硅藻土助濾劑在海水凈化中的應用

任華峰，苗英霞，邱金泉，張愛君，姜天翔，成玉，王靜，張雨山

（國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192）

硅藻土助濾劑在海水凈化中的應用

任華峰，苗英霞，邱金泉，張愛君，姜天翔，成玉，王靜，張雨山

（國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192）

目前國內(nèi)尚無可借鑒的有關(guān)海水泳池循環(huán)凈化工藝的經(jīng)驗和標準，因此對日益增多的海水游泳、戲水場館池水的凈化處理是必須面對的新課題。硅藻土預涂膜過濾技術(shù)作為一種高效的精密過濾技術(shù)，已成功應用于水質(zhì)凈化、食品工業(yè)等領域。本文對硅藻土助濾劑及硅藻土預涂膜過濾技術(shù)在海水游泳池池水凈化中的應用進行了初步研究。篩選出過濾效果較好的硅藻土助濾劑CD08，布氏漏斗試驗結(jié)果表明，CD08在投加量為1.0 kg/m2的條件下，對濁度、CODMn、尿素和細菌的去除率分別為98%、40%、32%和70%。在此基礎上，采用實驗室規(guī)模硅藻土預涂膜過濾裝置進行小試試驗，結(jié)果表明，在一個運行周期中，以硅藻土CD08為助濾劑的過濾裝置運行良好，出水濁度在0.5 NTU左右，尿素的平均去除率為20%左右，CODMn的平均去除率為30%左右，細菌的平均去除率為68%左右。

硅藻土過濾；助濾劑；海水；游泳池

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展、人民生活水平的不斷提高，同時為了節(jié)約淡水資源、發(fā)展海水利用，越來越多的海水游泳池和水上娛樂池建成并投入使用。由于海水與淡水有許多不同特性，游泳、娛樂海水凈化過濾技術(shù)日益受到人們的關(guān)注與重視[1-3]。目前，國內(nèi)尚無可借鑒的有關(guān)海水泳池循環(huán)凈化工藝的經(jīng)驗和標準，因此，對日益增多的海水游泳、戲水場館池水的凈化處理是必須面對的新課題。硅藻土預涂膜過濾技術(shù)作為一種高效的精密過濾技術(shù)，已成功應用于水質(zhì)凈化、食品工業(yè)等領域[4-8]。近年來，硅藻土預涂膜過濾設備在游泳池循環(huán)水系統(tǒng)中的應用效果良好，大有取代傳統(tǒng)沙濾裝置的趨勢[9-11]。本文作者對硅藻土助濾劑及硅藻土預涂膜過濾技術(shù)在海水凈化中的應用進行了初步研究，通過比較不同廠家硅藻土助濾劑處理游泳池海水的效果，篩選出適合游泳海水水質(zhì)的經(jīng)濟、高效的硅藻土助濾劑，并通過實驗室規(guī)模的硅藻土預涂膜過濾裝置，確定了運行條件和工藝參數(shù)，為硅藻土預涂膜過濾技術(shù)應用于游泳、娛樂海水的循環(huán)凈化奠定基礎。

1 試驗部分

1.1 試驗水質(zhì)

以天津某海水浴場海水作為試驗原水，通過改變其濁度、尿素含量、細菌總數(shù)等指標，配制成試驗用水。目前，國內(nèi)尚無海水游泳池池水水質(zhì)的標準，因此，試驗用水的水質(zhì)參照國家《游泳池水質(zhì)標準》（CJ 244—2007）進行配制，確定濁度、CODMn、尿素和細菌總數(shù)作為海水凈化效果評價的主要水質(zhì)指標，水質(zhì)見表1。

1.2 試驗材料與裝置

1.2.1 布氏漏斗過濾試驗

選用不同廠家的硅藻土助濾劑產(chǎn)品（表2），準確稱取一定質(zhì)量的硅藻土助濾劑（0.5 kg/m2、1.0 kg/m2）于濾紙上，把海水倒入布氏漏斗中真空抽濾，每過濾4 L海水，測出水濁度，直至硅藻土濾層被堵塞后，停止抽濾。

1.2.2 硅藻土預涂膜過濾裝置

實驗室規(guī)模的硅藻土預涂膜過濾裝置（圖1）采用燭式硅藻土預涂膜過濾技術(shù)，過濾面積為0.04 m2，預涂桶容積10 L，水箱容積500 L，水泵采用揚程為16～10 m、流量為1.2～7.2 m3/h的小型離心泵。

