（市政工程专业论文）生物硅藻土技术处理城镇污水研究.pdf

摘要 摘要 本文针对硅藻土物理化学污水处理技术存在的有机物去除效果不高、氨氮 无处理效果以及悬浮层厌氧不稳定等主要问题，设计以缺氧一好氧污水生物处 理工艺为主，利用硅藻土物化强化除磷和生物除碳脱氮的优势，首次将硅藻土 物化处理技术发展为以硅藻土为微生物载体的化学除磷、生物脱氮一体化的生 物硅藻土污水处理技术，并以悬浮澄清池替代传统二沉池，开发出生物硅藻土 城镇污水处理新工艺( 简称a d o c b d 工艺) 。 本研究以城镇污水为处理对象，进行了a o c b d 工艺的小试和中试试验研 究，包括设计参数的选取、微生物的培养驯化、运行参数和影响因素的研究等， 并探讨了生物硅藻土技术去除污染物的机理。 a o c b d 工艺中微生物菌胶团处于完全混合状态，依靠污泥回流维持微生 物浓度，而微生物附着在硅藻土表面，形成以硅藻土为载体的生物膜，与常规 生物脱氮除磷工艺比较，具有污泥浓度高( 1 2 9 l ) 、硝化与反硝化速率高( 分别为 9 9 5 m g ( n h 4 + - n ) g v s s h 和6 7 8 m g ( n 0 3 - n ) g v s s h ) 、泥龄长( 2 3 3 5 d ) ，污泥 产率低( o 1 8 - 0 3 9 k g v s s k g b o d s ) i 约特点，兼具了活性污泥法和生物膜法污水处 理的特点，提高了污水处理效率和效果。生物硅藻土污水处理技术为粉末材料 作为微生物载体强化污水处理效果提供了一项实用的技术。 设计和开发的小试装置及其研究表明，c o d c r 、s h 4 + n 、s s 和r p 处理效 果良好，悬浮层在有氧条件下运行稳定，小试研究成果验证了生物硅藻土技术 强化污水处理效果是可行的。 中试研究表明，该工艺对城镇污水处理效果很好，对c o d mm 1 4 + - n 、t n 、 s s 和t p 的平均去除率分别为8 7 ，9 8 、6 2 、6 8 和 9 0 ，各指标出水均 能达到国家一级b 排放标准限值，其中c o d e r 、n h 4 + - n 、t n 和s s 均达到一级 a 排放标准。辅助投加聚合氯化铝混凝剂，出水t p 也能达到国家一级a 排放标 准限值。 研究提出了a o c - b d 工艺设计和运行参数。主要的参数为：有机负荷 0 4 k g b o d s m 3 d ，澄清池表面负荷0 5 0 6 m 3 m 2 h ，污泥负荷 0 i k g b o d s k g m l v s s d ，曝气量1 5 ：1 ，回流比1 5 ：1 。硅藻土投加量小于5 0 m g l 。 该工艺可通过辅助投加聚合氯化铝提高总磷处理效果。 本研究在分析缺氧、好氧和悬浮澄清处理单元贡献率的基础上进行了 a o c - b d 工艺机理探讨。 关键词：生物硅藻土城镇污水、化学除磷、除碳脱氮、缺氧好氧、厌氧吸磷 a b s t r a c t t h ed i s a d v a n t a g e so fa p v l y i n gt h ec h e m i c a le n h a n c e dd i a t o m i t et ot r e a tt h e w a s t e w a t e ri n c l u d et h el o we f f i c i e n c yw i t ho r g a n i c s ，n oi m p a c to na m m o n i a n i t r o g e n a n du n s t a b l ea n a e r o b i ce f f e c t sa tt h es u s p e n d e dl a y e r s a ss u c h , c o n s i d e r i n gt h a t d i a t o m i t eh a sg o o de f f e c t so np h o s p h o r o u sr e m o v a l ，a n db i o l o g i c a lt r e a t m e n ti sg o o d a t n i 仃o g e nr e m o v a l ，t h eb i o - d i a t o m i t et e c h n o l o g y i s d e s i g n e db a s e do nt h e a n a e r o b i c - a e r o b i cb i o l o g i c a lt r e a t m e n tp r o c e s sa n dt r a n s f o r m st h ec h e m i c a le n h a n c e d t r e a t m e n tt e c h n o l o g yt oai n t e g r a t e dt e c h n o l o g yw h i c hu s e st h ed i a t o m a c e o u se a r t ha s t h em i c r o