解池废水自流到MBR池。废水在MBR池内通过好氧微生物作用降解污染物, MBR采用浸没式膜组件, 高效泥水分离, 保证较高的污泥浓度和较低的污泥负荷, 抗冲击能力强, 污染物去除效果好, 以确保最终处理水质。MBR出水自流到中间水池, 根据需求直接排放或提升到后续回用系统。
3.2.3 回用处理。
中间水池废水用泵经精密过滤器、活性炭过滤器之后增压至到反渗透系统, 精密过滤器主要用来保护反渗透系统高压泵等。反渗透产水 (淡水, 综合考虑用水情况, 回用水可用淡水、浓水或者部分中间水池外排水勾兑而成。) 收集到回用水池, 经消毒后根据需求回用到回用点。反渗透浓水由于有机物富集, 为了有效保证达标排放, 本方案设置浓水处理设施, 采用臭氧-生物炭工艺, 根据实际情况运行, 确保浓水达标。
3.2.4 加药系统。
本工程需要投加酸、电解质等水处理药剂由自动加药系统加入。
3.2.5 污泥脱水系统。
物化污泥及剩余生化污泥在污泥池中收集, 经重力作用自然沉降浓缩后, 经螺杆泵输入板框压滤机脱水, 脱水污泥委托外运处置。
3.3 各单元处理效果沿程去除率
高浓度废水预期处理效果, p H调节+电絮凝反应器去除60%COD, 浓度降至5000, 去除85%LAS, 浓度降至430;综合废水通过水解+MBR+中间水池去除92%COD, 浓度降至98, 去除94%LAS, 浓度降至5;回用处理通过精密过滤-活性炭过滤-反渗透-消毒工艺淡水COD小于20, LAS小于0.5, 电导率小于300μs/cm;浓水通过臭氧-生物炭技术COD达到100以下。
3.4 技术特点
(1) 电絮凝法作为预处理, 处理效果好, 设备自动化程度高, 运行费用低; (2) 采用水解酸化工艺, 能耗低, 工艺成熟, 剩余污泥量少; (3) 采用MBR工艺, 占地节省, 能耗低, 效果好, 出水水质好; (4) 回用采用砂滤-炭滤, 去除悬浮物、胶体、生物碎片, 吸附少量有机污染物, 采用反渗透去除废水中盐份, 能耗低; (5) 浓水采用臭氧-生物活性炭, 集高级氧化、生物处理、吸附等工艺于一身, 去除有机物效果好。
摘要：阴离子表面活性剂以直链烷基苯磺酸钠为主, 生产生活的广泛应用对水环境及生态均造成不利影响, 废水处理达标排放也造成水资源的浪费, 通过对各种工艺比较, 确定采用电絮凝-MBR-反渗透工艺, 保证达标排放, 满足回用水要求。
关键词：表面活性剂废水,电絮凝,MBR,深度处理回用
参考文献
[1]崔励, 王雅娜.表面活性剂处理研究现状与展望[J].工业水处理, 2008.
表面活性剂处理 篇2
泡沫分离-Fenton氧化工艺处理表面活性剂废水
摘要：采用泡沫分离-Fenton氧化工艺进行处理某炼油公司含SDBS和Brij30废水,研究了气体流速、废水流速、塔内液体高度、pH 和Fenton试剂用量对处理效果的影响.得到了优化后的工艺条件为:Fenton试剂用量 0.05 mol/L,气体流速0.054～0.072 m3/h,分离塔内液体量为1.8～1.9 L,废水流速2.0～2.2 L/h,Fenton氧化处理pH=3～4.在此最佳工艺基础上进行了工业侧线实验,实验表明,采用泡沫分离-Fenton氧化工艺可将废水中SDBS和Brij30分别降至2 mg/L和5 mg/L以下.作 者：王毅 冯辉霞 张婷 魏云 WANG Yi FENG Hui-xia ZHANG Ting WEI Yun 作者单位：兰州理工大学,石油化工学院,甘肃,兰州,730050期 刊：应用化工 ISTIC Journal：APPLIED CHEMICAL INDUSTRY年，卷(期)：2010,39(8)分类号：X703.1关键词：泡沫分离 Fenton试剂 表面活性剂 去除
表面活性剂处理 篇3
关键词 消除；混凝土；气泡
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0140-01
近几年，随着我国经济的发展，人们的生活水平得到了提高，对建筑外观、居住环境也越来越重视，很多住宅用户将混凝土的外观质量作为评价建筑质量的重要指标。在混凝土浇筑过程中，如果混凝土中的含气量增加，其抗压强度将会降低，为了降低这种缺陷，一般混凝土拌合中会加入少量的引气剂，这样就可以保证混凝土中的气泡形成微小均匀的气泡，使得混凝土密闭独立，从混凝土结构理论来讲这些直径非常小的气泡能够形成毛细孔，可以在不减小混凝土强度的前提下增加混凝土的耐久性。但是在实际施工中，现浇混凝土总是存在一定的质量问题，这些主要是由于模板安装及混凝土浇筑时的质量问题所引起的，这些质量问题一般为麻面、蜂窝、空洞、露筋、裂缝等，如果没有做好修理，就可能导致钢筋锈蚀降低结构的承载能力。本文就针对混凝土的施工和外观质量进行分析，提出消除混凝土表面气泡的施工措施。
1 气泡产生的机理分析
气泡的产生主要是一种物理现象，在施工过程中，主要与管理方法、施工人员的施工行为、施工环境、施工原材料的质量、施工工艺等情况相关，下面就分别进行分析。
1.1 施工材料方面的原因
1）混凝土结构设计。混凝土结构在设计过程中如果过分追求线形和美观，在一定程度上就增加了混凝土表面气泡出现的机率，因为要设计曲线型的混凝土构件，就要增加钢筋的设置，一旦混凝土保护层厚度过薄，就会在表面留下气泡。
2）原材料不合格。施工材料中针片状含量过多，在拌制混凝土过程中，这些针片状不能很好的形成结构，并且在搅拌中会产生大量的气泡，细料也不能及时填充内部的孔隙，最终形成自由空隙，产生气泡。
3）水灰比不合适。水泥用量和水灰比是产生气泡的重要原因。如果在能够满足混凝土强度的前提下，增加水泥用量，减少水的用量，气泡会减少。其原因是多余水泥净浆可以填塞因集料级配不合理或者其他因素导致的空隙，而水的减少可以使自由水形成的气泡（混凝土中水泡蒸发干后，便成为气泡）减少。另外，在水泥用量较少的混凝土拌和过程中，由于水和水泥的水化反应耗费部分用水较少，使得薄膜结合水、自由水相对较多，从而让水泡形成的机率增大，这便是用水量增大、水灰比较高的混凝土易产生气泡的原因所在。
4）混凝土中掺合料控制不好。为了保证混凝土的和易性和满足长途运输要求，常常在混凝土中添加适量的掺合料，添加这种掺合料后，可能会在混凝土搅拌过程中带入大量气泡，这些气泡可以保证混凝土的和易性、可泵性，但是在添加过程中，施工人员没有掌握好量，最终导致混凝土的质量欠缺。
1.2 施工工艺方面的原因
混凝土表面气泡的形成除了和原材料、坍落度、配合比、级配情况、掺合料等有关，同时还与施工工艺有关。
1）混凝土的搅拌时间。在混凝土搅拌过程中，规范对搅拌时间做了严格的规定，其中混凝土的搅拌时间对混凝土内部是否产生气泡没有很大的影响，但是如果搅拌时间不够，搅拌的就会不均匀，同样的水灰比外加剂会有不同的影响，搅拌到的地方可能会有过多的气泡，而未搅拌到的地方可能会出现坍落度不够，在混凝土运输过程中会出现离析现象，同时过分的搅拌会使得混凝土中夹带着过量的气泡带来一定的负面影响。
