（环境工程专业论文）硅藻原土处理城镇污水试验研究.pdf

上海大学硕士学位论文 摘要 硅藻土是一种具有生物结构的古生物化石，利用硅藻土处理工业废水已有 多年的研究，但将硅藻土用于城镇污水的处理才刚刚起步，并且处理城镇污水 的硅藻土主要是经过改性处理的硅藻精土。本论文是在前期利用复配硅藻精土 处理城镇污水中试研究的基础上，为进一步降低污水处理成本，提高装置的处 理效率，采用硅藻原土为生物载体对城镇污水进行连续流小试研究。去除大颗 粒杂质后的城镇污水与回流混合液共同经缺氧池、好氧池至澄清池出水，混合 液由澄清池底部回流至缺氧池。 向装置中投加硅藻土后，大量微生物吸附在硅藻土表面，以其为载体，形 成以硅藻土为核心的菌落团，各硅藻土菌落团通过荚膜和表面黏液的作用，在 水中形成大片的硅藻土菌胶团，本研究中称之为生物硅藻土。而生物硅藻土是 构成装置内污泥的主要组分，硅藻原土与复配硅藻精土一样能作为载体形成生 物硅藻土，这就为使用硅藻原土代替复配硅藻精土提供了可能。 研究表明，装置在进水流量为9 0 l , h ，相应的水力停留时间为3 1 9 h 时， 混合液回流比为2 0 0 ，溶解氧为2 0 - 3 0 m g l 情况下，进水c o d 、总氮、氨 氮及总磷浓度分别为2 1 2 3 6 m g l 、2 7 6 2 m g l 、2 1 8 3 m g l 、3 0 7 m g l ，相应的 出水浓度分别为3 4 7 5 m g l 、1 1 0 2 m g l 、o 5 8 m g l 、1 1 0 m g l 。在进水流量为 9 o l h 时为保证总氮及氨氮的去除效果溶解氧范围必须控制在2 0 - 3 0 m g l 及 混合液回流比不能小于1 5 0 。 同时测定了小试装置污泥的硝化速率和反硝化速率，尽管略小于采用复配 硅藻精土处理城镇污水中试研究的硝化速率和反硝化速率，但远大于传统活性 污泥法的硝化速率及反硝化速率，说明了小试装置较强的脱氮作用。 为提高总磷的去除，向装置好氧池内投加p a c ，研究发现p a c 投加量从 0 m g l 上升到3 0 m g l 的过程中，总磷去除率由6 2 7 1 上升到9 2 6 8 ，在此过 程中由于a l ”对微生物的毒性作用污泥体积指数s v i 也随着p a c 投加量的加大 而增大，综合考虑，不宜采用单独向装置好氧池内投加大量p a c 的方法来提高 总磷的去除。 v 上海大学硕士学位论文 测定污水污泥的比阻值为0 2 6 1 1 0 9 s 2 g ，远小于普通活性污泥的比阻 1 2 扣1 4 2 1 0 9 s 2 g ，与经絮凝调节后的消化污泥的比阻o ix1 0 9 s 2 g 相近。 本工艺对传统m o 工艺做了两部分的改进，一是将传统a o 工艺的内外回 流统一为混合液回流，降低了污水处置的运行费用。二是采用澄清池代替传统 o 工艺的二沉池，保证了出水水质。 关键词：硅藻原土，生物硅藻土，城镇污水，脱氮除磷 上海大学硕士学位论文 a b s t r a c t d i a t o m a c e o u se a r t h ( d e ) w a sp a l e o n t o l o g i a lf o s s i l ew i t l ib i o l o g i c a ls t r u c t u r e t h e r ew g r em a n ys t u d i e so nt r e a t m e n to fi n d u s t r yw a s t e w a t e ru s i n gd e a n ds o m e r e p o r t sa b 0 1 nt r e a t m e n to fm u n i c i p a lw a s t e w a t e fu s i n g 矾岛n e dd ew h i c hw a s m o d i f i e d i no r d e rt od e c r e a s et h et r e a t m e n tc o s ta n di n c r e a s et r e a t i n ge f f i c i e n c y 。 b a s e do np r o p h a s ep i l o ts t u d yo ft r e a t m e n tm u n i c i p a lw a s t e w a t e ru s i n gc o m p o s i t e r e f i n e dd e ，m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tu s i n ga o ( a n o x i c - o x i c ) p r o c e s si n l a b s c a l ew a ss t u d i e d ，i nw h i c hr a wd ei n s t e a do fc o m p o s i t er e f i n e dd ew a sa d d e d t oo x i ct a n ka sb i o m a s sc a r r i e r w a s t e w a t e rt h a tb i gm a t e r i a lw a sf i l t e r e dm i x e dw i m r e f l u xs l u d g em i x t u r et h e nf l o w e dt h r o u g ha n o x i ct a n k 、o x i