o r g a n i s mc a r r i e rt or e m o v ep h o s p h o r u sv i ac h e m i c a lm e c h a n i s ma n d r e l n o v ec a r b o na n dn i t r o g e nv i ab i o l o g i c a lm e c h a n i s m t h ep r o c e s sa p p l y i n gt h e b i o - d i a t o m i t et e c h n o l o g ya n ds u b s t i t u t e dt h et r a d i t i o n a ls e c o n d a r ys e d i m e n t a t i o nt a l 出 b ys u s p e n d e dc l a r i f i c a t i o nt a n kt ot r e a tm u n i c i p a lw a s t e w a t e ri sn a m e da j o c - b d p r o c e s s t h e s t u d yd e v e l o p e d t h es m a l l a n dm i d d l e p i l o t s t u d i e so nm u n i c i p a l w a s t c w a t e rt r e a t m e n t r e s e a r c hi n c l u d e st h es e l e c t i o no fd e s i g n p a r a m e t e r s ， c u l t i v a t i o na n da c c l i m a t i o no ft h em i c r o o r g a n i s m , o p e r a t i o nc o n d i t i o np a r a m e t e r sa n d a f f e c t i o nf a c t o r sa n dt h e p o l l u t i o nr e m o v a lm e c h a n i s m t h ef i l o c - f o r m i n gb a c t e r i aw a si nac o m p l e t e m i x i n g s t a t u sa n dt h e m i c r o o r g a n i s mc o n c e n t r a t i o nw a sk e p tr e p l y i n go nt h es i n d g er e c y c l ei na o c - b d p r o c e s s t h em i c r o o r g a n i s m a t t a c h e dt ot h es u r f a c eo fd i a t o m i t ef o r m e dt h e b i w m e m b r a n ew i t ht h ec a r r i e ra sd i a t o m i t e c o m p a r i n gw i t l lt h en o r m a ln i t r o g e na n d p h o s p h o r u sr e m o v a lb i o l o g i c a lp r o c e s s , t h ed i a t o m i t ei sa d v a n t a g e 血l o n g e rs l n d g e a g e ( 2 3 3 5 d ) a n dl o w e rg e n e r a t i o nr a t eo fs l u d g e o 1 8 加3 9 k g v s s k g b o d 5 ) ，a n d t h eh i g h e rn i t r i f i c a t i o nr a t ea n dd e n i t r i f i c a t i o nr a t e ( 9 9 5 m go q h 4 + - n ) g v s s ha n d 6 7 8 m g 吖0 3 - - n ) g v s s hr e s p e c t i v e l y ) t h i sp r o c e s sc o m b i n e dt h ec h a r a c t e r i s t i co f t h ea c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s sa n db i o - m e m b r a n ep r o c e s st h e r e f o r ei ti n c r e a s e st h e w a s t e w a t e rt r e a t m e n te f f i c i e n c y t h i sa l s op r o v i d e