2）混凝土振捣。在混凝土浇筑过程中，应该做好振捣工作，振捣施工人员的行为对混凝土表面出现气泡的情况有着根本的不同，作为混凝土结构，振捣的时间越久，混凝土的密实性应该愈好，但是在实际振捣过程中，过多的振捣可能导致内部的气泡不能及时上浮，反而会出现离析现象；对于未振捣的地方可能会出现过多的表面气泡，可见欠振和过振都会使得混凝土出现不密实而导致混凝土出现空洞和气泡。
1.3 产生气泡对混凝土的危害
当混凝土中的气泡粒径在50 mm以下，这对增加混凝土的耐久性和抗冻性有很大的帮助，一般这样的气泡都是通过添加引气剂得到的，这些较小的气泡同时可以保证混凝土构件的脆性而增大混凝土的韧性，对混凝土的危害主要表现在以下方面。
1）降低了混凝土的强度。如果没有做好表面气泡的消除工作，这些气泡就减少了混凝土截面面积，导致混凝土构件内部不密实，从而降低了混凝土构件的强度。
2）降低混凝土构件的耐腐蚀性能。混凝土构件表面出现了大量的气泡，降低混凝土构件的保护层厚度，加速了混凝土构件表面碳化的过程。
2 防治措施
1）把好混凝土原材料进场关。做好材料的采购工作，混凝土中所用的原材料，如水泥、砂石等对混凝土的浇筑质量产生很大的影响，在进场前材料管理人员要对所有的材料进行检查和验收，对于水泥进场应该做好出厂合格证、质量证明文件等，同时还要对这批材料进行抽样检查，保证强度、初凝时间、安定性是否合格等；对于粗集料应该做好含泥量的检验，保证含泥量控制在3%以内，并且选择粒径合适的砂子，不得使用山砂和有颜色的河砂。
2）控制混凝土拌和质量的措施。做好混凝土的搅拌施工，施工技术人员应该严格按照设计配合比进行配料，在配料过程中，应该对砂石的含水量进行测量，然后根据设计配合比进行调整，保证配制出来的混凝土满足设计要求；在混凝土中添加掺合料、引气剂等时，应该做好控制工作，严格按照设计要求取料；严格控制水灰比，根据现场的含水量来调整用水量，保证水灰比满足要求；在混凝土制备完成后，应该对其进行坍落度检验，保证混凝土的性能。
3 施工过程的措施
1）模板安装与清洁揩油。在低温环境中，为了保证气泡的及时排除，应该采用轻机油脱模剂，最好选用水性的、树脂类的，这样可以消除表面的气泡，在涂抹前，应该利用小砂轮清理钢模板上的浮锈，然后用抹布清理干净，最后利用棉纱进行揩油。模板接缝用垫海绵条的方法处理，以防漏浆。在施工过程中如因水泥浆溅到模板或别的原因弄脏模板，在浇筑完一层混凝土时，必须用棉纱把模板上的污迹擦干净，保证混凝土表面的光洁度，减少气泡。
2）混凝土的振捣。混凝土浇筑前，应检查钢筋位置和保护层厚度是否准确，垫块是否按要求固定好。混凝土自由倾落高度超过2 m时，要用串筒或溜槽下料，避免混凝土离析。控制振捣时间，做到不要欠振，不要过振。配备有经验的专职振捣员。合适的振捣时间可通过观察来判断：混凝土不再显著下沉，不再出现气泡，混凝土表面出浆呈水平状态，边角混凝土也充实填满。
只要分析清楚气泡的成因，找出适合的办法，混凝土的表面气泡是可以消除的。值得注意的是，气泡的产生往往不是单一的原因造成的，解决的办法也不是一成不变的，应该具体问题具体分析。另外，在消除气泡问题的同时要综合考虑其他技术指标，不能片面强调某一方面，否则将会顾此失彼，得不偿失。
参考文献
[1]张国华.谈如何消除混凝土表面气泡[J].2010.
[2]王庆柏.如何消除混凝土表面的气泡[J].2005.
[3]王东平.如何消除混凝土表面气泡[J].2006.
表面活性剂处理 篇4
1 表面活性剂
1.1 表面活性剂的定义及特点
表面活性剂具有亲水、亲油和特殊吸附特性, 少量加入就能显著降低溶表 (界) 面张力。表面活性剂分子同时含有极性的亲水基和非极性的亲油基两部分结构。亲水基与水分子作用而使表面活性剂引入水相, 同时亲油基与水分子相排斥, 与弱极性或非极性分子作用, 使表面活性剂分子引入油相 (溶剂) 。表面活性剂溶于水后, 在低浓度下以单分子状态分散在水中或吸附在界面上的, 随着其浓度增加, 界面逐渐被表面活性剂占满, 为保持在水中的稳定, 表面活性剂开始靠分子间引力而相互聚集, 形成胶束, 浓度达到临界胶束浓度 (CMC) 以后, 会形成胶团, 增溶作用才明显表现出来。这些性质对有机污染物和重金属污染物的环境化学行为和生物有效性有很大影响。
1.2 表面活性剂在有机污染修复中的应用
多环芳烃 (PAHs) 等有机物具有毒性及致癌性, 它们残留在土壤和水体中造成的有机污染已经成为严重的环境问题。有机污染物在环境中迁移转化的一个重要因素就是水溶性。我们常将微溶于水的有机污染物称为非水相液体 (nonaqueous phase liquids, NAPLs) , NAPLs的迁移过程受到其本身物理化学性质、土壤性质, 渗漏条件等很多因素控制, 通过滞留、溶解、挥发等过程对空气、水体以及土壤造成污染。而表面活性剂能使NAPLs的溶解度显著增大。Sanchez-Camazano等[1]研究了阴离子表面活性剂SDS对土壤中莠去津的洗脱作用, 结果显示当表面活性剂浓度低于CMC时, SDS仅能增强高有机质含量土壤上莠去津的洗脱去除作用;当SDS浓度高于CMC时, 对所有土壤中的莠去津的脱附作用都有所增强, 增强能力取决于土壤有机质含量的大小。表面活性剂通过增溶作用影响有机污染物的迁移转化, 兼具洗脱效率高和修复时间短的优点, 从而能够很好地应用于有机污染土壤和地下水修复, 已引起广泛关注。
2 表面活性剂回收技术
表面活性剂增效洗脱修复的运营成本往往由于表面活性剂化学品的成本而增加近50%, 这在经济可行性上是难以接受的。目前回收再利用表面活性剂的方法包括胶束增强超滤法, 混凝沉淀法, 泡沫分离法, 溶剂萃取法, 光化学处理法和吸附法等。
2.1 胶束增强超滤法
超滤技术主要以超滤膜的高渗透性分离溶液中的溶质和溶剂, 溶剂或相对分子质量小的物质可透过膜, 而各种可溶性大分子和胶体被截留。胶束增强超滤法 (MEUF) 即利用表面活性剂的胶束粒子来吸附水中尺寸过小的有机分子或增溶有机物, 使有机胶束无法通过超滤膜而被截留, 从而实现分离并可以从截留物中回收表面活性剂。Bhat等[2]利用MEUF去除水体中甲酚和CPC胶束, 结果表明由于极性高的有机溶质与胶束之间的吸引作用, 极性高的溶质倾向于溶解在胶束表面附近。另一方面疏水性溶质则更大程度地溶解于胶束内部。在胶束增强超滤法中, 分离之后的表面活性剂胶束需要通过盐沉淀和萃取法使有机物从胶束上解析, 从而达到回收再利用表面活性剂的目的。
2.2 混凝沉淀法
混凝沉淀法是加入混凝剂将水中的胶体粒子和微小悬浮物聚集起来, 通过沉淀之后过滤到达分离的目的。低浓度的表面活性剂在水体中主要以分散和吸附在胶体颗粒表面两种形式存在, 所以可以选择合适的药剂处理水中的表面活性剂。AK.Vanjara等[3]在含CPC的水体中加入Cu Cl2作为混凝剂, 认为在水体中加入与表面活性剂电性相反的离子可以很容易沉淀表面活性剂, 达到较好的回收效果。混凝沉淀法回收表面活性剂成本较低, 而且工艺成熟, 但是药剂用量大, 对表面活性剂的回收效率不高, 需要与其他方法联用才能达到完整的回收目的。而且在实际操作中容易产生大量的废渣与污泥, 只适合作为表面活性剂废水的预处理工艺。
