硅藻土在废水处理中的应用及研究进展

郭绍英

（武夷学院 环境与建筑工程系，福建 武夷山 354300）

硅藻土在废水处理中的应用及研究进展

郭绍英

（武夷学院 环境与建筑工程系，福建 武夷山 354300）

近年来，硅藻土的优良特性被广泛认识，使其逐渐被应用于各类废水处理研究中。本文对硅藻土在废水处理中的应用研究现状进行综述和分析，并指出了目前研究中存在的不足以及今后的研究趋势。

硅藻土；改性；废水处理；研究进展

随着人口的增长和社会经济的快速发展，水资源短缺和水环境恶化越加凸显。如何实现以较少的投资和运行费用达到较好的废水处理效果，成为各界人士关注的一个热点。基于高效、低耗原则的要求，近年来开发研制出各种水处理剂，其中硅藻土是倍受青睐的污水处理剂之一[1]。本文阐述和分析了硅藻土在废水处理中的应用研究现状，指出硅藻土在废水处理中存在的问题及其发展趋势，为今后的研究工作提供一些思路和参考。

1 硅藻土概述

硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，主要由古代地质时期硅藻、放射虫类或海绵的遗体组成，其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[2]。对硅藻土的认识和利用始于1863年德国的汉诺威，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、吸附性强、耐磨、耐酸、热导性低、隔热阻燃、保温隔音等优良特性，使之被广泛地应用于建材、饮食、化工、水处理等行业中[4]。

2 硅藻土的提纯与改性

在污水处理领域，硅藻土的纯度、表面性质以及孔隙结构决定其去除污染物的效果。为了改善硅藻土污水处理的效果和范围，可对硅藻原土进行提纯、活化、扩容和改性等处理。迄今为止，提纯效果较好的方法有：酸洗法、擦洗法、焙烧法、离旋-选择性絮凝法、干法重力层析分离法以及综合法等[2]。常采用的改性方法有：(1)表面改性：即利用铝、铁等带正电荷的离子对其进行表面改性；(2)复配改性：即加入无机或者有机的絮凝剂，复合制成改性硅藻土；(3)酸化、微波或者焙烧改性：即采用酸浸、微波处理以及煅烧等手段，以提高硅藻土的水处理能力[5]。

3 硅藻土在污水处理中的应用研究现状

3.1 去除重金属离子

硅藻土对污水中重金属离子的吸附速率很快，具有良好的去除重金属离子的能力。杜玉成[6]、叶力佳[7]采用提纯的硅藻土分别进行吸附重金属离子Cu2+、Cd2+的动力学研究，发现在一定的条件下，通过延长吸附时间、提高吸附温度、增加溶液的pH值、增大硅藻土用量等方法，均有利于硅藻土对重金属离子Cu2+、Cd2+的吸附，其去除率最高可达90%以上。杨志军等[8]先后两次利用粤西徐闻九亩硅藻土进行Zn2+吸附试验，发现该硅藻土对水体中的Zn2+具有较高的吸附，当吸附时间仅为5min时，Zn2+去除率就达到71%；而将其经过800℃～1200℃的热处理后，其吸附Zn2+能力得到大大提高，对Zn2+的去除率接近100%。严刚等[9]利用与FeCl3组配的硅藻土处理含Pb2+废水，结果得出在进水 Pb2+浓度为 52.4 mg/L，pH 值为 7.0～8.0，搅拌转速为120～140 r/min，沉淀时间为80min时，投加70 mg/L组配硅藻土（FeCl3与硅藻土的质量比为1：6）可使废水达标排放。

3.2 处理印染废水

彭书传[10]利用硅藻土复合净水剂处理印染废水并与聚合氯化铝等其它常见的混凝剂相比，得知硅藻土复合净水剂的去除效果最好。陈成锐[11]采用酸活化处理啤酒厂废硅藻土，并用来处理不同的染料废水，结果发现该硅藻土对废水染料进行有选择性地脱色，其平均脱色率的大小顺序为分散红 （97.4%）＞亚甲基蓝（96.2% ）＞分散蓝 （90.5% ）＞土林蓝 （86.5% ）＞活性蓝（71.6% ）＞活性艳（60.7% ）。杨宇翔等[12]采用浙江和吉林产硅藻土对染料进行吸附研究实验，结果表明硅藻土吸附能力与其结构、孔分布、表面电位等特性有关，其吸附等温方程式也符合Freundlich方程。R.A.Shawabkeh等[13]研究了染料浓度、硅藻土粒径及温度对吸附的影响，得知每100g硅藻土可吸附42mmol染料；并用准一级及二级模型研究其动力学吸附机理，最终得出硅藻土对碱性染料的吸附更符合准一级动力学模型。