ct a n ka n dc l a r i f i e rt o e f f l u e n t s l u d g em i x t u r ew a sr e c y c l e df r o mt h eb o t t o mo f c l a r i f l e rt oa n o x i ct a n k a f t e ra d d e dd et od e v i c e , ag r e a td e a lo f m i c r o o r g a n i s ma t t a c h a dt ot h es u r f a e e o fd ea n df o r m e dm i c r o o r g a n i s mc o l o n y sw i t hd ea sc a r r i e r t h o s em i c r o o r g a n i s m c o l o n y sb e c a m ed ez o o g l o e aw h i c hw a sn a m e db i o - d i a t o m i t e i nt h ee f f e c to f c a p s u l ea n ds u r f a c em u c i n , a n dt h eb i o d i a t o m a c e o u se a r t hw a sm a i nc o m p o n e n t o f s l u d g e r a wd ec o u l df o r mb i o - d i a t o m a c e o u se a r t ha sb i o m a s sc a r r i e r 硒c o m p o s i t e r e f i n e dd e , w h i c hm a d ei tw a sp o s s i b l eu s i n gr a wd ei n s t e a do fc o m p o s i t er e f i n e d d e t h es t u d ys h o w e dt h a tt h ee f f i u 锄tc o n c e n t r a t i o no f c o d 、t n 、n h 4 - na n dt p w a s3 4 7 5 m g l 、1 1 0 2 m g l 、o 5 8 m g l 、1 1 0 m g l r e s p e c t i v e l y w i t h t h e i n f l u e n t c o n c e n t r a t i o n2 1 2 3 6m g l 、2 7 6 2m g l 、2 1 8 3 m g l 、3 0 7m g lr e s p e c t i v e l y 、t , v h e n t h ei n f l u e n tf l o w - r a t ew a s9 0l h ( t h eh y d r a u l i cr 酏l i nt i m ew a s3 1 9 h ) ，m i x t u r e s l u d g er e f l u xr a t ew a s2 0 0 a n dt h ed i s s o l v eo x y g e ni no x i ct a n kw a s2 0 - - 3 0 m g l f o rt h er e m o v a le f f e c to ft na n dn h 4 - n w es h o u l dk e e pt h ev a l u eo fd i s s o l v e o x y g e nb e t w e e n2 0a n d3 0 m g la n dk e e pt h er e f l u xr a t en ol e s st h a n1 5 0 , 6w h e n t h ei n f l u e n tf l o w - r a t ew a s9 0l ，h t e s to f t h es l u d g es h o w e dt h a tt h ev a l u e so f n i t r i f i c a t i o nr a t ea n dd e n i t r i f l c a t i o n v i i 上海大学硕士学位论文 r a t eo fl a b s c a l ed e v i c ew e t l e s sal i t t l et h a nt h ev a l u e so f p o l i t - s c a l ed e v i c ew h i c h u s e dc o m p o s i t er e f i n ed eb u tt h e yw e r eg r e a t l yh i g h e rt h a nt h ev a l u eo ft r a d i t i o n a c t i v es l u d g es y s t e m i ts h o w e dt h ed e v i c e s9 0 0 dn i t r o g e nr e m o v a le f f e c t p a cw a sa d d e di n t ot h eo x i ct a n kj u s tf o ri m p r o v i n gt h er e m o v a lo ft p t h e r e s u l ts h o w e dt