2.3 泡沫分离法
泡沫分离法是向待处理的废水中通入压缩空气产生大量的气泡.使废水中的表面活性剂优先吸附于分散相和连续相的界面处, 并随气泡的浮力上升至水面富集形成泡沫层, 除去泡沫层与液相主体分开, 即可将表面活性剂从水中分离出来进行回收。
泡沫分离法在我国也已有工程应用的实例, 田兆君等[4]采用泡沫分离结合混凝沉淀法处理含表面活性剂的煤矿井水, 表面活性剂的平均去除率达到90.1%, 完全达到了废水排放标准。然而泡沫分离法对有机污染物去除率较低, 尤其对于高浓度表面活性剂废水的处理效果更差, 适合处理低浓度表面活性剂废水。
2.4 溶剂萃取法
溶剂萃取又称液液萃取或抽提。在表面活性剂与有机污染物混合物中加入与有机物不相混溶 (或稍相混溶) 的选定的溶剂, 利用其组分在溶剂中的不同溶解度而达到分离或提取目的, 适合于去除难挥发性有机污染物, 同时回收表面活性剂。Dal-Heui Lee等[5]使用连续柱萃取方式, 使用己烷以及二氯甲烷作为萃取剂从阴离子表面活性剂二苯基氧化物二磺酸盐 (DOSL) 与甲苯和1, 2, 4-三氯笨混合液中回收表面活性剂。结果显示萃取剂流速为30m L/min时, 甲苯和1, 2, 4-三氯笨被去除98%所需时间为5小时, 能够有效地与表面活性剂分离, 并且回收的表面活性剂可以重复使用, 认为连续柱萃取法对于回收表面活性剂是经济可行的。
2.5 吸附法
吸附法是利用多孔性固体吸附剂处理表面活性剂与有机污染物混合液, 污染物的一种或几种组分在分子引力或化学键力的作用下, 被吸附在固体吸附剂表面, 从而达到污染物分离的目的, 并回收被吸附的表面活性剂。
从土壤洗涤液中回收表面活性剂的主要要求是吸附的污染物具有高选择性。常用的吸附剂主要有吸附树脂、活性炭、硅藻土、高岭土、膨润土等。常温下活性炭对表面活性剂废水处理效果较好, Garcia MT[6]研究了污水处理厂的活性碳对表面活性剂的吸附作用, 发现活性碳对表面活性剂吸附作用随着LAS中烷基链长度的增加而加强;而且水的硬度明显增强了活性炭中LAS的吸附作用, 可以促进在高表面活性剂浓度和钙浓度的条件下的协同吸附作用。活性炭吸附的缺点是再生能耗大, 且再生后吸附能力有不同程度的降低, 限制了其应用。天然的粘土矿物如膨润土价格低廉, 再生能力好, 吸附容量大, 应用广泛。孙晓慧等[7]研究了有机膨润土对CPC、SDBS、TX-100的吸附性能及影响因素, 结果显示Na基膨润土对阳离子表面活性剂CPC的吸附去除效果最好。我国膨润土资源十分丰富, 总蕴藏量大于70×108 t, 居世界首位。因此研究膨润土对表面活性剂的吸附行为和机理, 能为表面活性剂废水中回收表面活性剂提供一条有效途径。
摘要：本文介绍了表面活性剂及其在有机污染土壤化学淋洗吸附技术中的应用, 具体阐述了从表面活性剂淋洗废水中回收表面活性剂淋洗液的常用方法, 并对主要方法进行了评价和比较, 显示有机膨润土吸附法为经济有效的回收表面活性剂的方法, 并简述了膨润土吸附表面活性剂的机理。
关键词：生物表面活性剂,回收,膨润土,吸附
参考文献
[1]Sanchez-Camazano M.A., Sacchez-Martin M.J., Rodriguez-Cruz M.S.Sodium dodecylsulphate-enhanced desorption ofatrazine:Effect of surfactant concentration and of organic matter content of soils[J].Environ.Sci.Technol., 2000, 34 (7) :1305-1310.
[2]S.N.Bhat, G.A.Smith, E.E.Tucker, S.D.Christain, J.F.Scamihorn, Solubilization of cresols by 1-hexadecylpyridinium chloride micelles and removal of cresols from aqueous streams by micellar enhanced ultrafiltration, Ind.Eng.Chem.Res.26 (1987) 1217.
[3]AK.Vanjara, S.G.Dixit.Recovery of cationic surfactant by using precipitation method.SeparationsTechnology, 6 (1996) :91-93.
[4]田兆君, 王德明, 任万兴等.表面活性剂矿井水的处理.煤炭学报, 2009, 6:827-831.
[5]D.H.Lee, RobertD, D.J.Kim.Surfactantrecycling by solventextraction in surfactant-aided remediation.Separation and Purification Technology, 27 (2002) :77-82.
[6]Garcia MT, Compos E, Dalmau M, elal.Structure-activity relationships for association of linear alkylbenzene sulfonates with activated sludge[J].Chempsphere, 2002, 49 (3) :279-286.
表面活性剂处理 篇5
摘要：就铁炭法对高浓度难降解拉开粉(阴离子表面活性剂)废水的.处理效果进行了接近工业化的动态模型实验研究,结果表明酸化铁炭工艺对橡胶工业拉开粉废水具有显著的去除效果.在Fe:C=2:1,pH=4,停留时间60 min,曝气量0.1 m3/h时,拉开粉(BX)和COD的总去除率分别约为80%和45%.作 者：赵春霞 张春辉 赵旭涛 刘发强 邱熔处 Zhao Chunxia Zhang Chunhui Zhao Xutao Liu Faqiang Qiu Rongchu 作者单位：赵春霞,Zhao Chunxia(河北大学化学与环境科学学院,保定,071002)
张春辉,Zhang Chunhui(上海交通大学环境科学与工程学院,上海,40)
赵旭涛,刘发强,Zhao Xutao,Liu Faqiang(中国石油兰州石化公司石化研究院,兰州,730060)
邱熔处,Qiu Rongchu(兰州交通大学环境与市政工程学院,兰州,730070)
表面活性剂处理 篇6
【关键词】乙肝；抗原；携带；处理
【中图分类号】R512 【文献标识码】A 【文章编号】1004-7484（2012）08-0451-01
1 无症状HBSAg携带者的分类
1.1 甲类：曾患过肝炎而本人则全然不知，因其临床症