sav a l u a b l et e c h n o l o g yo f a d o p t i n g t h es u p e r f i n ep o w d e ra st h em i c r o o r g a n i s mc a r r i e r b a s e do l lt h es m a l l - s c a l ep i l o ts t u d i e s ，i ti si n d i c a t e dt h a tt h er e m o v a le f f i c i e n c y a b s 仃a d o fc o d e r 、n h + - n ，s sa n dt pw a sg o o d t h es u s p e n d e dl a y e ro p e r a t e ds t a b l eu n d e r a e r o b i cc o n d i t i o n t h ep i l o ts t u d i e sa l s ov e r i f i e dt h ef e a s i b i l i t yo fs t r e n g t h e n i n gt h e w a s t e w a t e rt r e a t m e n tw i t ht h e 埘c e t i o no fd i a t o m i t c t h em i d d l e - s c a l ep i l o ts t u d i e si n d i c a t e dt h a tt h ep r o c e s sh a dg o o dt r e a t m e n t e f f e c t so nm u n i c i p a lw a s t e w a t e r t h e a v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yf o rc o d c r ，n i 五* - n 、 t n 、s sa n dt pr e a c h e d8 7 ，9 8 、6 2 、6 8 a n do v e r9 0 r e s p e c t i v e l y t h e d i s c h a r g em e e tt h ec l a s si s t a n d a r dl i m i t s a m o n gt h o s ep a r a m e t e r , c o d c r 、 n h 4 + - n 、t n a n ds sm e tt h ec l a s si ( a ) s t a n d a r dl i m i t s w i t ht h ea i d so ff l o c c u l a n t s p o l y m e ra l u m i n u mc h l o r i d e ，t h et pm e t t h ec l a s si ( a ) l i m i t s t h es t u d yp u tf o r w a r dt h ed e s i g na n do p e r a t i o np a r a m e t e r so ft h ea o c - b d w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s t h em a j o rp a r a m e t e r si n c l u d e ： o r g a n i cl o a d i n g ： o 4 k g b o d s m 3 d ：s u r f a c el o a do fc l a r i f i c a t i o nt a n k ：0 5 0 6 m 3 m 2 h , s l u d g el o a d i n g ： 0 1 k g b o d s k g m l v s s d ；s l u d g er e c y c l er a t i o ：1 5 ：1 ；d i a t o m i t ef e e d i n ga m o u n tl e s s t h a n5 0m 叽t h e p h o s p h o r u sr e m o v a le f f i c i e n c yc o u l db ei n c r e a s e dt h r o u g ht h e a d d i t i o no ff l o c c u l a n t sp o l y m e ra l u m i n u mc h l o r i d e t h i ss t u d yd i s c u s s e dt h em e c h a n i s mo fa o c - b dw a s t e w a t e rt r e a t m e m p r o c e s s ，b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ec o n t r i b u t