h a tt h er e m o v a le f f i c i e n c yo ft pc h a n g e df r o m6 2 7 1 t o9 2 6 8 w h e nt h ep a cd o s a g ei m p r o v e df r o mo m g lt o3 0 m g l a tt h es a m et i m es l u d g e v o l u m ei n d e x ( s v t ) i m p r o v e dw i t l lt h ei n h e r eo fp a c d o s a g ef o rt h et o x i c i t yo f a l ”t om i c r o o r g a n i s m i ng e n e r a lw es h o u l dn o ta d ds o l e l yt o om u c hp a ct ot h e d c v i f o rt h er e m o v a lo f t p t h es l u d g es p e c i f i cr e s i g a n c eo f t h ed e v i c ew a s0 2 6 1 1 0 9 s 2 g , w h i c hw a sl e s s t h a nt h ev a l u eo ft r a d i t i o na c t i v es l u d g e ( 1 2 6 一1 4 2 1 0 9 s 2 g ) a n ds i m i l a rt ot h e v a l u eo f d i g e s t e ds l u g e ( o 1 1 0 9 s 2 g ) w h i c hw a s a d j u s t e db yf l o c c u l a n t t h i sd e v i c eh a d t w op a r t so fi m p r o v e m e n tc o n t r a s tw i t l lt r a d i t i o na op r o c e s s f i r s t l yw ec h a n g e dd i r e f l u xo ft r a d i t i o na op r o c e s st om i x t u r es l u d g er e f l u x o n l y , w h i c hc o u l dr e d u c et h er u n n i n gc o s t s e c o n d l yw eu s e dc l a r i f i e ri n s t e a do f s e c o n d a r ys e t t l i n gt m l i k , w h i c hc o u l da l s u r ee f f l u e n tq u a l i t y k e y w o r d s ：r a wd i a t o m a c e o u se a r t h , b i o l o g i c a ld i a t o m a c e o u se a r t h , m u n i d p a l w a s t e w a t e r , n i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e m o v a l v i i i 上海大学硕士学位论文 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发 表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：= j 垒垒e l 期：丝! z 叁互 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定1 签名：簿连导师签名：f 至生望日期：建受：兰：歹 上海大学硕士学位论文 1 1 硅藻土及其性质 第一章绪论 1 1 1 硅藻及硅藻土概述 硅藻( d i a t o m ) 是隶属于硅藻f ( b a c i l l a r i o p h y t a ) 的单细胞藻类，是一种低等生 物类群，个体微小，约1 岬至2 0 0 0 p m ，包括中心纲( c e n t r i c a e ) 和羽纹f 1 日( p e n n a t a e ) 两个纲。其最明显的特征是具有高度硅质化的细胞壁。硅藻分布极广，无论在 海水、半咸水、淡水中皆有生存，冰川地带也有其踪迹，甚至在潮湿的土壤中 或热带雨林的树叶上也有硅藻的生存，但海洋中最为丰富。硅藻的种类很多， 全世界共有硅藻约1 6 0 0 0 种，其中淡水硅藻约8 0 0 0 种，而在我国已经有报道的 淡水硅藻约有4 0 0 0 种。 硅藻土( d i a t o m a c e o u se a r t h ，d e ) 是古代单细胞低等植物硅藻的遗体堆积后， 经过初步成岩作用而形成的具有多孔性的生物硅质岩。由于其具有孔隙率高、 比表面大、比重小、吸附性强、耐磨、耐酸、热导性低、隔热阻燃、保温隔音 等优良特性，被广泛地应用于饮食、建材，化工、橡胶、石化、医药、冶金、 涂料、机械、能源，油漆、水处理等行业中。 1 1 2 硅藻土的化学成分 硅藻土化学成分主要是非晶态s i 0 2 ，还含有少量的a 1 2 0 3 、f e 2 0 3 、c a o 、 m g o 、k 2 0 、n a 2 0 、p 2 0 5 和有机质。