状和肝脏损害轻微且很快痊愈，仅表现为病后的HBSAg携带状态，在健康体检时查出的属此类。本类携带者病毒不复制，没有传染性。此类HBSAg携带者应进行医学跟踪，每3个月复查一次肝功能，以便及时了解有无肝损害，若有应及时治疗。
1.2 乙类：健康携带者，经反复多次肝功能化验均正常，无任何临床症状和体征，甚至作肝活检亦未见病理改变，肝组织结构完整。这类HBSAg携带者可以照常工作、学习和劳动，经过一段时间后，随着机体自身免疫状态的改善可自然转阴。
1.3 丙类:经肝活检病理诊断为慢性迁延性肝炎、慢性活动性肝炎。这类患者有病毒复制，并有传染性。此类HBSAg携带者经证实有病理损害，应按现症病人对待，及时进行治疗。
2 无症状HBSAg携带者的医学处理
2.1 保护肝脏：绝对戒酒，避免过度劳累，保持心情舒畅，精神轻松愉快，合理膳食，注重营养，定期检查乙肝表面抗原及肝功能，必要时可服用抗坏血酸、保肝维养粉以增强机体抵抗力和加强肝脏营养，切忌盲目乱用药，更不可相信广告或庸医的所谓“包治”，“百分之百转阴”之类的骗人假话，以免上当受骗。
2.2 家庭及个人卫生：无症状HBSAg携带者家庭及其他成员可注射乙肝疫苗进行预防，本人的生活用具（剃须刀。牙刷）应专用并定期消毒，衣物等可用0.2%84消毒液浸洗，餐饮具可用蒸煮（30分钟）的方法消毒或专用，饭前便后流水洗手，受伤出血时到医院或自己包扎处理，污物须焚烧，禁止亲婴儿嘴和经口喂食，不要接触他人开放性创伤。
2.3 抗乙肝病毒治疗:在正规医院专科医生指导下用药，可选用干扰素、拉米夫定、抗乙肝免疫核糖核酸及中成药等。无症状携带者则无需治疗，如果是“小三阳”患者且有以下临床症状者，则需及时治疗。
2.3.1 有明显症状，如疲倦、食欲不振、肝区不适、隐隐作痛、厌油、腹泻等。
2.3.2 肝功能反复波动，转氨酶、血清胆红素升高，白蛋白降低等。
2.3.3 乙肝病毒脱氧核糖核酸（HBVDNA）阳性者。
治疗的原则：恢复肝功，抗病毒，阻止肝纤维化，具体用药则因人而宜，辩证施治。
3 预防
3.1 接种乙肝疫苗:这是目前预防乙肝最重要的手段。接种的主要对象首先是新生儿，其次为婴幼儿和高危人群。对于HBSAg阳性母亲的新生儿，除注射乙肝疫苗外，还应在出生后及早（越早越好）注射乙型肝炎免疫球蛋白（HBIG）。对于注射疫苗后不产生抗体的人群，可加大乙肝疫苗的接种剂量，提高免疫应答反应及保护率。
3.2 切断传播途径：乙肝的传播途径是非常明确的。①是注射（吸毒）传播；②是血液传播；③是性行为传播；④是母婴垂直传播，除此之外再无其他传播途径，控制起来相对容易。
3.2.1 对献血者进行严格筛查。
3.2.2 对HBSAg阳性孕妇，应禁止羊膜腔穿刺，并缩短分娩时间，尽量保证胎盘完整，以减少新生儿暴露于母血的机会。
3.2.3 加强安全注射。对牙科器械、内窥镜等医疗器具要严格消毒，严格防止医源性传播；服务行业中的理发、刮脸、修脚、穿刺、纹身等用具必须严格消毒（一人一用一消毒）；注意个人卫生，不共用剃须刀和牙刷等。
3.2.4 ＊为HBSAg阳性的人应接种乙肝疫苗，对有多个＊者应加强管理，定期检查，提倡使用安全套。
3.3 补种乙肝疫苗。对意外感染HBV者，如已接种过乙肝疫苗，且已知抗－HBS≥10mlu/ml者，无须特殊处理；未接种乙肝疫苗或虽接种过乙肝疫苗，但抗?—HBS＜10mlu/ml或抗HBS水平不详者，应立即注射乙型肝炎免疫球蛋白（HBIG）200～400IU ，同時，于不同部位再接种一针乙肝疫苗（20ug）,并于1、6个月后分别接种第2针和第3针（各20ug）。
3.4 根据相应的政策法规对患者和乙肝病毒携带者进行管理。
作者简介：
表面处理废水含磷处理探讨 篇7
关键词：电镀废水,含磷废水,气浮法
磷是富营养化的主要因素, 其危害已众所周知, 因而在污水处理中进行除磷是必要的。在新的电镀污染物排放标准中也对磷的排放进行了更严格的要求, 特别是在环太湖区域, 水质磷超标已经与重金属超标等同高度关注。表面处理行业在实际生产中需要用到大量的含磷化合物, 含磷有机物等, 致使排放水磷超标情况严重, 因为表面处理行业的废水特殊性, 生物处理不现实, 本文主要以工作当中对化学除磷以及气浮除磷的基本机理、主要工艺形式进行探讨。
1 化学除磷
1.1 基本机理
化学除磷大部分是通过化学沉析过程以及化学絮凝达到目的, 化学沉析可以理解为:水中溶解状的含磷物质, 由大部分是离子状物质转换为非溶解状态的过程;化学絮凝则是细小的非溶解状的固体物互相粘结成较大形状的过程。化学沉析一般是通过向污水中投加无机金属盐药剂, 其与污水中溶解性的磷酸盐混合后, 形成非溶解性的物质, 反应方程举例如式1, 2。实际上正常的污水处理中, 污水中进行的不仅仅是沉析反应, 同时还进行着化学絮凝反应, 所以必须区分化学沉析和化学絮凝的差异。
在污水处理工艺中, 絮凝和沉析都是极为重要的, 但絮凝是用于改善沉淀池的沉淀效果, 而沉析则用于污水中溶解性磷的去除。如果利用沉析工艺实现相的转换, 则当向污水中投加了溶解性的金属盐药剂后, 一方面溶解性的磷转换成为非溶解性的磷酸金属盐, 也会同时产生非溶解性的氢氧化物 (取决于pH值) 。另一方面, 随着沉析物的增加及较小的非溶解性固体物聚积成较大的非溶解性固体物, 使稳定的胶体脱稳, 通过速度梯度或扩散过程使脱稳的胶体互相接触生成絮凝体。最后通过固—液分离步骤, 得到净化的污水和固一液浓缩物 (化学污泥) , 达到化学除磷的目的。
1.2 主要工艺形式
实际污水处理中化学除磷是可以与重金属的去除一起进行, 这样可以降低投入成本, 只是相应增加一部分的药剂投入。药剂选择现阶段推荐三氯化铁、聚合氯化铝、熟石灰, 因为这三种药剂本身就是水处理药剂, 价格低廉, 并可以在现有水处理设施进行作业, 工艺流程:含磷废水收集池—反应处理池—混凝池—沉淀池—沙滤池—pH调节池—排放计量槽。
2 气浮除磷
2.1 气浮设备技术参数
水停滞时间为10min, 射流器产生泡沫小于1mm, 进水方式为上进下出。气浮装置安装在PH调整槽与排放计量槽之间, 工艺流程:含磷废水收集池—反应处理池—混凝池—沉淀池—沙滤池—气浮装置—pH调节池—排放计量槽。
2.2 原理
利用废水含盐量比较高的特性, 水的表面张力大的情况下, 泡沫有较好的吸附作用。利用高速水流的强化涡流作用, 使气/水充分混合, 并在水中产生大量的细小气泡, 由于气泡表面张力的作用, 使水中的重金属、表面活性剂等有机质吸附于气泡表面, 气浮装置再利用气、水比重之差, 将带有污物的气泡浮选分离, 从而达到净化水质的目的。
3 结语
表面处理企业的水是所有工业污水当中成分最复杂的污水, 所以需要不停的进行实验, 以确定处理工艺的适用性。电镀污水中有机污染物的去除工艺是一个全新的研究课题。在环保呼声日渐增高, 排放标准越发严格, 环境污染现状不容乐观的今天, 电镀工业这一传统的, 涉及产业较多的高污染行业的污染治理已经引起高度重视。笔者目前的工作只是对其进行了初步的探索与研究, 希望借此引起同行的关注与探索。
参考文献
[1]夏宏生, 向欣.废水除磷技术及进展分析[J].环境科学与管理, 2006 (1) .