i o no fe a c hp r o c e s su n i ts u c ha s a n a e r o b i c , a e r o b i ca n ds e d i m e n t a t i o n k e yw o r d s ：b i o - d i a t o m i t e ，m u n i c i p a lw a s t e w a t e r ，c h e m i c 鼍lp h o s p h o r u s r e m o v a l ，c 叫蛔a n dn i t r o g e nr e m o v a l ，a n a e r o b i ca n da e r o b i c ，a n a e r o b i c p h o s p h o r u sr e m o v a l i v 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 o 赫e l k 年7 月叼 第1 章综述 第1 章综述 1 1 研究背景 水资源是基础性自然资源，是生态环境的控制因素之一，同时又是一个国 家综合国力的重要组成部分。我国是一个水资源相对短缺的国家，人均水资源 量仅占世界平均水平的四分之一。随着我国经济的迅速发展，人口的增加，人 民生活水平的逐步提高，工业化和城市化步伐的加快，用水量急剧增加，污水 排放量也相应增加，加剧了淡水资源的短缺和水环境的污染。应对我国水污染 防治和水资源保护宜采取综合治理措施，因地制宜，采用处理与利用结合的措 施，在污水处理的同时实现污水的无害化和资源化，实现水的良性循环和水资 源的可持续利用，是从根本上缓解城市水体污染的有效措施之一 上海市自7 0 年代初开始，采用集中外排综合利用与分散处理相结合的方式， 相应建成了外排长江的西干线、南干线、合流污水治理一期工程，污水治理二 期等工程以及末端城市污水处理厂，至2 0 0 4 年年底全市城镇污水处理厂总数为 3 8 座；总设计处理能力为4 4 9 6 万立方米日，实际日均污水处理运行量为4 1 9 1 万立方米。2 0 0 4 年上海市城镇污水处理率达到6 5 3 。 上海市中心城区的污水通过合流一期、污水治理二期等管道收集，输送到 污水处理厂进行相应的处理。而郊区、尤其是乡镇的污本大部分未进行收集和 处理，成为上海市水环境的主要污染源。根据2 0 0 0 年上海市污染源调查结果分 析，上海市郊区污染源的特点是组团式分布，每一组团是一个乡镇，镇与镇之 间距离较远，将若干乡镇的污水收集集中处理在经济上不合算。郊区酌经济实 力无法和中心城区相提并论，人均收入仅为城市居民的一半，完全照搬中心城 区的污水处理模式和工艺，将会因造价和运行费用过高而使郊区居民无力承担； 郊区缺少污水处理的专业人员，对操作管理要求高的污水处理厂一般很难管好 用好。 因此根据上海水环境保护目前面临的突出问题，有必要因地制宜研究开发 工艺流程简单、污水处理高效、投资运行费用低廉、操作管理简便实用的小型 污水厂处理工艺与设施，以适用于城郊地区生活污水分散处理。本论支针对小 型城镇污水处理，开发以硅藻土应用为主的集化学除磷、生物脱氮为一体的新 型污水处理技术和工艺的研究，得到上海8 6 3 课题上海城市水环境改善技术 第1 章综述 及综合示范项目( 2 0 0 3 a a 6 0 1 0 2 0 ) 的资助并成为子课题之一 1 2 硅藻土及其应用状况概述 1 2 1 硅藻土概述 硅藻土【l 】是一种十分重要的非金属矿产，由于其具备特殊的理化性能而广泛 应用于化工生产中的触媒载体，油漆、橡胶、造纸中的填充料，食品工业中的 过滤、漂白剂，隔热、隔音材料，以及石油精炼、陶瓷、玻璃、钢铁、冶金热 处理和环境保护方面等。 1 1 硅藻土的化学成分 硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩。主要由古代硅藻遗体组成，其化学成 分主要是s i 0 2 ，还含有少量的a 1 2 0 3 、f c 2 0 3 、c a o 、m g o 、k 2 0 、n a 2 0 、p 2 0 5 和有机质，硅藻土中s i 0 2 的含量变化较大。优质硅藻土s i 0 2 通常占以上， 最高可达9 4 ，氧化铁含量一般为l 1 5 ，氧化铝含量为3 6 。一般工业要 求分析四个项目( s i 0 2 、a 1 2 0 3 、f e 2 0 3 、烧失量) ，根据需要可作m g o 、c a o 测 定。我国及其它一些国家硅藻土化学成分见表1 1 。 表1 1 硅藻土化学成分表( 单位：重量比) 2 第1 章综述 劲硅藻土的特殊结构及特性 硅藻土是一种具有生物结构的岩石，主要由8 0 一9 0 ，有的达9 0 以上的硅 藻壳组成。海水、湖水中的氧化硅的主要消耗者就是硅藻，构成硅藻软泥。在 成岩过程中经石化阶段形成硅藻土。 硅藻壳由蛋白石组成，硅藻在生长繁衍过程中，吸取水中胶态二氧化硅， 并逐步转变为蛋白石。在地质历史中硅藻种类达一万余种，现存的有五千余种。 