s i 0 2 通常占6 0 v 以上，最高可达9 4 。优 质硅藻土的氧化铁含量一般为1 0 1 5 ，氧化铝含量为3 o 巧o 。硅藻土中s i 0 2 的含量变化较大，具不同程度的烧失量，主要是h 2 0 的逸出。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。 我国及其它国家天然硅藻土化学成分见表1 i t ”。 1 1 3 硅藻土的特殊结构及特性 硅藻土是一种具有生物结构的古生物化石，主要由8 0 - - 9 0 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。经石化阶段形 上海大学硕士学位论文 成硅藻土。 表1 - 1 硅藻土化学成分( ) t a b i 1c h e m i c a lc o m p o n e n t so f d e ( ) 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 0 s i r ag r a n u l a t a ) ，幅环藻( a c t m c y i u s ) 、圆筛藻( c o s c i n d i s e 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 e p h u nc 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o 0 0 1 , 一0 5 r a r a ，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 t a ，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 n - a n 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 ( 硅藻骨骼微粒为4 如5 o 岬) ，孔 隙率达8 肚9 0 ，能吸收其本身重量1 5 4 0 倍的水，是热、电、声的不良导体， 熔点1 6 5 肛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 2 上海大学硕士学位论文 能溶于强碱溶液中。硅藻土中的二氧化硅多数为非晶态，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 c 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氧化硅形成的 硅藻土壳骨架的特殊构造有关。 倒1 1 硅漂种类 f i 9 1 is p e c i e so f d e 硅藻土呈弱酸性，其表面吸附性质与其表面结构有关。硅藻土的表面及微 孔内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： hh1 4 o oo j ； 或 。j i i j o i 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 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【2 1 。 3 上海大学硕士学位论文 1 1 4 硅藻土的物理特性 ( 1 ) 比表面积 硅藻土主要由非晶态s i 0 2 组成，单颗粒质点小，具有较大的比表面积，一 般为3 1 - 6 0 m 2 g 。 ( 2 ) 堆密度 堆密度是指硅藻土经1 0 5 烘干后，在5 0 毫升的量筒内装满，后提起量筒 置于l l c m 高度，使其自由落下1 0 0 次，用称得重量与自由落下前后体积差的 比值即为堆密度。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 t a b l 2p h y s i c a lp r o p e r t i e so f d e 结构山东临朐吉林海尤云南西部浙江嵊县吉林桦甸 四川米易新民 1 1 5 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 2 0 亿吨，远景储量3 5 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 亿吨， 我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，其中吉林长自是世晃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 2 含量为7 5 4 6 。中型矿床以吉林省长 自县马鞍山i i 号矿段最高，s i 0 2 含量为8 3 4 6 ；其次是吉林省临江市西小山矿 床，s i 0 2 含量为8 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 4 上海大学硕士学位论文 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。 我国硅藻土资源有以下特点： ( 1 ) 产地和储量均高度集中，有利于建设大型基地； ( 2 ) 以大中型矿为主，利于规模经营； ( 3 ) 矿石以含粘土硅藻土和粘土质硅藻土为主，品质差，s i 0 2 含量多在8 0 以下，一、二级优质品占少数； ( 4 ) 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 2 。 