表1 實驗室模擬游泳海水水質(zhì)

表2 硅藻土助濾劑

圖1 試驗裝置示意圖

硅藻土助濾劑CD08的添加量為1.0 kg/m2，出水流量為300 L/h，當進水壓力從0.05 MPa升高至0.15 MPa時，為一個過濾周期，進行反沖洗，添加新硅藻土重新掛膜。

1.3 分析項目與方法

尿素，分光光度法；CODMn，堿性高錳酸鉀法；細菌總數(shù)，平板計數(shù)法；濁度，光電比濁法； pH值，玻璃電極法。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 硅藻土助濾劑篩選

濁度是由水中各種性質(zhì)及不同大小的懸浮物和膠體雜質(zhì)對光線的散射作用而產(chǎn)生的，檢測出水濁度，可以判斷水中膠體和懸浮物的濾除效果。因此，將濁度作為海水凈化效果主要評價指標，通過布氏漏斗過濾試驗，比較不同廠家硅藻土產(chǎn)品的對海水的過濾效果，篩選出最佳的硅藻土助濾劑產(chǎn)品，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，在原水濁度上下波動的情況下，硅藻土助濾劑對海水濁度具有顯著的去除效果，出水濁度在1.0 NTU左右。隨著過濾的進行，硅藻土助濾劑濾層因污染而使水通量逐步降低，甚至完全堵塞。其中，616#硅藻土助濾劑的抗污染能力最差，過濾到7 L海水時，濾餅被完全堵塞；200#硅藻土和CD08硅藻土的抗污染能力最強，在出水濁度保持穩(wěn)定的情況下，過濾到20 L海水時，濾餅才被完全堵塞，而CD08的出水濁度基本在0.5 NTU左右，明顯低于200#的出水濁度，因此CD08的過濾性能和抗污染能力最佳。

圖2 出水濁度隨過濾水量的變化

2.2 CD08對海水的凈化效果及工藝條件

依據(jù)《游泳池給水排水技術(shù)規(guī)程》和《游泳池給水排水工程技術(shù)手冊》[12-13]，采用0.5 kg/m2和1.0 kg/m2兩個添加量條件進行海水凈化的過濾工藝試驗研究。采用布氏漏斗過濾試驗，對CD08在不同投加量條件下對海水的凈化效果進行評價，確定最佳工藝參數(shù)。

2.2.1 CD08對濁度的去除

濁度是反映游泳池水物理性狀的一項指標，它可以直觀地反映出池水中懸浮污染物顆粒含量的多少。

由圖3可知，CD08在0.5 kg/m2和1.0 kg/m2投加量條件下，對海水濁度的去除率都在95%以上，但是CD08在投加量增加一倍的情況下（1.0 kg/m2），濁度去除率僅提高了1%左右。因此，CD08投加量的改變對海水濁度的去除無顯著影響。

2.2.2 CD08對尿素的去除

池水中的尿素主要來自人體的汗液、分泌物和排泄物，尿素是表明游泳池池水污染程度的一項重要指標。

由圖4可知，CD08對海水中的尿素有一定的去除效果，其中，CD08投加量為1.0 kg/m2時的去除率平均為16%左右，略好于投加量為0.5 kg/m2時的去除效果。

圖3 CD08不同投加量對海水中濁度的去除

圖4 CD08不同投加量對海水中尿素的去除

圖5 CD08不同投加量對海水中CODMn的去除

2.2.3 CD08對CODMn的去除

耗氧量也是表征游泳池池水污染的一項指標，是由人的汗液、皮屑、唾液、尿等所消耗的氧化劑，即高錳酸鉀的量（CODMn）。

由圖5可知，CD08對海水中的CODMn有一定的去除效果，其中，CD08投加量為1.0 kg/m2時的去除率平均為18%左右，顯著高于投加量為0.5 kg/m2時的去除效果。

2.2.4 CD08對細菌的去除

細菌總數(shù)是衡量池水循環(huán)凈化處理系統(tǒng)運行質(zhì)量的一個指標，是為了了解池水消毒是否徹底的一種有效方法，也是滅菌效率的一個重要指標。由表3可知，CD08投加量增加一倍后（1.0 kg/m2），其對海水中細菌總數(shù)的去除有顯著提高，去除率從15%左右提高到70%，說明CD08投加量對海水中細菌的去除有顯著的影響。