高频冲击表面处理技术 篇8
高频冲击表面处理技术是利用高密度能量推动冲击工具 (冲击头) 以每秒二万次以上的频率冲击金属表面, 使表层产生较大塑性变形, 从而起到改变材料表面形貌和改善力学性能的作用。高频冲击可用于金属零件的表面强化处理, 特别是对提高焊接接头的疲劳性能效果显著, 其强化机理是:消除焊接残余拉应力, 引入残余压应力场;使焊趾处产生圆滑的几何过渡, 减低余高和凹坑造成的应力集中;闭合焊趾表层微小裂纹和消除熔渣缺陷。某牌号钛合金氩弧焊焊缝经高频冲击强化处理后可使疲劳强度提高15%以上。高频冲击也可用于金属零件的表面光整, 其工作原理是利用金属在常温状态下的冷塑性特点, 对金属表面进行无研磨剂的研磨、强化和微小形变处理, 使表面达到最理想的粗糙度;同时在零件表面产生压应力, 提高零件表面的硬度、耐磨性及疲劳性能。对某牌号铝合金表面光整处理结果表明, 原始表面粗糙度Ra2.6μm表面经高频冲击光整处理后, 表面粗糙度Ra达到0.1μm以下, 某牌号不锈钢表面处理后更可达到镜面水平。北京航空材料研究院表面强化与改性专业组长期以来致力于高频冲击表面处理技术的开发研究和推广应力, 该成果在航空制造领域已应用于钛合金零件的表面处理, 并取得良好的社会效益和经济效益。
工件表面振纹的处理 篇9
1 工件的加工条件及表面质量现状
机器零件一般都是从表面层开始损坏,零件的表面质量[2]至关重要,它不仅对产品质量有很大影响而且对机器的使用性能也有影响。表面质量对零件的耐磨性、疲劳强度、抗腐蚀性、配合性质等都有着重大影响。而本文所述零件是某乘用车液压助力转向器中的关键部件,且该孔内装有重要精密组成部件,对行车安全起着至关重要的作用。零件的材料及技术要求、刀具、所用机床、冷却液、工艺参数要求如下:
a.工件材料:ADC12(Aluminum-Alloy Die Castings)压铸铝合金;
b.冷却液:AL423(水溶性切削液);
c.刀具:PCD(聚晶金刚石成型刀片)(Polycrystalline diamond)见图1;
d.毛坯孔:28 mm加工后的孔为Φ30.5+0.025mm;表面粗糙度Ra为1.6μm;
e.机床:加工中心;
f.工艺参数 :主轴S1 000 r/min ;z轴进给F350 mm/min。
工件表面及内孔出现振纹,工件表面质量见图2。
2 工件加工过程
工件加工示意见图3。
自动循环过程中,按照工艺要求在数控A轴的驱动下工件旋转到图示空间位置,数控轴x、y按照程序指令移动到指定位置。主轴在伺服电机的驱动下,以S1 000 r/min的转速旋转,同时,刀具沿数控轴z以F350 mm/min实现进给,从而完成工件的内孔及端面的加工。
3 试验过程及分析
机械加工中的振动[3]一般会使工件和刀具之间产生相对位移,严重地破坏了工件和刀具之间正常的运动轨迹,振动不仅恶化加工表面质量、缩短了刀具和机床的寿命,而且振动严重时会使加工无法进行。正是由此,对工艺系统进行全面试验,查找振源。
3.1 刀具
刀具回转时,由于刀片的不连续切削会引起周期性的切削冲击振动,容易使工件表面产生振纹。因此,用一把崭新的刀具和一把刀尖崩刃的刀具进行试验对比。同样的刀具在同型号的其他机床上、同样的工艺参数情况下,工件无任何振纹,表面粗糙度Ra为1.6μm。而在本工序上用刀尖崩刃的刀具(见图4)及崭新的刀具(图5)进行试验,工件加工效果分别如图6、图7所示,排除了因刀尖崩刃或者刀具本身的颤振造成表面振纹的因素。
3.2 夹具
液压系统夹紧压力为4 MPa(2.5 MPa<夹紧压力<5 MPa),工件夹紧可靠,无任何松动。定位元件、夹紧元件、辅助支撑均可靠、无任何磨损。将本工序的夹具安装在其他同型号机床,在同样的工艺参数条件下,工件表面光滑,符合工艺要求。因此,可以确认不是由于夹具本身刚度不足或夹具其他缺陷造成的工件表面振纹,排除了夹具因素。
3.3 A轴
因为A轴驱动夹具任意旋转360°以满足工件的空间方位加工要求。但A轴具有制动机构,如果制动系统不稳定,则会导致工件在加工过程中在切削力的作用下颤动,因而会影响工件的表面粗糙度,会出现振纹。将A轴与夹具断开,单独利用万能夹具(图8),手动夹紧工件,利用同样的工艺参数进行切削实验,结果如图9所示,振纹依然存在。因此,振纹与A轴无关。
3.4 工件
进行产品换型,在此机床上加工其他产品,工件表面上振纹依然存在。对参与试验的工件材料的金相组织进行检验,各组织含量符合工艺要求,从而排除了工件的因素。
3.5 冷却液
对本工序使用的冷却液进行浓度测试,结果与其他同型号机床、同类产品的浓度值相同。因此,因冷却液浓度而影响表面质量的问题,在本工序上并不存在。无论是中央出水系统还是冷却系统,冷却液的流量和压力均正常,冷却液系统的压力表显示为2.5 MPa,符合设计要求(1 MPa<冷却液系统压力<3 MPa),且冷却液的过滤系统运转良好,没有污物堵塞报警。因此,既不存在因冷却液不足或者中央出水不良,切屑未能及时排出而影响工件的表面质量的因素,也不存在因冷却效果不良而产生热变形的因素。
3.6 外界因素
机床外围条件无任何变化,无振源存在。排除了外界干扰源。
3.7 加工参数
在自动循环及手动试验加工过程中,都没有更改过加工参数。然而,在试验过程中,在产品质量非常好的同型号的机床上,故意违反加工参数,刻意增大进给F或者进给倍率增大的情况下,意外发现工件表面出现了如图10所示的振纹,记录在此,以供参考。
3.8 机床
a.在动态和静态下,对x、y、z轴进行精度检测,间隙为0.015~0.025 mm,定位精度0.008 mm,重复定位精度0.002 mm,均符合厂商标准。因此,机床坐标轴精度没有问题。排除了机床坐标轴及滚动导轨的因素。
b.在动态下对主轴伺服电机进行检测,手感无振动,且电机减振块(为了避免电机的振动传至机床或主轴上,设置了电机减振块)完好,减振效果良好;同步带松紧适宜,无振动、无噪音。
c.在静态下对主轴检测发现主轴锥孔无磨损,刀具定位键无磨损、无松动,主轴拉杆总成碟簧无破损,拉刀力为10 k N,符合设计要求(厂商拉刀力要求7 500 ~12 000 N)。排除了因主轴拉杆拉刀力不可靠引起的工件内孔尺寸稳定性差、工件的表面质量不良的因素。空载下,测量主轴旋转精度,径向跳动近主轴端为0.005 mm(厂商标准值0.002~0.005);远离主轴端面300 mm为0.02 mm(厂商标准 值0.01~0.02 mm);主轴端面 跳动为0.009 mm(厂商标准值:0.002~0.015 mm)。
d.静态下,机床的水平检测为0.02 mm,主轴与机床工作台垂直度为0.005 mm,不存在受其他应力作用导致机床或零部件变形,产生振动。动态下,机床运转时振动及噪声不明显。
e.重新优化匹配数控系统中的各参数,调整速度环的增益值,观察工件加工情况。工件表面振纹没有任何改变。因此,并不是因为速度环增益及系统参数影响了工件的表面质量。
f. 在主轴转 速(S=1 000 r/min)及进给(F=350 mm/min)等工艺参数不变的情况下,负载状态下(即工件处于加工状态)检测工艺系统中的工件和主轴时发现,沿x轴负向(即从过渡板开始至支座为止),手触工件时,明显感到振感逐渐加强;手触主轴前端(接近主轴端面),振感明显。机床有噪声但并不明显。因此,初步怀疑主轴有问题。
g.在机床处于MDI(Manual Data Input手动数据输入)状态下,进行主轴松夹刀动作,相当于给主轴施加轴向力。发现在外力作用下主轴有轴向位移。因此,判定主轴有问题。
5 原因分析
a.考虑到安全因素,将主轴从加工中心上拆下。模拟切削力,在负载状态下对主轴进行检测。加载 负荷为50 N(相当于5 kgf)(厂商标准。)。此时,测出主轴径向间隙0.04 mm(厂商标准:0.002~0.009 mm),轴向间隙0.10 mm(厂商标准:0.002~0.010 mm)。因此,判定主轴精度丧失。