3.3 处理造纸废水

王泽民等[14]利用硅藻土擦洗提纯后产生的中尾土与废酸加工制成复合净水剂，并用来处理以树丫、稻草、麦秆和芦苇为原料的四类造纸废水，均取得良好的处理效果，其CODCr、SS、色度的去除率分别在60%、94.8%、90%以上。邵红等[15]利用硅藻土所制成的复合絮凝剂处理造纸废水，其最佳投药量为320mg/L，对废水中COD的去除率为70%～80% ，脱色率可达90%以上。马崇勇等[16]将硅藻土研磨，破碎至50～80目，于700℃下煅烧3h,再用硫酸或者盐酸活化，烘干后用来处理造纸废水 （CODCr含量高达2000～3000mg/L），其 CODCr去除率为60%～85%，脱色率为90%～99%。刘建伟[17]利用改性硅藻土新工艺分别在邵武、南平、福州和龙海对造纸废水进行中试处理试验，试验结果均符合2008年6月25日国家新颁布的《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB3544.2008)。

3.4 处理含氟废水

硅藻土经改性后也可以有效去除废水中的F－。刘祺和张艳丽[18－19]将经干燥、粉碎、研磨过筛后的硅藻土用10%的氢氧化钠溶液浸泡1h，再用超声波处理，抽滤洗涤干燥制成改性硅藻土用来处理含氟废水，试验发现硅藻土经氢氧化钠改性并500℃高温焙烧活化处理后对废水中F－的去除效果明显优于原土，其除氟率可达到97%以上，其处理的最佳参数为pH值6～9，处理时间为60min，温度为室温条件，改性硅藻土投加量为100～150 mg/L，该废水处理后，F－浓度达到国家污水排放标准。翁焕新等[20]用含铝化合物和氢氧化钠活化处理硅藻土原土所制得的改性硅藻土处理含氟废水。结果表明，改性后硅藻土对F－的去除效果明显优于改性前的硅藻土，对其去除率两者相差20%左右。改性硅藻土是工业废水降氟较为理想的净化剂。

3.5 处理垃圾渗滤液

垃圾渗滤液含有高浓度的氨氮和难降解有机物，是一种处理难度较大的废水。田立安等[21]对物化处理垃圾渗滤液进行改进，采用硅藻精土水处理剂，使用高效水力循环澄清污水处理设备处理大连某填埋场垃圾渗滤液，该工艺对COD、氨氮、SS、TP的去除效果显著，去除率均在98.7%以上，处理后的出水能符合补给水的要求。周跃光[22]采用改性硅藻土与活性污泥相结合的工艺处理昆明东、西两个垃圾填埋场的渗滤液，处理结果发现改性硅藻土对悬浮物和色度的去除率分别在98%和96%以上。朱晓君[23]采用复配法对硅藻土进行改性，利用专用的硅藻土反应器，进行垃圾渗滤液的预处理和深度处理研究，结果表明改性硅藻土对老龄填埋场渗滤液的深度处理效果优于预处理效果，前者COD去除率在50%左右，而后者COD去除率仅约为20%。冯向明等[24]进行天然硅藻土作为吸附材料处理渗滤液的效果研究，研究得出天然硅藻土对氨氮的去除率仅为14.1%；而对COD去除效果好，其去除率高达70.1%。

