硅藻土在城市污水处理中的应用 2
2 硅藻土的特性及其污水处理的原理
2.1 硅藻土的特性及其改性
硅藻土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一种具有多孔性的生物硅质岩。它的主要化学成分是无定性的SiO2, 并含有少量的AL2O3、Fe2O3、CaO 和有机质等，其由硅藻的壁壳组成, 壁壳上有多级、大量、有序排列的微孔。这种独特的微孔结构, 赋于它许多优良的性能：空隙率高、比表面积大、比重小、吸附性强、耐磨、耐酸、热导性低、隔热阻燃、保温隔音等, 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。尤其是硅藻土吸附性强, 能吸附等于自身质量1.5—4倍的水和1.1—1.5倍的油分。它的电位为负, 绝对值大, 吸附正电荷能力强。因此对污水有极好的净化效果。对于采用吸附塔净化装置, 除吸附作用外, 还有筛分作用和深度效应。在污水处理领域, 我们关心的也主要是硅藻土的表面性质、精度及孔系结构等。
形成硅藻土的硅藻的壳体具有大量的、有序排列的微孔,从而使硅藻土具有很大的比表面积(3. 1～ 60m2/g) 。而且硅藻土的表面及孔内表面分布有大量的硅羟基; 这些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。
从硅藻土的精度方面考虑, 虽然我国硅藻土总的含量位居世界第二, 但是其品味普遍较低, 大多数产品的SiO2 的含量在50% 左右, 利用时应先将硅藻原土进行提纯处理, 使其SiO 2 含量大于90%。提纯后的硅藻土具有整体一致均匀的微粒和比较干净的表面, 从而使得其比表面充分展露出来。所谓一致均匀是指具有一致均匀的大小、外形尺度、表面理化性能等, 这是目前人造微粒难以实现的。常用的提纯方法有酸浸法、擦洗法、焙烧法、离旋—选择性絮凝法、干法重力层析分离法、热浮选矿法和综合提纯法等。
不同产地硅藻土的往往具有不同的形状结构和孔系分布 , 在生产和应用过程中, 应予以注意。
为了改善硅藻土污水处理的效果和范围, 需对硅藻原土进行提纯、活化、扩容和改性等处理。对硅藻土进行一定的酸、热等活化、扩容处理, 可改善硅藻土的一些表面性质, 从而提高污水处理的效果。彭书传通过利用等量的酸活化、热活化及未经活化的硅藻土制成的复合净水剂处理印染废水的对比实验表明, 酸活化和热活化均可提高硅藻土的处理能力。向硅藻精土中加入一定比例的其他物质, 可制成适合不同性质和种类污水的改性硅藻土, 既提高了硅藻土的污水处理效果, 又扩大了其应用范围。云南王庆中先利用纯物理湿法选矿工艺将低品味的硅藻原土提纯得到硅藻含量为90%～ 98% 的硅藻精土, 再根据不同的污水类型和水质特征, 向此精土中加入不同数量的絮凝剂(硫酸铝、氯化铝、聚丙烯酰胺或三氯化铁等常见的无机或
有机絮凝剂) , 得到具有很好吸附、混凝作用的改性硅藻土污水处理剂。
2.2 硅藻土污水处理的原理
硅藻土表面带有负电性, 所以对于带正电荷的胶体态污染物来说, 它可实现电中和而使胶体脱稳。但城市生活污水或综合废水中的胶体颗粒大多是带负电的, 所以如用普通的硅藻土作为污水处理剂, 只能起到压缩双电层的作用, 而无法使胶体颗粒脱稳, 处理效果不佳。所以对硅藻土进行各种方式的改性,使其对带负电的胶体颗粒也能脱稳。如采用铝、铁等带正电荷的离子对其进行表面改性, 或加入其他的絮凝剂复合制成改性硅藻土污水处理剂。对于复合其他絮凝剂制成的改性硅藻土处理剂而言, 硅藻土一方面可作为形成絮体的骨架, 改善矾花的结构, 即有助凝的作用, 使形成的絮体密实而有较好的沉降性,从而改善了一般的化学絮凝剂产生的矾花松散、不易下沉的状况; 另一方面, 由于其巨大的比表面积和表面吸附性等, 脱稳胶体极易被吸附到硅藻土上, 且附着了污染物质的硅藻土颗粒间的相互吸附的能力也大, 所以改性硅藻土用于污水处理时, 能快速形成粒度和密度较大的絮体, 且絮体的稳定性好, 甚至当絮体被打碎后, 还可发生再絮凝, —这是其他铝盐、铁盐等常用污水絮凝剂所无法比拟的。
硅藻土的巨大比表面、强大吸附性以及表面电性, 使得其在污水处理过程中, 不但能去除颗粒态和胶体态的污染物质,还能有效地去除色度和以溶解态存在的磷(导致富营养化的主要污染物之一) 和金属离子等。特别是对于含有较高工业废水比例的城市污水, 其可能有较大的色度和较高浓度的金属离子, 但对于改性硅藻土处理系统来说, 由于其表面带负电, 能有效地吸附去除一部分带正电荷的金属离子。
硅藻土用于污水处理时的工艺设备对其处理效果也有很大的影响。通常水力澄清池只用于给水处理领域, 而对于一般城市污水的处理, 由于污水中含有大量的有机物和微生物, 会在形成的污泥悬浮层发生厌氧反应而产生气体, 从而会破坏悬浮层的稳定性。但最近的研究发现, 在澄清池中增设必要的设施或方法, 使悬浮污泥层保持缺氧状态, 可有效抑制气体的产生, 保证池内形成一个稳定的悬浮污泥层。此工艺相对于竖流式、平流式或辐流式沉淀池而言, 可大大减少用药量和提高系统缓冲力。主要是因为污泥悬浮层有筛虑作用, 可截留絮体颗粒; 悬浮层中没达到其饱和状态的硅藻土, 还可进一步吸附絮凝未絮凝的胶体和水中的溶解态污染物, 使药剂的潜能大到最大限度的发挥, 从而节省药剂的用量。当投药量不足或进水水质、水量有冲击时, 反应器内的悬浮层可以帮助吸附、截留水中的污染物, 起到一定的缓冲作用, 从而提高系统的稳定性。
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