b.工艺系统是一个非常复杂的系统,但分析工艺系统的振动问题时,可以将其简化成质量弹簧系统[4]。
因此,主轴单元可以简化为弹性为k、质量为m的弹簧系统。主轴的轴向间隙0.10 mm及径向间隙0.04 mm,可认为是静位移xst,它反映了激振力(此处为切削力)的影响,相当于激振力(此处为切削力)的最大力幅F0静止作用在弹簧k上所引起的静变形。正是因为主轴轴承的磨损产生了间隙(既有轴向的也有径向的),而轴承的预紧降低不仅导致了弹性k的下降而且也产生了主轴轴向及径向位移。因此,在正常加工时,主轴的旋转(系统有角速度ω的输入)及切削力F0的共同作用下,主轴这一弹簧系统便发生了振动,使刀具与工件之间产生了相对位移,才产生了图2所示的振纹。同时,上述(f、g)的现象也从此得到了理论上的解释,主轴轴承的振动不仅会产生噪声而且还会引起主轴系统的振动,并严重影响加工精度及表面质量。
6 解决措施
更换轴承,重新调整轴承的预紧(目的是提高主轴系统的刚度,从而提高弹性k)及主轴的各项精度,最大限度减少振动,以提高零件的加工精度和表面质量。
a.空载、静态下测量主轴,测得主轴旋转精度,径向跳动 近主轴端 为0.002 mm(厂商标准 值 :0.002~0.005 mm),远端(远离主轴端面300 mm)为0.005 mm(厂商标准值:0.01~0.02 mm),主轴端面跳动为:0.002 mm(厂商标准值:0.001~0.015 mm)。
b.负载50 N(相当于5kgf)(厂商标准)下,测出主轴径 向间隙0.002 mm(厂商标准 :0.002~0.009 mm),轴向间隙0.002 mm(厂商标准:0.002~0.010 mm)。
c.按工艺要求进行工件的正常试切。对工件内孔的尺寸精度进行工序能力测算,连续加工50件,计算工序能力系数为CP=2.06。CP>1.67工序能力等级为特级[5],工件合格率再次达到100%。工件的表面质量如图11所示。
图11 主轴修理后工件的表面质量
7 结束语
工件的加工精度受整个复杂的工艺系统制约。工艺系统的干扰源来自于机床、工件、刀具、夹具,因此,在分析工艺系统时,任何一个因素及每一个与加工相关的细节都不能忽视。否则,将对产品质量问题的解决产生严重的不良影响,甚至根本就无法解决产品质量问题。应了解、掌握机械加工中各因素对加工精度(尺寸精度及表面质量)的影响规律,以便合理控制各因素,确保产品质量符合工艺要求。
参考文献
[1]于骏一,邹青.机械制造技术基础(第二版)[M].北京:机械工业出版社,2010.150.
[2]于骏一,邹青.机械制造技术基础(第二版)[M].北京:机械工业出版社,2010.190~193.
[3]顾崇衔等.机械制造工艺学[M].西安:陕西科学技术出版社,1987.253.
[4]顾崇衔等.机械制造工艺学[M].西安:陕西科学技术出版社,1987.254~264.
表面形貌测量数据处理算法研究 篇10
关键词：表面形貌测量,白光谱线扫描干涉法,GPU,CUDA
0 引言
随着机械加工精度的不断提高,与表面形貌有关的应用也越来越广泛,表面形貌测量技术在精密加工行业和各类研究领域中的地位显得愈发重要。白光谱线扫描干涉法是表面形貌检测的有效方法,适合于大范围、高精度的测量,但由于图像数据量大,数据处理时间过长,限制了在实时测量中的应用。如何加速数据处理的过程,缩短数据处理时间,提升系统整体的实时性已成为关键问题。
图形处理器GPU可以在较低的成本下,以较快的速度完成科学计算中的并行处理问题,并具有十分明显的加速效果,近年来图形处理器已在诸如光学测量[1]、物理模拟[2,3,4]、科学计算[5,6]、图像处理[7,8,9,10]等领域得到成功应用。
本文介绍一种利用GPU进行数据处理的实时表面形貌测量方法,利用NVIDIA Geforce GTS250图形卡(16个流多处理器,1100MHz)进行数据处理,对比分析了CPU运行下的串行处理算法的运行时间和精度,实验表明基于GPU的数据处理可以得到很好的效果。
1 系统结构
所搭建的表面形貌测量系统主要由白光谱线扫描干涉模块、声光滤光器控制模块、图像采集模块和数据处理模块组成。其系统结构如图1所示。白光源经过透镜发出平行光,经过滤光装置后成为波长呈线性变化的单色光。这束单色光进入类似迈克尔逊干涉仪的系统之中,经过分光镜BS后分为两束,一束打在参考反射镜上,另一束打在被测工件的表面。两束光反射后,重新在分光镜BS处汇聚并产生干涉条纹。干涉图像由CCD采集并存放到计算机中进行处理。
干涉图像上单个像素点的灰度值表征了某一波长下该点发生干涉时其干涉条纹的光强信息。由CCD上某像素点(x,y)探测到的光强可表示为
φ(x,y,σ)=σ h(x,y) (2)
式中,I1(σ)、I2(σ)分别为由被测工件与参考反射镜反射回来的光线光强;σ为波数;φ(x,y,σ)为干涉信号的相位;h(x,y)为该点处两束反射光的绝对光程差。
由波数改变而引起的相位改变为
Δφ(x,y,Δ σ)=Δ σ h(x,y) (3)
可得点(x,y)的绝对光程差h(x,y)为
h(x,y)=Δ φ(x,y,Δ σ)/Δ σ (4)
滤光装置可以使得波数呈线性变化,同时CCD的采集过程也是线性的,因此通过求取波数变化Δσ时的相位变化Δφ(x,y,k),就能求得该点的绝对光程差。通过分析整张干涉图像上所有像素点的相位变化得到绝对光程差,以此能描绘出该被测区域表面的形貌特征,以进行下一步的分析和评定,由此可见精确的相位是获得绝对光程差的关键。
本文采用快速傅里叶变换法[11,12]来对光强分布函数进行分析,此时式(1)可改写为
a(σ)和b(σ)相对于光程差h(x,y)来说是缓变元,其频率远低于后者,故可以在频域上对低频部分进行滤波,将a(σ)滤去。对式(5)做傅里叶变换:
I(f)=A(f)+B(f-h(x,y))+B(f+h(x,y)) (6)
将a(σ)过滤之后做反傅里叶变换,并通过对数运算分离相位信息:
式(7)中的虚数部分即为每个波数所对应的相位值。此时的相位值是以2π为周期分布的,并不能直接应用,需要先进行相位的展开运算,通过展开的相位值可以求解该点的绝对光程差。
2 基于GPU的数据处理算法
鉴于上述算法在处理干涉图像时,是对干涉图上的各像素点光强进行分析,而每个像素点之间的处理是相互独立的,故可以采用并行处理的方式对这一过程进行加速。
2.1 统一计算设备架构CUDA[12]
在CUDA架构中,CPU作为主机执行一些复杂的逻辑处理和事务处理,同时作为协处理器的设备端GPU负责执行高度线程化的并行处理任务。CUDA程序就是由主机端的串行执行部分加上设备端并行执行的一系列内核函数组成的。内核函数通过一个线程网格(Grid)来执行。执行内核函数的线程网格包含着两层并行的结构,即线程块(Block)和线程(Thread),线程块之间以及每个线程块中的所有线程之间都是相互独立并可以并行执行程序的。本文的并行处理算法就是通过构建一系列内核函数实现的。
2.2 基于CUDA的GPU并行算法的设计
傅里叶变换分析法的GPU并行实现流程如图2所示。首先,在内存中完成初始化;其次,拷贝到显存运用FFT-IFFT方法滤除多余的光强信号并提取光强分布函数的相位信息;最后,通过求解相位跳变并展开干涉信号相位求取绝对光程差。
(1)对光强分布函数进行快速傅里叶变换。
首先将原始干涉信号进行快速傅里叶变换。
(2)带通滤波。
设计内核函数进行带通滤波将式(5)中的变元a(σ)过滤掉。过滤前后的频率分布如图3所示。
(3)傅里叶反变换。
滤去a(σ)之后,利用CUDA做傅里叶反变换,将信号从频域转换到时域上,此时存在归一化问题,即傅里叶反变换后的值应除以上步FFT的点数才是其真实值。