从我国已发现的硅藻土矿床中，硅藻主要有如下几种：直链藻( m e l o s i r a ) 、颗粒 直链藻( m e l o s i r ag r a n u l a t a ) 、幅环藻( a c t i n c y l u s ) 、圆筛藻( c o s c i n d i s c u s ) 、具 缘园筛藻( c o s c i n d i s e u sm a r g i n a t u s ) 、舟形藻( n a n i c u l a ) 、冠盘藻( s t c p h u n c o d i s c u s ) 、棒杆藻( r o p a l o i l a ) 。 硅藻颗粒大小为0 0 0 1 - - 0 s m m ，硅藻壳面上的孔洞呈有规则的排列，如：具 缘圆筛藻直径约o 1 4 r a m ，壳面网孔成正六边形，中心孔径5 微米，边缘2 微米。 颗粒直链藻，链长0 2 6 r a m 具1 6 个藻胞，藻胞似圆柱形，直径1 2 微米，长1 5 微米，胞壁厚0 5 微米，并易脱落成单体( 见图1 1 ) 。 硅藻土的颜色为白色、灰白色，灰色和浅灰褐色等，由于硅藻颗粒细小，使 硅藻土有细腻、滑润、松散、质轻、多孔、吸水和渗透性强的特性。硅藻土松 散密度为0 3 0 5 9 c m 3 ，莫氏硬度为1 1 5 继藻骨骼微粒为4 5 s p m ) ，孔隙 率达8 0 9 0 ，能吸收其本身重量1 5 4 倍的水，是热、电、声的不良导体， 熔点1 6 5 0 1 7 5 0 ，化学稳定性高，除溶于氢氟酸以外，不溶于任何强酸，但 能溶于强碱溶液中硅藻土的二氧化硅多数是非晶体，碱中可溶性硅酸含量为 5 0 8 0 。非晶型s i 0 2 加热到8 0 0 1 0 0 0 时变为晶型；碱中可溶性硅酸可减少 到2 0 3 0 。硅藻土的许多特性和用途都与其特殊的矿物结构和独特的氧化硅 3 第1 章综述 形成的硅藻土壳的特殊结构有关。 图1 1 硅藻的种类 硅藻土呈弱酸性，其表面吸附性质与其表面结构有关。硅藻土表面为大量 硅羟基所覆盖，并有氢键存在，o h 基团也在硅藻土细孔内表面分布，其结构如 下所示： hhh 000 s i 。 或 。 1 l o 1 这些o h 基团是使硅藻土具有表面活性、吸附性以及酸性的本质原因。硅羟 基在水溶液中离解出h + ，从而使硅藻土颗粒表现出一定的表面负电性，常用薯 电位来表示。该电位与硅藻土的比表面积和孔径大小有关，通常比表面积越大， 孔径越小，电位越大阁。 4 第1 章综述 3 ) 硅藻土的物理特性 硅藻土是由胶体矿物蛋白石组成，胶体质点小，具有大的比表面积。硅藻 土松散密度为o 。3 加5 9 c m 3 ，莫氏硬度为1 - 1 。5 ( 硅藻骨骼微粒为4 5 - 5p m ) ， 孔隙率达8 0 9 0 ，能吸收其本身重量1 5 4 倍的水，是热、电、声的不良导 体，熔点1 6 5 0 1 7 5 0 。我国主要硅藻土的物理特性见表1 2 。 表1 2 硅藻土的物理特性 结构山东临朐吉林海尤云南西部浙江嵊县吉林桦甸四川米易 堆密度尥妇西0 4 3 0 3 40 4 6 0 5 7 0 5 4 0 6 4 比表面积地n 2 ，g ) 6 4 94 6 02 1 6 4 6 4 5 8 03 3 0 4 1 资源状况和特点 世界硅藻土资源十分丰富，分布范围很广泛，已知全球共有硅藻土1 8 4 2 2 0 亿吨，远景储量3 5 7 3 亿吨。其中亚洲居第一位，约1 0 亿吨，欧洲5 亿吨， 美洲，非洲和大洋州共5 亿吨。 目前我国已有1 4 个省市自治区发现硅藻土矿7 0 余处，已探明储量4 0 6 亿 吨，中国硅藻土矿资源较丰富，远景储量在2 0 亿吨以上。在吉林长白，内蒙， 广东徐闻和云南腾冲发现了优质硅藻土，其中吉林长白是世界上储量达上千万 吨的优质硅藻土产地之一。s i 0 2 含量是硅藻土矿石中硅藻含量量度标志之一， s i 0 2 高则质优。在大型矿床中吉林省长白县外围普查区s i 0 2 含量较高，达到 8 0 6 9 ；其次是吉林省长白县西大坡详查区，s i 0 27 5 ，4 6 。中型矿床以吉林省 长白县马鞍山号矿段最高，s i 0 28 3 4 6 ：其次是吉林省临江市西小山矿床， s i 0 28 1 3 9 。6 个大型矿床平均s i 0 2 含量6 4 6 4 ，1 9 个大、中型矿床平均s i 0 2 含量6 7 9 0 ，即矿石质量多数属中等。6 个大型矿床共计保有储量3 0 3 2 0 万吨， 占全国保有储量的7 9 。其中以吉林省长白县西大坡矿规模最大，详查区及外 围普查区合计保有储量1 6 2 0 7 万吨；其次是云南省寻甸县先锋矿区，保有储量 为7 7 6 0 万吨；第三位是浙江省浦义矿区，保有储量3 5 8 0 万吨。全国发现的硅 藻土资源占世界探明储量的1 9 1 1 ，仅次于美国。图1 2 是研究期间调研的几 处硅藻土矿藏： 5 第1 章综述 ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) 宾川矿 洱源矿鹤庆矿弥渡矿 图1 2 硅藻土矿脉 我国硅藻土资源有以下特点： 产地和储量均高度集中，有利于建设大型硅藻土开发应用基地； 以大中型矿为主，利于规模经营； 矿石以含粘土硅藻土和粘土质硅藻土为主，质量差，一、二级品极少， 国外主要矿床矿石类型以硅藻为主，一、二级品为主，而我国硅藻土矿 粘土含量较高，含s i 0 2 多在8 0 ，一、二级品占少数； 我国的硅藻土以适于作催化剂的直链藻较多，适于作助滤剂的圆筛藻较 少。