硅藻土在廢水處理中的應(yīng)用及研究進(jìn)展

郭紹英

（武夷學(xué)院 環(huán)境與建筑工程系，福建 武夷山 354300）

硅藻土在廢水處理中的應(yīng)用及研究進(jìn)展

郭紹英

（武夷學(xué)院 環(huán)境與建筑工程系，福建 武夷山 354300）

近年來，硅藻土的優(yōu)良特性被廣泛認(rèn)識，使其逐漸被應(yīng)用于各類廢水處理研究中。本文對硅藻土在廢水處理中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述和分析，并指出了目前研究中存在的不足以及今后的研究趨勢。

硅藻土；改性；廢水處理；研究進(jìn)展

隨著人口的增長和社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，水資源短缺和水環(huán)境惡化越加凸顯。如何實現(xiàn)以較少的投資和運行費用達(dá)到較好的廢水處理效果，成為各界人士關(guān)注的一個熱點?；诟咝А⒌秃脑瓌t的要求，近年來開發(fā)研制出各種水處理劑，其中硅藻土是倍受青睞的污水處理劑之一[1]。本文闡述和分析了硅藻土在廢水處理中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀，指出硅藻土在廢水處理中存在的問題及其發(fā)展趨勢，為今后的研究工作提供一些思路和參考。

1 硅藻土概述

硅藻土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，主要由古代地質(zhì)時期硅藻、放射蟲類或海綿的遺體組成，其主要化學(xué)成分是無定性的SiO2，并含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO和有機質(zhì)等[2]。對硅藻土的認(rèn)識和利用始于1863年德國的漢諾威，最初主要用于吸收硝化甘油[3]，之后，由于其具有空隙率高、比表面大、比重小、吸附性強、耐磨、耐酸、熱導(dǎo)性低、隔熱阻燃、保溫隔音等優(yōu)良特性，使之被廣泛地應(yīng)用于建材、飲食、化工、水處理等行業(yè)中[4]。

2 硅藻土的提純與改性

在污水處理領(lǐng)域，硅藻土的純度、表面性質(zhì)以及孔隙結(jié)構(gòu)決定其去除污染物的效果。為了改善硅藻土污水處理的效果和范圍，可對硅藻原土進(jìn)行提純、活化、擴容和改性等處理。迄今為止，提純效果較好的方法有：酸洗法、擦洗法、焙燒法、離旋-選擇性絮凝法、干法重力層析分離法以及綜合法等[2]。常采用的改性方法有：(1)表面改性：即利用鋁、鐵等帶正電荷的離子對其進(jìn)行表面改性；(2)復(fù)配改性：即加入無機或者有機的絮凝劑，復(fù)合制成改性硅藻土；(3)酸化、微波或者焙燒改性：即采用酸浸、微波處理以及煅燒等手段，以提高硅藻土的水處理能力[5]。

3 硅藻土在污水處理中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀

3.1 去除重金屬離子

硅藻土對污水中重金屬離子的吸附速率很快，具有良好的去除重金屬離子的能力。杜玉成[6]、葉力佳[7]采用提純的硅藻土分別進(jìn)行吸附重金屬離子Cu2+、Cd2+的動力學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)在一定的條件下，通過延長吸附時間、提高吸附溫度、增加溶液的pH值、增大硅藻土用量等方法，均有利于硅藻土對重金屬離子Cu2+、Cd2+的吸附，其去除率最高可達(dá)90%以上。楊志軍等[8]先后兩次利用粵西徐聞九畝硅藻土進(jìn)行Zn2+吸附試驗，發(fā)現(xiàn)該硅藻土對水體中的Zn2+具有較高的吸附，當(dāng)吸附時間僅為5min時，Zn2+去除率就達(dá)到71%；而將其經(jīng)過800℃～1200℃的熱處理后，其吸附Zn2+能力得到大大提高，對Zn2+的去除率接近100%。嚴(yán)剛等[9]利用與FeCl3組配的硅藻土處理含Pb2+廢水，結(jié)果得出在進(jìn)水 Pb2+濃度為 52.4 mg/L，pH 值為 7.0～8.0，攪拌轉(zhuǎn)速為120～140 r/min，沉淀時間為80min時，投加70 mg/L組配硅藻土（FeCl3與硅藻土的質(zhì)量比為1：6）可使廢水達(dá)標(biāo)排放。