(4)求取相位信息。
将过滤a(σ)后的信号做对数运算,得到结果的虚数部分即为相位值。这一过程对于每一个波数σ都是独立的,故可以选择大尺度的线程块维度。
(5)求取相位跳变。
由FFT-IFFT法求得的相位呈周期性分布,需对其进行相位展开。在展开之前先求取其相位跳变,分析其相位分布情况。
(6)相位展开。
相位展开原理如图4所示。其表达形式为
φa(z,σ)=φ(z,σ)+2kπ (8)
式中,k为相位周期数。
(7)求取绝对光程差。
展开相位后,得到每个波数所对应的相位值,由最小二乘法拟合出相位分布,根据式(4)求取该像素点对应工件表面的绝对光程差。
3 实验结果分析
3.1 结果比较
基于GPU的相位计算并行处理算法与CPU运行下的CPU串行处理算法进行实验比较。
图5a、图5b所示为150像素×150像素区域CPU和GPU的运算结果;图5c为该块绝对光程差数据的相对误差,其定义为:相对误差=(GPU结果-CPU结果)/CPU结果。
图5c表明,CPU和GPU运算结果相对误差最大仅为1.5×10-6,可以忽略不计。
3.2 加速对比
设计开发了基于GPU的相位计算并行处理算法,并与CPU运行下的CPU串行处理算法的运行时间进行实验比较,见表1。为对比不同数据量下的两种算法的运算效率,分别对多个不同大小范围的图像区域进行处理。处理分为相位求取阶段和相位展开求光程差阶段。
由表1可以得出:GPU加速比随着数据处理数量的增多而增大。在数据量小的情况下内存和显存之间数据搬运的时间没有被GPU运算时间掩盖,使用CUDA进行小计算量的运算是不划算的,只有当并行计算在整个应用中所占的比例较大时,其加速性能才能很好地得到体现。
相位展开阶段的加速比大于相位求取阶段的加速比,这是由于相位展开阶段全部采用速度极快的共享存储器进行并行运算,并且在这个过程中并行算法避免了程序出现共享存储器区冲突问题。
4 结束语
本文基于CUDA提出了表面形貌测量的数据处理算法,经实验表明运算速度比传统的算法大幅提高,其运算精度也可以得到保证。基于GPU的数据处理算法对表面形貌实时测量有重要意义。
参考文献
[1] Zhang S.GPU-assisted High-resolution,Real-time 3-D Shape Measurement[J].Optics Express,2006,14(20):9120-9130.
[2]Hu L,Xuan L,Li D,et al.Real-time Liquid-crys-tal Atmosphere Turbulence Simulator with GraphicProcessing Unit[J].Optics Express,2009,17(9):7259-7269.
[3] Ren N,Liang J,Qu X,et al.GPU-based Monte Carlo Simulation for Light Propagation in Complex Heterogeneous Tissues[J].Optics Express,2010,18(7):6811-6824.
[4]Fang Q,Boas D A.Monte Carlo Simulation of Pho-ton Migration in 3D Turbid Media Accelerated byGraphics Processing Units[J].Optics Express,2009,17(22):20178-20192.
[5]Kang H,YamaguchiT,Yoshikawa H,et al.Acceler-ation Method of Computing A Compensated Phase-added Stereogram on A Graphic Processing Unit[J].Applied Optics,2008,47(31):5784-5790.
[6]Bin H,Tarek T.Acceleration of Spiking Neural Net-work Based Pattern Recognition on NVIDIA Graph-ics Processors[J].Applied Optics,2010,49(10):B83-B91.
[7]Pan Y,Xu X,Solanki S,et al.Fast CGH Compu-tation Using S-LUT on GPU[J].Optics Express,2009,17(21):18543-18556.
[8]Kang H,Yaras F,Onural L.Graphics Processing U-nit Accelerated Computation of Digital Holograms[J].Appled Optics,2009,48(34):H137-H144.
[9]Vinegoni C,Fexon L,Feruglio P F,et al.HighThroughput Transmission Optical Projection Tomo-graphy Using Low Cost Graphics Processing Unit[J].Optics Express,2009,17(25):22320-22333.
[10] Shimobaba T,Sato Y,Miura J,et al.Real-time Digital Holographic Microscopy Using the Graphic Processing Unit[J].Optics Express,2008,16(16):11776-11782.
[11]Sandoz P,Tribillon G,Perrin H.High-resolutionProfilometry by Using Phase Calculation Algo-rithms for Spectroscopic Analysis of White-lightInterferograms[J].Journal of Modern Optics,1996,43(4):701-708.
表面活性剂处理 篇11
一、不锈钢金属表面硅烷化处理工艺的优点
不锈钢金属表面利用有机硅的特殊分子结构进处理的过程就是不锈钢金属表面硅烷化处理，这种处理方式具有很多的工艺优点，主要包括以下几点。首先，在对不锈钢金属表面进行硅烷化处理时，有害或者磷等重金属离子不会应用在其中。其次，该表面处理的工艺比较容易控制，并且时间短、流程简单。再次，在不锈钢金属表面硅烷化的处理过程中，不会进行加温操作，也不会有沉渣的产生，这样就能够循环使用槽液。然后就是还能够使得基材与油漆的结合率得到提升。最后，不锈钢金属表面硅烷化处理能够对多种基材进行共线处理，例如铝、锌以及铁等。由于不锈钢金属表面硅烷化处理工艺的优点很多，这就使得被广泛的应用在普通工业中。此外，在进行不锈钢金属表面硅烷化制备时，其制备工艺会谁硅烷膜性能造成很大的影响。硅烷偶联剂水解时间、硅烷液浓度、金属基体在硅烷液的浸渍时间、硅烷液PH 值、处理后老化时间以及老化温度等都是影响不锈钢金属表面硅烷膜性能的主要影响因素。
二、不锈钢金属表面硅烷化处理的应用
（一）硅烷处理技术原理。化学官能团是硅烷分子主要含有的，并且通常其化学官能团有两种。一种化学官能团能够个无机材料表面的羟基发生化学反应，形成共价键，例如玻璃纤维、金属氧化物、金属以及硅酸盐等。另一种化学官能团可以与树脂发生化学反应，形成共价键。为了能够有效的提高复合材料的性能，就可以将 性质不同的两种材料进行有机的结合。在硅烷处理技术的成膜过程中，首先先进行硅烷偶联剂的水解，水解完成之后就能够得到Si-O-Me共价键，主要是由硅烷联合水解后得到的硅醇与金属基体表面存在的MeOH所反应生成的。最后就可以通过在不锈钢金属表面的硅醇偶联交叉从而形成网状保护膜。不锈钢金属基体能够和硅烷膜形成共价键，并且剩余的硅醇将进行脱水缩合，经过交联能够得到网状覆盖膜。硅烷化处理技术在不锈钢金属表面硅烷化处理的应用中是非常重要的，只有明确其处理技术的原理，才能够更加的应该该技术进行不锈钢金属表面硅烷化的处理。