我国硅藻土矿的主要类型见图1 3 。 球形藻小环藻 圆筛藻直链藻立体小环藻 图1 3 我国硅藻土矿的主要类型 因此，虽然我国的硅藻土资源和储量都大，但总体质量欠佳，成品矿产率 较低，采选和加工成本较高，在工业使用方面也与国外有所差别【3 1 1 2 2 硅藻土应用现状 由于硅藻土特殊的理化特性和构造，使得它具有许多特殊的物理性能，如 较大的孔隙度，较强的吸附性，质轻、隔音、耐磨、耐热并有一定的强度，近 年来在环保领域的应用也引起人们的关注，其主要的用途为： 6 第1 章综述 1 ) 助滤剂 在硅藻土制品中，助滤剂品种最多，用途最广。在国外硅藻土制品中助滤 剂占6 4 - - 6 6 ，品种达1 5 0 余种，广泛用于酒饮业，医药业，油脂业，生活用 水和工业用水过滤，工业废水处理，肥料，精细化工产品，糖类及调味类的过 滤等。 硅藻土助滤剂是以优质硅藻土为基本原料，加工制成的粉状产品，在过滤 过程中提高过滤速度和澄清度的过滤材料。由于硅藻土具有独特的孔结构，不 同的粒度分布范围和稳定的化学性质，因此可使被过滤液体获得高流速比并能 滤除细微的固体悬浮物，最小可截留0 1 1 口m 的杂质粒子。硅藻土过滤的基本 原理如图1 4 所示【9 】。实际应用证明，硅藻士助滤剂可滤除水中的固体悬浮物、 胶体物质、细菌病毒等，其过滤作用主要是对杂质的机械截留作用。 早在二战期间，美国的军队工程研究和开发实验室就研制了能够现场生产 纯净饮用水的硅藻士过滤单元。后来硅藻土过滤技术逐渐被应用到民用领域和 工业领域，包括饮用水、游泳池水、浴室用水、工业用水、锅炉循环水和工业 废水的过滤和处理等。1 9 4 8 年，美国建成最早的城市水处理硅藻土过滤装置， 每天可以处理7 5 0 0 0 加仑水。到1 9 7 7 年，已经有1 4 5 个硅藻土过滤厂在运行， 到今天共有2 0 0 个硅藻土过滤工厂成功运行。 图1 4 硅藻土过滤机理 同济大学对硅藻土过滤技术进行了较全面的研究并已用于生产实践。孟建 平、范瑾初等用硅藻土过滤( d e f ) 技术处理饮用水源水 1 0 , l l 】，据报道，硅藻土 7 第1 章综述 不仅可滤除水中的固体悬浮物、胶体物质、细菌病毒，还可去除藻类、腐植酸、 色度及有机物等。李忆用硅藻土过滤( d e f ) 处理游泳池循环水i 堋，金伟、纪 任旺用粉末活性炭与硅藻土联用( p d f ) 技术深度净化饮用水，挥发性卤代烃去 除率达到7 0 以上，t o c 去除率为2 0 - 3 0 ，u v 2 5 4 达9 0 以上 1 3 , 1 4 1 。 2 1 载体 神笠谕 u l 报道了高性能的二氧化钛负载于多孔性玻璃质硅藻土上的固定化 光催化剂，及其在水处理中的应用初探。负载于硅藻土上的光催化剂，可以保 持硅藻的多孔性，发挥出很高的催化活性。 此外，硅藻土制备的可控气孔陶瓷有十分重要的物化性能，已经广泛地应用 在生物技术领域内如，硅藻土用作青霉素g 酰化酶的载体，用氨水处理后， 它与青霉素g 酰化酶的大部分结合位由氨基占据。酶与硅藻土的吸附是亲水性 吸附，解析是疏水性解析。硅藻土对发酵液中的色素吸附较少，苯乙酰胺一 s c p a r o s c 4 b 树脂对发酵液中的色素有较强吸附，因此，运用此法提纯豹酶不但 去掉了大部分杂蛋白，而且去掉了色素【垌。 文献还报道，利用硅藻精土作为载体，配入抗菌液。由于硅藻土孔隙率高， 能将抗菌液吸附到硅藻土空隙内，对抗菌液起到缓释和保护作用，从而使抗菌 液的有效期和抑菌效果延长了几倍【1 7 鸺l 硅藻土除作为多孔性催化剂的载体外，近年来作为生物反应器的载体正引 起人们的关注。国外报道了硅藻土披用作生物反应器载体的一些研究。如从硅 藻土表面的理化特性：如粗糙程度，孔径大小，孔径分布，微生物的富集容量 等方面对它作为生物载体进行了全面的评估1 1 ”。 p o t t i e rr j 等人 2 0 , 2 1 l 报道了硅藻土作为好氧三相流化床反应器中微生物载体 来处理含氯酚地下水，研究了温度对氯酚降解动力学的影响。l i v i n g s t o n a n d r e w g t l 、，【捌报道了在好氧三相流化床反应器内用硅藻土固定化生物膜来降解酚。探索 了使流化床正常膨胀的动力因素。认为用气体流速来控制床内的紊动和一定的 微生物量是适宜的。后来，l i v i n g s t o na n d r e wg u y 又报道了在三相流化床生 物反应器中使用硅藻土作为微生物的载体来降解3 ，4 一二氯苯胺。反应器的水 力停留时间为1 2 5 小时，3 。4 一二氯苯胺的去除率可达9 4 。用数学模型模拟 了3 ，4 一二氯苯胺和氧在反应器硅藻土颗粒上生物膜内的扩散和反应 c a l t c l s c a nr 等人1 2 4 l 研究利用厌氧固定膜膨胀床在1 5 度下降解四氯乙烯。 