通過上述試驗結(jié)果可知，硅藻土過濾器在高效去除濁度的同時，對細菌總數(shù)也有很好過濾去除效果，同時對水中有機物（尿素、CODMn）也有一定的去除效果，與其他文獻報道相一致[6，8]。但對水中有機物（尿素、CODMn）的過濾去除效果仍不甚理想，如需進一步提高對水中有機物的去除效果，應采用多種凈化工藝相結(jié)合，如增加絮凝工藝、投加殺菌滅藻劑等，對此，將在今后工作中進一步研究。

表3 CD08不同投加量對海水中細菌的去除

2.3 硅藻土預涂膜過濾裝置對海水的凈化

在布氏漏斗過濾試驗基礎上，考察以CD08為助濾劑的硅藻土預涂膜過濾裝置對海水的凈化效果。在CD08投加量為1.0 kg/m2、出水流量為300 L/h的條件下，當進水壓力從0.05 MPa升高至0.15 MPa時，水處理量為0.75 t。在實驗室規(guī)模過濾裝置的一個運行周期中的不同時間，分別對裝置進水、出水的濁度、pH值、尿素、CODMn和細菌總數(shù)進行檢測，結(jié)果見表4。

由表4可知，在實驗室規(guī)模硅藻土預涂膜過濾裝置的一個運行周期中，出水濁度在0.5 NTU左右，說明過濾裝置對濁度具有一定的去除效果；過濾裝置對溶解性有機物和微生物具有一定的去除效果：尿素的平均去除率為20%左右，且原水中尿素含量小幅度上下波動，對硅藻土過濾裝置的凈化效果影響不大，出水中的尿素含量基本穩(wěn)定在2 mg/L左右；CODMn的平均去除率為30%左右，細菌的平均去除率為68%左右，是傳統(tǒng)的石英砂過濾技術(shù)所無法比擬的[14]，但是對細菌的去除效果仍沒有達到其他文獻中所報道的95%以上的去除率[15]，具體原因有待進一步研究。

表4 一個過濾周期中過濾裝置的出水水質(zhì)

3 結(jié) 論

（1）采用布氏漏斗過濾試驗，考察了不同廠家硅藻土助濾劑對游泳、娛樂海水中濁度的去除效果，其中，硅藻土助濾劑CD08的過濾性能和抗污染能力最佳，出水濁度為0.5 NTU左右。

（2）確定了硅藻土助濾劑CD08的最佳投加量為1.0 kg/m2，其對游泳海水濁度、CODMn、尿素和細菌的去除率分別為98%、40%、32%和70%。

（3）在以CD08為助濾劑的實驗室規(guī)模預涂膜過濾裝置的一個運行周期中，出水濁度在0.5 NTU左右，尿素的平均的去除率為20%左右，CODMn的平均去除率為30%左右，細菌的平均去除率為68%左右，海水處理量為0.75 t。

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Application of the diatomite aids in seawater filtration

REN Huafeng，MIAO Yingxia，QIU Jinquan，ZHANG Aijun，JIANG Tianxiang，CHENG Yu，WANG Jing，ZHANG Yushan
（Tianjin Institute of Seawater Desalination and Multi-purpose Utilization，State Oceanic Administration，Tianjin 300192，China）

Currently there are no experiences and standards of seawater swimming pool circulation purification technology. Diatomite precoating filtration technology has been successfully applied in water purification and food industry and other industrial filter as a kind of high precision filtration. The technology of diatomite precoating filtration was utilized in advanced treating the swimming poor seawater. Bucher funnel experimental results indicated that the 1.0 kg/m2diatomite aids CD08 was effective and economical in removal of turbidity，CODMn，urea and organisms，and the average removal efficiency was 98%，40%，32% and 70% respectively. Further study with a laboratory-scaled diatomite filtration device with CD08 indicated that the average removal efficiency of CODMn，urea and organisms was 30%，20% and 68% respectively at the effluent turbidity at 0.5 NTU approximately.

diatomite filtration；filter aid；seawater；swimming poor

X 703

A

1000-6613（2014）01-0238-05

10.3969/j.issn.1000-6613.2014.01.043

2013-07-05；修改稿日期：2013-08-09。

國家公益性行業(yè)科研專項（201105026）。

任華峰（1977—），男，工程師，從事海水凈化與水再利用技術(shù)研究。聯(lián)系人：張雨山，教授級高級工程師，E-mail yushanzhang@ hotmail.com。