（二）硅烷处理对基体的一些要求。锌、铜、铁、镁以及其金属合金的防护都会受到硅烷的作用，但是硅烷分子结构对进行硅烷化处理的不锈钢金属表面影响力较大的是金属的涂层结合力与金属集体。相关专家对硅烷分子结构进行分析，探索其对不同金属基体的适应性，从而得出了不同分子结构的硅烷对不同金属基体的适应能力存在的差异，并且以影响预测的因素比较的多。不锈钢金属基体的前段处理在金属表面硅烷化处理工艺中是十分重要的，并且硅烷膜的质量与后期装涂也会直接受到金属基体前段处理效果的影响。一般情况下，无磷脱脂剂是在金属表面硅烷化处理过程中必须使用的，通过无磷脱脂剂来对不锈钢金属表面的其他杂志或者油污等进行彻底的清洗。清洗结束后，还应该利用含有金属对其再次清洗，从而将金属表面上的杂质与油污清洗干净。之后还需要对除油后的金属基体进行再次的清洗，这时使用的就是含有氢氧化钠的稀碱溶液。最后将金属基体在清水中进行浸洗，浸洗结束后才能够进行硅烷化的处理。在不锈钢金属表面硅烷化的处理过程中，只有掌握硅烷化处理对基体的一些要求，才能够取得较好的处理效果。
（三）硅烷偶联剂选择与硅烷膜的防腐蚀性。硅酸盐、橡胶以及以二氧化硅为填料的塑料的加工和性能的改进提高都需要利用硅烷偶联剂进行处理。金属表面涂层的附着能力能够通过硅烷渡层来提高，同时也能够通过硅烷渡层来对金属表面进行氧化与腐蚀的保护，被当作防腐层进行使用。在硅烷偶联剂中，具有较多的分子结构Si-O的键数，这就增加了与同金属基材结合的机会，从而使得形成的网状结构覆盖硅烷膜层变的更加的致密，并且具有良好的防腐蚀效果。亲水性与疏水性是硅烷偶联剂的主要形式，在溶解疏水性硅烷时，为了辅助其溶解，需要在其中加入大量的有机溶剂。在使用前需要对硅烷偶联剂进行熟化，这样能够确保硅烷在水解过程中能够得到充足的硅醇。后期涂装效果会受到基材与硅烷膜结合程度的影响，结合的越牢，其涂装效果就越好。此外，硅烷膜性能的主要特征之一就是耐腐蚀性，通过相关的试验分析得出，不锈钢金属表面进行硅烷化的处理够，能够使其基材的耐腐蚀性能得到大幅度的提高，并且也能够使涂层与基材的结合能力得到提高。在不锈钢表面的处理过程中，涂装前的铬钝化与磷化等处理都能够通过金属表面硅烷化处理工艺所替代。不锈钢金属表面硅烷化处理工艺非常的简单，并且具有较低的投入成本，处理后的金属基体性能也得到了提高。因此，必须加强对不锈钢金属表面硅烷化的处理应用。
三、总结
胶辊表面化学涂料处理的实践探讨 篇12
1 胶辊表面化学涂料处理的实践
1.1 设计涂料房
通常情况下, 涂料房的面积在6~8 m2为最好, 其工作台面的合理高度在0.8 m左右, 这样有利于涂料工作人员的操作。在台面上应设置相应的上下排风装置, 使涂料中易挥发性气体能够及时排出, 从而保障操作人员的生命健康。除此之外, 在工作台面上方大约80 cm处设置日光灯, 其照明度可结合工作台面的实际情况来确定。借助日光灯有利于涂料工作人员在操作时可清晰地观察到在涂料过程中胶辊表面的实际情况。
1.2 涂料板和胶辊架的制作
涂料所用的胶辊架应尽量用加厚且优质的铝合金材料进行制作, 同时还应将其固定在工作台面上, 并且每一个胶辊架所摆放的胶辊为18套。涂料板的外形尺寸为160 mm×260 mm, 涂料板里面应包裹2层相应的长毛绒布, 外面应包裹小牛皮。在使用过程中应包上相应的纯棉布, 要注意的是, 该纯棉布必须要用水洗干净。除此之外, 因小牛皮受到涂料的侵蚀以后容易老化且变硬, 对此, 在使用三个月以后应及时更换小牛皮。
1.3 胶辊表面粗糙度控制
要想使胶辊的性能得到有效改善和提高, 一种有效途径是对胶辊表面粗糙度进行科学、合理的控制, 并且合理应用涂料, 通过精磨尽可能将胶辊表面的粗糙度控制在一个合理、准确的范围内。目前常用胶辊有两种, 即普通胶辊和表面免处理胶辊。在普通胶辊表面粗糙度的控制上, 在此以纺混纺纤维WRC-871胶辊为例, 其表面粗糙度应尽量控制在0.7~0.8μm范围内;在表面免处理胶辊表面粗糙度的控制上, 在此以细号粘胶纤维和纺纯棉WRC-963胶辊为例, 其表面粗糙度应尽量控制在0.5μm范围内。
1.4 胶辊清洗与涂料胶辊温度控制
1.4.1 胶辊清洗
对即将要进行涂料的这些胶辊, 应用板刷将其表面和心轴所附着的纤维、粉尘等刷干净, 接着再利用专用洗涤剂对胶辊表面进行清洗。待清洗干净以后放在预热箱内进行保温。此外, 不管是在涂料前, 还是在涂料后, 均应对全部工具和容器进行清洗, 以免杂质、水分混入到涂料中。
1.4.2 涂料胶辊温度控制
如果在夏季, 室内的最高温度大约是35℃。在其他季节对胶辊进行涂料之前, 应将其表面温度控制在35℃左右, 保证每一次胶辊涂料工作均在恒温下进行。
1.5 涂料的选用和配比
在目前市场上, 化学涂料有很多, 尽管这些化学涂料的成分大都大同小异, 但是在选用时, 应结合胶辊实际情况来选择:对弹性高且硬度低的胶辊, 所用的涂料渗透性应强;对硬度比较高的胶辊, 则所用涂料的覆盖性应强。如果品种的纺纱号细且质量要求也比较高时, 则应结合品种的实际要求和车间生活减少胶辊涂料中的A组分。在高温季节, 可根据品种实际生活状况对涂料中A组用量进行灵活、合理的调整, 从而提升胶辊所具有的吸收、放湿功能。除此之外, 免处理胶辊通常情况下利用一次涂料来处理;而普通胶辊通常利用二次涂料来进行处理。二次涂料为先浓后稀, 且第二次涂料量不可过多。拉大涂料A组与B组之间的配比, 其主要目的就是为了涂料可再次渗透, 从而弥补第一次存在的不足。另外, 尽量使胶辊表面的结膜均匀且薄, 能呈现出亚光感, 这样便于车间的工作和生活, 并提高成纱质量。
1.6 胶辊表面化学涂料处理的具体操作
在处理胶辊前, 首先应该将胶辊表面所存的油渍清洗干净, 以免对处理效果产生不利影响。接着进行预热, 预热温度应尽量控制在40~50℃, 预热时间通常为30 min。实施预热的目的主要是为胶辊放湿水分, 从而使涂料能够向内层逐步渗透。预热以后的胶辊应在操作室内利用专用的工具, 将涂料把涂料处理液均匀地涂在其表面, 敷涂分为两次进行, 这种方式称之为板涂。完成涂料以后, 将胶辊置于40~50℃的温度下烘干。待烘干后就可上机使用。
2 板涂的相关注意事项
在板涂过程中, 影响其表面处理质量的一个重要因素就是人为因素, 对此, 应选用做事细心且责任心强的职工来涂料。此外, 板涂过程中还应注意以下几点: (1) 根据规定比例利用干净量杯进行精确计量, 同时, 涂料应现涂现配, 其总量最好控制在300 m L左右。 (2) 涂料时, 每一次应在涂料板倒6 m L左右的涂料, 接着在胶辊表面来回推拉。在推拉时, 应注意观察胶辊表面的变化, 一直到在胶辊表面看不到涂料的痕迹时才可停止推拉。 (3) 从涂好胶辊到烘干, 时间应为24 h, 且在用涂料时应认真核对涂料的有效期, 并查看是否存在沉淀异物。需要注意的是, 通常情况下开瓶以后的储存期变色涂料不可大于3 d, 无色涂料不可大于5 d。
3 结束语
通过生产实践证明, 板涂法操作简便、用工少, 容易掌握, 且处理以后的胶辊表面没有任何痕迹, 光滑且燥爽, 可达到优质、高产的目的。尽管在胶辊表面处理上有很多的方式, 但还不是很完善, 还需进一步研究与分析, 以此为成纱质量的提高打好基础。
参考文献
[1]刘月欣.不处理胶辊表面微处理对成纱质量的影响[G]//陕西省纺织工程学会2010年学术年会论文集, 2010:1-2.