球形藻小环藻圆筛藻直链藻 立体小环藻 图1 2 我国硅藻土矿的主要类型 f i 9 1 2t y p e so f o u r c o t m t r y sd em i n e 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外国有所差则3 】 1 2 国内外对硅藻土应用的研究 由于硅藻土的特殊的理化特性和构造，使得它具有许多特殊的物理性能， 如较大的孔隙率，较强的吸附性，质轻、隔音、耐磨、耐热并有一定的强度， 得到广泛的应用，以下就国内外对硅藻土的应用研究作一简要介绍。 1 2 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 0 以上，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 上海大学硕士学位论文 过程中提高过滤速度、提高澄清剧4 】。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 一1 o “m 的杂质粒子。 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 纯净饮用水的硅藻土过滤单元。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。 同济大学对硅藻土过滤技术进行了较全面的研究并己用于生产实践。孟建 平掣5 】用硅藻土过滤( d e f ) 技术处理饮用水源水，据报道，硅藻土不仅可滤除水 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【6 】用硅藻土过滤( d e f ) 处理游泳池循环水，纪任旺【刀用粉末活性炭与 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9 0 以上， t o c 去除率为4 0 ，u v 2 m 达9 0 以上，其运行关键是硅藻土与粉末活性炭的 配比。毛青钟掣8 1 将硅藻土作为助滤剂应用于黄酒的生产取得了较好的效果。 1 2 2 填料 在硅藻土的应用结构中，填料占有很大的比重【9 】，我国硅藻土工业的起步 产品是保温材料和钒催化剂载体。目前全国共有硅藻土制品8 大系列，几十种 产品，上百种规格，并且形成了吉林、浙江和云南三大硅藻土基地，产量达到 3 0 万吨，仅次于美国，居世界第二位。 于滟【l 川采用经过改性处理的硅藻土作为沥青改性剂，取得了较好的效果， 采用经过改性的沥青混凝土路面，高温不泛油，零下1 0 。c 不开裂，水稳定性极 好、耐磨、抗滑，使用寿命延长。 1 2 3 载体 神笠谕川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， 6 上海大学硕士学位论文 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 s e p a r o s e 4 b 树脂对发酵液中的色素有较强吸附，因此，运用此法提纯的酶不但 去掉了大部分杂蛋白，而且去除了色素【1 2 1 。张学斌等 ”1 以硅藻土为主要原料， 采用注浆成型工艺，制备出孔径分布狭窄，孔隙率高，成本低廉的多孔陶瓷膜 管。 文献还报道【i ”，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。 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。国外报道了硅藻土被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 5 】。 何嫒媛等【l 目以硅藻士为载体，采用浸渍法制备t i 0 2 硅藻土复合光催化剂， 所得催化剂有良好的吸附性及较高的紫外光催化活性。在1 6 0 w 的紫外光照射、 光催化剂投加量为1 0 9 r e 、反应时间为3 0 分钟的条件下，利用该催化剂处理浓 度为2 0 m g l 的亚甲基蓝水溶液，脱色率9 6 。 p o r t i e rr j 等人 i l l s 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 wg u y 【” 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 v f 2 0 】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 二氯苯胺。反 应器的水力停留时间为1 2 5 小时，3 , 4 - - - 氯苯胺的去除率可达9 4 。用数学模 型模拟了3 ，4 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 r t e r s e a n r 掣2 1 】研究利用厌氧固定膜膨胀床在1 5 下降解四氯乙烯。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 0 小时，最大降解速率为5 3 3 m g g v s s d 。f a r h a nm a n a f h 2 2 1 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 l 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 1 7 l g t o c 。