8 第1 章综述 试验装置为连续流小试反应器，固定膜是硅藻土为载体的厌氧微生物群落，反 应停留时间为1 8 - 4 小时，最大降解速率为5 3 3 m g g v s s d 。f a r h a n m a n a f h 1 2 5 报道了使用硅藻土作为厌氧流化床反应器的固定化生物填料。反应器运行需在 废水中补充碳源，该反应器可以处理的有机负荷率为1 2 0 0 0 m g i d ，反应器运行稳 定，抗干扰能力强，固定化生物反应器明显优于传统悬浮生长的反应器。有机 碳去除率超过9 8 ，比生物气产率为1 5 i 7 i i g t o c 。反应器较高的效率归于高 浓度的生物量，进一步归因于反应器内硅藻土载体较大的比表面积。 a p i l a m - zl ，g u f i e r r e z a 2 i s 报道了在废水处理中，载体的特征对底物降解动力 学和微生物的黏附和生长具有很大的影响。科研人员在降解动力学方面做了很 多研究，而在载体表面特性方面所做工作较少，研究报道了黏附硅藻土，活性 碳，玻璃和砂子的生物转盘上载体种类对生物膜生长特性的影响。 去除重金属离子 硅藻土幕j p b l 硼、a s 、c u 、a 和a g 等离子具有强的吸附能力，在偏碱性介 质条件下，重金属离子的去除率可达到9 5 以上。夏士朋【2 9 l 提出了含碳酸钙硅藻 土是处理废水中c l i 、c r 、p b 、z n 重金属很好的吸附剂，在p h 为7 - 1 0 之间， 采用静态吸附试验，吸附容量为3 5 4m m o l g 。赵黔榕等i 删对云南腾冲硅藻土进 行改性后，进行c u 2 + 吸附试验。试验发现，加入改性剂后在9 0 0 c 下焙烧后的改 性硅藻土对c u 2 + 的吸附效果最好。最佳反应条件为：p h 为7 - 8 ，加药量2g 兄， 吸附时间为0 5 1h r 。后来，刘频、赵黔榕等1 3 1 】又报道了改性硅藻土对p b 2 + 的吸 附作用研究。研究发现，改性后的硅藻土对水溶液中p b 2 + 的吸附作用明显优于原 土，在室温条件下，当p b 2 + 的初始浓度为2 0m g l d 、吸附剂投加量为3 0g l 、 吸附时间为6 0r a i n 、溶液p h 为7 8 的条件下，改性硅藻土对水溶液中p t 2 + 的去 除率为9 6 3 ，残留液e p p b “的质量浓度为0 7 4m g - l ，已达到国家排放一级标准， 改性硅藻土对p b “的吸附符合f r c u n d l i c h 方程。 4 1 处理含氟废水 硅藻土经改性处理后可用于吸附废水中的氟离子。翁焕新等1 3 2 1 用氢氧化钠 及含铝化合物活化处理硅藻土原土后得到改性硅藻土( m a 1 2 0 3 x s i 0 2 y h 2 0 ) ， 用来处理长石一石英分离浮选工艺生产过程中产生的含氟废水。试验发现，经 改性后的硅藻土对氟的去除率比改性前提高了2 0 以上，比石灰和微孔陶瓷的 9 第1 章综述 去除率分别高3 2 7 和3 0 。对硅藻土进行改性，不仅能使硅藻土的孔壁得到清 理，从而增加孔体积和硅藻土比表面积，而且还能使共存的蒙皂石的层间距加 大，增加离子交换反应的吸附空间。此外，与部分硅藻质氧化硅表面缺损部位 结合的碱金属，为吸附氟离子提供了平衡电荷的正离子。改性硅藻土与活性沸 石制成复合净水剂，也是处理工业废水中氟的理想净化剂。 5 1 处理含油废水 加藤泰良等【3 3 】用0 4 8ga 1 2 ( s 0 4 ) 3 1 7 h 2 0 和0 3 2gc a ( o n ) 2 分别研磨后，与 5 0 9 硅藻土粉末混合，制成处理剂。用该处理剂处理压缩机排出的乳化含油废水 ( 含油1 6g l ) ，投加量为4g l ，形成松散沙粒状沉淀，过滤仅需2m i n ，滤液 中含油为5m g l ，去除率超过9 9 。 李敏学等【卅取抚顺石油一水含油废水，投加于4 5 0 c 干燥1 小时的敦化硅 藻土，搅拌1m i n ( 8 0r r a i n ) 。试验结果表明，在1l 废水( 含油0 4 4 8g l ) 中 投加2g 硅藻土，油的去除率接近9 8 ，浊度、色度明显下降。 回处理印染废水 森崎一南【3 5 】采用含有粘土矿物质的硅藻土( s i 0 2 含量7 1 8 ，a 1 2 0 31 2 8 ， f c 2 0 34 0 ) ，经酸洗后于2 5 0 码5 0 煅烧，使硅藻土中所含的不溶于水的金属 氧化物( a 1 2 0 3 、f e ；2 0 3 等) 转化为硫酸盐或氯化物，成为具有絮凝和脱色能力 的废水处理剂。用该处理剂处理浓度为2 5 0m g l 的雷索林蓝b r 染料时，脱色 率为1 0 0 ，投加量为1 0g l 。吴吉昆等 3 0 3 取长春印染厂废水，投加在4 5 0 干 燥1 小时处理后的敦化硅藻土药剂，搅拌1m i n ( 8 0r m i n 转速) 后取上清液测 试结果见表1 3 。 表1 _ 3 硅藻土处理印染废水结果 1 0 第1 章综述 彭书传m 】用硅藻土复合净水剂处理安徽印染厂水处理站生化处理系统出 水，c o d e r 为2 0 0 3 5 0m g l ，色度为1 5 0 - 2 5 0 倍，s s 为1 9 5 - 2 4 5m g j l 。