3.2 處理印染廢水

彭書傳[10]利用硅藻土復(fù)合凈水劑處理印染廢水并與聚合氯化鋁等其它常見的混凝劑相比，得知硅藻土復(fù)合凈水劑的去除效果最好。陳成銳[11]采用酸活化處理啤酒廠廢硅藻土，并用來處理不同的染料廢水，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該硅藻土對廢水染料進(jìn)行有選擇性地脫色，其平均脫色率的大小順序為分散紅 （97.4%）＞亞甲基藍(lán)（96.2% ）＞分散藍(lán) （90.5% ）＞土林藍(lán) （86.5% ）＞活性藍(lán)（71.6% ）＞活性艷（60.7% ）。楊宇翔等[12]采用浙江和吉林產(chǎn)硅藻土對染料進(jìn)行吸附研究實驗，結(jié)果表明硅藻土吸附能力與其結(jié)構(gòu)、孔分布、表面電位等特性有關(guān)，其吸附等溫方程式也符合Freundlich方程。R.A.Shawabkeh等[13]研究了染料濃度、硅藻土粒徑及溫度對吸附的影響，得知每100g硅藻土可吸附42mmol染料；并用準(zhǔn)一級及二級模型研究其動力學(xué)吸附機理，最終得出硅藻土對堿性染料的吸附更符合準(zhǔn)一級動力學(xué)模型。

3.3 處理造紙廢水

王澤民等[14]利用硅藻土擦洗提純后產(chǎn)生的中尾土與廢酸加工制成復(fù)合凈水劑，并用來處理以樹丫、稻草、麥稈和蘆葦為原料的四類造紙廢水，均取得良好的處理效果，其CODCr、SS、色度的去除率分別在60%、94.8%、90%以上。邵紅等[15]利用硅藻土所制成的復(fù)合絮凝劑處理造紙廢水，其最佳投藥量為320mg/L，對廢水中COD的去除率為70%～80% ，脫色率可達(dá)90%以上。馬崇勇等[16]將硅藻土研磨，破碎至50～80目，于700℃下煅燒3h,再用硫酸或者鹽酸活化，烘干后用來處理造紙廢水 （CODCr含量高達(dá)2000～3000mg/L），其 CODCr去除率為60%～85%，脫色率為90%～99%。劉建偉[17]利用改性硅藻土新工藝分別在邵武、南平、福州和龍海對造紙廢水進(jìn)行中試處理試驗，試驗結(jié)果均符合2008年6月25日國家新頒布的《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB3544.2008)。

3.4 處理含氟廢水

硅藻土經(jīng)改性后也可以有效去除廢水中的F－。劉祺和張艷麗[18－19]將經(jīng)干燥、粉碎、研磨過篩后的硅藻土用10%的氫氧化鈉溶液浸泡1h，再用超聲波處理，抽濾洗滌干燥制成改性硅藻土用來處理含氟廢水，試驗發(fā)現(xiàn)硅藻土經(jīng)氫氧化鈉改性并500℃高溫焙燒活化處理后對廢水中F－的去除效果明顯優(yōu)于原土，其除氟率可達(dá)到97%以上，其處理的最佳參數(shù)為pH值6～9，處理時間為60min，溫度為室溫條件，改性硅藻土投加量為100～150 mg/L，該廢水處理后，F(xiàn)－濃度達(dá)到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。翁煥新等[20]用含鋁化合物和氫氧化鈉活化處理硅藻土原土所制得的改性硅藻土處理含氟廢水。結(jié)果表明，改性后硅藻土對F－的去除效果明顯優(yōu)于改性前的硅藻土，對其去除率兩者相差20%左右。改性硅藻土是工業(yè)廢水降氟較為理想的凈化劑。

3.5 處理垃圾滲濾液

垃圾滲濾液含有高濃度的氨氮和難降解有機物，是一種處理難度較大的廢水。田立安等[21]對物化處理垃圾滲濾液進(jìn)行改進(jìn)，采用硅藻精土水處理劑，使用高效水力循環(huán)澄清污水處理設(shè)備處理大連某填埋場垃圾滲濾液，該工藝對COD、氨氮、SS、TP的去除效果顯著，去除率均在98.7%以上，處理后的出水能符合補給水的要求。周躍光[22]采用改性硅藻土與活性污泥相結(jié)合的工藝處理昆明東、西兩個垃圾填埋場的滲濾液，處理結(jié)果發(fā)現(xiàn)改性硅藻土對懸浮物和色度的去除率分別在98%和96%以上。朱曉君[23]采用復(fù)配法對硅藻土進(jìn)行改性，利用專用的硅藻土反應(yīng)器，進(jìn)行垃圾滲濾液的預(yù)處理和深度處理研究，結(jié)果表明改性硅藻土對老齡填埋場滲濾液的深度處理效果優(yōu)于預(yù)處理效果，前者COD去除率在50%左右，而后者COD去除率僅約為20%。馮向明等[24]進(jìn)行天然硅藻土作為吸附材料處理滲濾液的效果研究，研究得出天然硅藻土對氨氮的去除率僅為14.1%；而對COD去除效果好，其去除率高達(dá)70.1%。