反应器较高的效率 归功于高浓度的生物量，进一步分析则归因于反应器内硅藻土载体较大的比表 7 上海大学硕士学位论文 面积。 m b p r i c t o 等在小试规模下，利用硅藻土作为r h o d o c o c c u se r y t h r o p o l i s u p v - 1 的载体处理苯酚废水，通过试验发现微生物在硅藻土表面形成生物膜， 其降解活性得到很大的提高，在最优工况条件下对模拟苯废水的处理体积效率 可以达到1 1 5 k g 苯酚m 3 d 】，其对实际苯酚废水的处理效率也能达到 o 5 【k g 苯酚m 3 。d o a p i l a n t zi ，o u t i e r r c za 2 4 】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。 1 3 硅藻土在污水处理中的应用 1 3 1 去除重金属离子 硅藻土对p b 、a s 、c u 、c d 和a g 等离子具有强的吸附能力 2 s l ，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。夏士朋等【2 6 】提出了含碳酸钙硅藻 土是废水处理中很好的c u 、c r , p b 、z n 重金属吸附剂，在p h 为7 0 - - 1 0 0 之间，采 用静态吸附试验，吸附容量为3 5 4 0 m m 0 1 g 。赵黔榕等 2 7 1 对云南腾冲硅藻土进 行改性后，进行c u 离子吸附试验。试验发现，加入改性剂在9 0 0 下焙烧后的改 性硅藻土对c u 离子的吸附效果最好，其最佳反应条件为：p h 为7 0 8 0 ，加药量 2 0g l ，吸附时间为0 5 1 o h 。刘频、赵黔榕等【2 8 】报道了改性硅藻土对p b 离子的 吸附作用研究，研究发现，改性后的硅藻土对水溶液中p b 离子的吸附作用明显优 于原土，在室温条件下，当p b 离子的初始浓度为2 0m g l 、吸附剂投加量为3 0 9 l 、 吸附时间为6 0 r a i n 、溶液p h 为7 o 8 0 的条件下，改性硅藻土对水溶液中p b 离子的 去除率为9 6 3 ，残留液中p b 的质量浓度为0 7 4 m g l ，改性硅藻土对p b 的吸附符 合f r e u n d l i c h 方程。罗道成等【2 9 】研究了改性硅藻土对废水中的p b ，c u ，z n 等离子 的吸附性能，研究发现：改性硅藻土对p b ，c u ，z n 离子具有良好的吸附性能， 在同一溶液中吸附量p b c u z n ；p h 值是影响吸附性能的重要作用因素，在p h 值 为4 o 6 0 的弱酸条件下吸附效果好，且经过吸附后的p b ，c u ，z n 离子浓度低于 国家排放标准。袁笛等【3 0 】研究利用吉林长白硅藻土吸附工业废水中的汞离子，取 得较好的效果，硅藻土的微孔和表面积是进行吸附的重要部位，其吸附汞离子的 作用机理主要有微孔吸附、表面配位吸附、表面配合吸附、离子交换吸附等。 上海大学硕士学位论文 1 3 2 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【3 l 】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 y x s i c h y h 2 0 ) ，用 来处理长石石英分离浮选工艺生产过程中产生的含氟废水。试验发现，改性硅 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去除率分别 提高3 2 7 和3 0 o 。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。 1 3 3 处理印染废水 陈成锐掣3 2 】用啤酒厂废硅藻土经酸活化( 1 5 0 下活化t 2 0 m i n ) 后，在p h 为 6 0 - , 7 0 条件下，处理不同的染料废水，处理结果见表1 3 。 表1 3 硅藻土脱色试验结果 t h b l 3d e c o l o r a t i o nr e s u l to f d e 由表1 3 可以看出，经活化处理的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。 彭书传f 3 3 】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 为2 0 0 3 5 0 m g l ，色度为1 5 0 - 2 5 0 倍，s s 为1 9 5 2 4 5m g l 。试验发 现，硅藻土复合净水剂最佳投加量为1 啦! 3 9 l ，此时c o d 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，硅藻土复合净水剂的处理 效果较好，试验结果详见表1 4 。其中废水处理前c o d 为3 3 0m g l 、色度2 5 6 倍、s s 为2 1 2 m g l 、p h 为7 9 。 9 上海大学硕士学位论文 表1 4 不同絮凝剂对比试验结果 t a b l 4 p a r a l l e le x p e r i m e n t a t i o n r e s u l t o f d i f f e r e n t f l o c c u l a n t s 杨宇翔掣矧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e 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l 电位越大，脱色吸附量越 大。