试验发 现，硅藻士复合净水剂最佳投加量为1 睢1 3g ，l ，此时c o d e r 去除率为7 5 左 右，色度去除率为9 3 以上与其他常用的絮凝剂相比，硅藻土复合狰水剂的 处理效果较好，试验结果详见表1 4 。其中废水处理c o d e r 为3 3 0m g n , 、色度 2 5 6 倍、s s 为2 1 2 m g l 、p h 为7 9 。 表1 4 不同絮凝剂对比试验结果 陈成锐等网用啤酒厂废硅藻土经酸活化( 1 5 0 0 c - f 活化1 2 0m i n ) 后，在p h 为6 0 条件下，处理不伺的染料废水，处理结果见表1 5 。 表1 5 硅藻土脱色试验结果 由表1 5 可以看出，活性硅藻土对废水染料的脱色是有选择性的。对活性染 料废水的脱色效果虽然不够理想，但对分散蓝、分散红、土林蓝、亚甲基蓝等 废水染料的脱色效果较好。 杨宇翔等网采用染料吸附法研究了浙江和吉林硅藻土对染料的吸附等温 线，以及p h 值对染料吸附量的影响，并用硅藻土处理常州印染厂的印染废水。 研究发现，硅藻土吸附性质与其结构、孔分布、表面鼍电位及p h 值有关。硅藻 种属不同，孔结构、表面构造及鼍电位也不同。硅藻土经焙烧后，平均孔径和孔 1 1 第1 章综述 容都增大，比表面积减小，吸附量也随之减小。p h 值对吸附的影响也较大，由 于次亚甲基蓝为阳离子型，p h 越高，硅藻土表面薯电位越大，脱色吸附量越大。 取2 5 0m l 常州印染厂的印染废水，p h 为8 5 ，投加不同量的硅藻土，c o d c r 由 3 4 6 0 m g l 降至5 2 o m g l ，去除率达到8 5 ，色度降至5 0 ，最经济投加量为4 9 l 。 口h 为8 5 时处理效果最佳，可能与印染废水中蒽醌衍生物和叠氮化物所带有的 官能团 c = o 或n = n 一有关，当p h 为8 5 时，带负电荷的= s d 与上述 官能团的作用最强。 近年来，利用硅藻土处理印染废水的研究大多还只停留在实验室阶段，有 待进一步加强研究，在生产中推广应用。 刀处理造纸废水 马崇勇等将硅藻土破碎至5 0 8 0 目，在7 0 0 ( 2 煅烧3 小时，用i 1 2 s 0 4 或 h c i 活化，烘干后制成处理荆，处理c o d e r 为2 0 0 0 - 3 0 0 0m g l 的造纸废水， c o d e r 的去除率为6 0 胡5 ，脱色率为9 0 - 9 9 。在c o d c r 含量为9 0 0 - 3 0 0 0m 班 的范围内，硅藻土的投加量为1 0 3 0g l 。采用这种处理剂处理云南大理洱滨纸 厂和云南云丰造纸厂的废水，脱色率分别为9 6 8 和9 8 ，c o d e r 去除率分别 为6 0 和7 1 7 。 表1 6 复合污水处理剂对四种造纸废水的处理结果 彭宋纯等【4 1 噪用1 ：o 3 ：0 5 的氧化钙硅藻土炉渣组成的钙盐絮凝剂处理 造纸黑液，投加量为0 6 - - 1 5g l ，脱色率为9 5 ，s s 去除率为9 8 ，c o d e r 去 除率为9 2 。 第1 章综述 王泽民【4 2 j 等制成硅藻土水处理剂，该处理剂含a 1 2 ( s 0 4 ) 3 1 8 i - 1 2 0 约3 0 ， f e 2 ( s 0 4 ) 3 9 h 2 0 约1 0 ，游离酸约5 - 7 ，硅藻土5 0 - 5 5 。用这种处理剂处理 四种造纸废水，结果见表1 6 。 处理城镇污水 利用硅藻土处理工业废水或生产饮用水的技术已有将近二十年的研究历 史，但将硅藻土用于处理城市生活污水是近几年才发展起来的，硅藻土处理技 术以其独特的特征而受到业内人士的重视。 表1 7 改性硅藻土处理剂对生活污水的处理结果 项目实例婶j ：昆明市明通河下游位置建立了一座应用此工艺，设计处理能 力4 0 0 0m 3 d 的污水处理厂，用于处理明通河城市生活污水。污水在去除部分 飘浮物、沉砂后，在调节池调节p h 值，处理剂投加设备按十万分之五投加硅藻 精土处理剂，与处理剂混合后的污水经水泵送到絮凝沉淀池，在絮凝沉淀池， 悬浮物、胶体形成矾花、在固液分离区，矾花快速沉降，上清液溢流并排入排 水沟，下层污泥排入污泥处理池进行处理。 通过监测结果与国家标准的比较，所测各项指标均达到污水综合排放标 准8 9 7 8 - - ：- 1 9 9 6 一级排放标准( 氨氮指标未监测) ，硅藻精土污水处理剂对生活 污水具有较好的除臭、脱色效果，无二次污染。该工艺特色是流程简单、占地 少，为传统活性污泥法的3 0 ；可实现自动化操作；基建投资省；出水水质稳 定，可达排放标准，污泥可重新提炼硅藻土；但不能用硅藻原土作处理剂，必 须用硅藻精土经过表面改性后配制，影响其广泛推广。 郑永林、王庆中掣“】采用纯物理湿法选矿技术，获得硅藻含量超过9 2 的 第1 章综述 硅藻精土，再加入一定量的改性剂，制成改性硅藻土处理剂，先后将该处理剂 用于处理昆明明通河、昆明自祥饭店污水将改性硅藻土处理剂加水搅拌后加 入污水管道，经水泵混合后提升至水力澄清池，上清液排放。试验结果见表1 7 。 同济大学曹达文、蒋小红、朱