3.6 處理城鎮(zhèn)生活污水

將硅藻土用于城鎮(zhèn)污水處理是近幾年才發(fā)展起來的。鄭水林等[1]利用改性硅藻土處理劑，先后對昆明明通河、自祥飯店和盤龍衛(wèi)生巾的污水進(jìn)行處理試驗，試驗得出該處理劑對 CODCr、BOD5、SS、TP 的去除率均在90%以上。王煒亮等[25]利用硅藻精土處理城鎮(zhèn)污水試驗，結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水COD、氨氮、TP濃度分別為347mg/L、49mg/L、6.1mg/L時，在硅藻精土投加量為75 mg/L，反應(yīng)池停留時間為30min，污泥回流比100%的條件，其相應(yīng)去除率分別為65.4%、l5.8%、91.8%，去除效果較為理想。賀明和等[26]將硫酸亞鐵、氯化鋁、聚丙烯酰胺分別與硅藻土復(fù)配并用于處理生活污水，結(jié)果表明這三種復(fù)配硅藻土在最佳工況下，對CODCr、SS、氨氮的去除效果較好，其去除率分別在64.0%、88.9%和41.0%以上。金偉[27]和趙雅萍[28]分別利用硅藻土復(fù)合生物反應(yīng)器與硅藻土移動床復(fù)合生物反應(yīng)器對生活污水進(jìn)行小試處理試驗，試驗都表明除TN外，出水中CODCr、TP、氨氮均符合城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 18918-2002）的一級A標(biāo)準(zhǔn)。

4 硅藻土污水處理存在的局限性及發(fā)展前景

4.1 存在的局限性

在國內(nèi)，硅藻土污水處理技術(shù)是近20多年剛發(fā)展起來的新技術(shù)，目前主要集中在治理工業(yè)廢水或生產(chǎn)飲用水上，所進(jìn)行的研究還處于探索階段，所積累的經(jīng)驗也不多，可以借鑒的工程實例少，對其處理影響因素及變化規(guī)律的研究尚未深入。就硅藻土的改性研究而言，其研究的成果還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足根據(jù)不同的污水水質(zhì)特征采用不同的改性硅藻土的要求，研究的滯后性已成為制約改性硅藻土水處理技術(shù)推廣的關(guān)鍵因素。

4.2 發(fā)展前景

硅藻土眾多的優(yōu)良特性、低廉的經(jīng)濟成本和極其豐富的來源，為硅藻土在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用提供廣闊的發(fā)展空間，使得其具有燦爛的發(fā)展前景：①應(yīng)進(jìn)一步拓寬硅藻土水處理技術(shù)的應(yīng)用研究領(lǐng)域，并探尋硅藻土在污水處理中的應(yīng)用、影響因素及變化規(guī)律，以滿足具體工程實踐的需要。

②應(yīng)加強硅藻土的改性研究，從微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，優(yōu)選吸附性能強的改性劑及其添加物，利用多種提純改性手段，進(jìn)行多方位、多層次的提純改性，增強其中和絮凝及吸附過濾等能力，提高其去除廢水污染物的效果。

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Application of Diatom ite on Wastewater Treatment and Its Research Progress

GUO Shaoying

（Department of Environmental and Architectural Engineering,Wuyi University,Wuyishan，F(xiàn)ujian 354300）

In recent years,the excellent characteristics of diatomite is widely understood,so that itwas gradually applied in the study of various types of wastewater treatment.The article summarized diatomite application on wastewater treatment research and pointed out the existing deficiencies in the current research and future research trends.

diatomite;modification;wastewater treatment;research pogress

X703.1

A

1674－2109(2011)05－0057－04

2011-09-19

2010年武夷學(xué)院青年教師專項科研基金項目（項目編號：xq201019）

郭紹英(1985-)，女，回族，碩士，助教，主要研究方向：污染治理。