取2 5 0 m i 常州印染厂的印染废水，p h 为8 5 ，投加硅藻土，c o d 由3 4 6 0 m g l 降至5 2 0 m g l ，去除率达到8 5 ，色度降至5 0 ，最经济投加量为4 0 9 l 。p h 为8 5 时处理效果最佳，可能与印染废水中葸醌衍生物和叠氮化物所带有的官 能团 ( 2 - - - 0 或n = n 有关，当p h 为8 5 时，带负电荷的；s i o - 与上述官能团的 作用最强。 1 3 a 处理造纸废水 马崇勇等【3 5 】将硅藻土破碎至5 0 - - 8 0 且，在7 0 0 * ( 2 煅烧3 小时，用h 2 s 0 4 或 h c l 活化，烘干后制成处理剂，处理c o d 为2 0 0 0 3 0 0 0 m g l 的造纸废水，c o d 的去除率为6 0 - - 8 5 ，脱色率为9 0 - - 9 9 。在c o d 为9 0 0 3 0 0 0 m g l 的范围内， 硅藻土的投加量为1 啦3 0e , 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 去除率分别为6 0 和 7 1 7 。 王泽民等【3 6 】制成硅藻土复合净水剂，该处理剂含a 1 2 ( s 0 4 ) 3 1 8 1 - 1 2 0 和， f e 2 ( s 0 4 ) y 9 h 2 0 约占4 0 - - 5 0 ，游离酸约2 5 5 o ，硅藻土和澎润土4 0 5 0 。 用这种处理剂处理四种造纸废水，结果见表1 5 。 1 0 上海大学硕士学位论文 表1 5 复合污水处理剂对四种造纸废水的处理结果 t a b l 5f o u r k i n d s p a p e r m a k i n g w a s t e w a t e r 5 t r e a t m e n tr e s u l t u s i n gc o m p o s i t e w a s t e w a t c r r e a t m e n t a g e n t 废水处理量 用量( g ) 种类 ( l ) 复合处理剂石灰 项目 器胡 s s 色度 ( r a g l ) ( 稀释倍数) 1 5 73 1 4 处理前 2 7 7 3 3 处理后3 2 0 去除率( ) 8 8 4 6 处理前 1 5 2 2 4 5 处理后 2 4 7 去除率( ) 8 3 7 7 24o 8 1 5 03 3 06 0 处理前1 5 0 4 处理后4 2 0 去除率( l 7 2 0 7 处理前1 5 0 4 处理后3 6 4 去除率( 7 5 8 6 处理前 2 6 3 0 0 3 5处理后 9 6 7 去除率( ) 6 3 2 处理前 5 0 5 4 4处理后 1 5 9 8 去除率( ) 6 8 1 1 5 6 5 l 6 7 9 6 1 5 8 0 7 7 8 l 8 0 7 8 4 6 8 ，4 8 6 6 7 0 3 7 1 0 3 4 7 1 5 9 5 6 7 2 4 7 l o 9 5 9 5 1 0 0 0 1 0 9 9 1 5 0 0 3 0 9 8 3 l o 3 0 9 0 2 0 0 0 1 7 5 9 1 2 5 以处理前 5 2 7 01 0 2 芦29 20 8处理后 2 1 1 48 4 苇 去除率( ) 6 0 为处理前4 0 5 5 1 0 81 6 7 0 3 5 0 0 原21 21 0处理后 1 3 3 97 1 48 61 0 0 料去除率f ) 6 6 9 89 4 89 7 1 3 5 处理垃圾渗滤液 垃圾渗滤液是一种较难处理的废水，含有大量难生物降解有机物。朱晓君 等【垌利用改性硅藻土对老龄垃圾填埋场渗滤液进行了处理，中试结果表明改性 硅藻土的后处理效果比预处理效果好。若提高p h 值、增加改性硅藻土投量还 可提离c o d 去除率。采用两级硅藻土反应器串联处理老龄填埋场渗滤液生物处 理出水，c o d 去除率可达到5 7 。张家彪等 3 s 】研究了一种用于垃圾渗滤液处理 的复合硅藻土助凝剂，能快速地实现垃圾渗滤液的中和、絮凝、吸附和沉降， 达到处理速度快、工艺流程短、设施结构紧凑、设备投资小、占地面积小、运 粥3鲫渤8鲫 瑚拇卯 l 3 ， 以树丫为原料以稻草为原料以麦杆为原料 上海大学硕士学位论文 行成本低的目的。 1 3 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镇污水是近几年才发展起来的，处理城镇污水的硅 藻土主要是经过改性处理的硅藻精土。 蒋小红等【3 9 】利用改性硅藻土一级强化处理城镇污水发现改性硅藻土相对于 一般的铝盐、铁盐等污水处理剂，具有效果稳定、二次污染少、可回收利用空 间大、价格低廉等优点。该技术对c o d 和b o i d 5 的去除效率达到7 0 和7 3 左右，对s s 和t p 的去除率分别大于9 4 和9 2 ，通过与一般化学强化一级处 理技术的经济费用相比较，该技术在经济上是可行的。 郑永林等【柏】采用纯物理湿法选矿技术，获得硅藻含量超过9 2 的硅藻精土， 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 6 。 表1 6 改性硅藻土处理剂对城镇污水的处理结果 t a b i