3.6 处理城镇生活污水

将硅藻土用于城镇污水处理是近几年才发展起来的。郑水林等[1]利用改性硅藻土处理剂，先后对昆明明通河、自祥饭店和盘龙卫生巾的污水进行处理试验，试验得出该处理剂对 CODCr、BOD5、SS、TP 的去除率均在90%以上。王炜亮等[25]利用硅藻精土处理城镇污水试验，结果表明，当进水COD、氨氮、TP浓度分别为347mg/L、49mg/L、6.1mg/L时，在硅藻精土投加量为75 mg/L，反应池停留时间为30min，污泥回流比100%的条件，其相应去除率分别为65.4%、l5.8%、91.8%，去除效果较为理想。贺明和等[26]将硫酸亚铁、氯化铝、聚丙烯酰胺分别与硅藻土复配并用于处理生活污水，结果表明这三种复配硅藻土在最佳工况下，对CODCr、SS、氨氮的去除效果较好，其去除率分别在64.0%、88.9%和41.0%以上。金伟[27]和赵雅萍[28]分别利用硅藻土复合生物反应器与硅藻土移动床复合生物反应器对生活污水进行小试处理试验，试验都表明除TN外，出水中CODCr、TP、氨氮均符合城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918-2002）的一级A标准。

4 硅藻土污水处理存在的局限性及发展前景

4.1 存在的局限性

在国内，硅藻土污水处理技术是近20多年刚发展起来的新技术，目前主要集中在治理工业废水或生产饮用水上，所进行的研究还处于探索阶段，所积累的经验也不多，可以借鉴的工程实例少，对其处理影响因素及变化规律的研究尚未深入。就硅藻土的改性研究而言，其研究的成果还远远不能满足根据不同的污水水质特征采用不同的改性硅藻土的要求，研究的滞后性已成为制约改性硅藻土水处理技术推广的关键因素。

4.2 发展前景

硅藻土众多的优良特性、低廉的经济成本和极其丰富的来源，为硅藻土在污水处理领域的应用提供广阔的发展空间，使得其具有灿烂的发展前景：①应进一步拓宽硅藻土水处理技术的应用研究领域，并探寻硅藻土在污水处理中的应用、影响因素及变化规律，以满足具体工程实践的需要。

②应加强硅藻土的改性研究，从微观结构出发，优选吸附性能强的改性剂及其添加物，利用多种提纯改性手段，进行多方位、多层次的提纯改性，增强其中和絮凝及吸附过滤等能力，提高其去除废水污染物的效果。

[1]郑水林,王庆中.改性硅藻精土在污水处理中的应用[J].非金属矿,2000,23(4):36-37.

[2]张凤君.硅藻土加工与应用[M].北京:化学工业出版社,2006:23-55.

[3]陆浩.硅藻土资源及开发利用概况[J].浙江地质,2001,17(10）:52-59.

[4]蒋小红,曹达文,周恭明,等.硅藻土处理城市污水技术[J].重庆环境科,2003,25(11):73-76.

[5]郭智倩,韩相奎,姜廷亮,等.硅藻土在污水处理方面的应用现状[J].吉林建筑工程学院学报,2009,26(1):21-24.

[6]杜玉成,叶力佳,刘燕琴.硅藻土吸附重金属离子Cd2＋的动力学研究[J].中国非金属矿工业导刊,2004,(1):38-40.

[7]叶力佳,杜玉成.硅藻土对重金属离子Cu2＋的吸附性能研究[J].矿冶,2005,14(3):69-71.

[8]杨志军,韦彩慧,葛云,等.粤西徐闻九亩硅藻土热处理前后结构的变化及对Zn2＋吸附性能的影响[J].中山大学学报(自然科学版),2007,46(3):107-111.

[9]严刚,肖举强.硅藻土与FeCl3组配处理含Pb2＋废水的研究[J].金属矿山,2007,(9):103-105,112.

[10]彭书传.硅藻土复合净水剂处理印染废水[J].环境科学与技术,1998,(1):24-25.

[11]陈成锐,卢泽勤,黄美科,等.啤酒厂废硅藻土在印染废水中的应用[J].广西轻工业,1992(1):38-40.

[12]杨宇翔,张亚匡,吴介达.硅藻土脱色机理及其在印染废水中应用的研究[J].工业水处理,1999,19(1):15-17.

[13]Shawabkeh R A,TutunjiM F.Experimental study and modeling of basic dye sorption by diatomaceous clay[J].Applied Clay Science,2003,24:111-120.

[14]王泽民,董德明,马小凡,等.利用硅藻土复合净水剂处理造纸废水的研究[J].非金属矿,1997,(3):33-35.

[15]邵红,王恩德,范文玉等.复合絮凝剂 XG-1用于工业废水的处理[J].化工环保,2002(2):35-38.

[16]马崇男,黄发政.煅烧硅藻土酸活化后制成的废水处理剂:CK,86l06871[P].1986-10-06.

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[18]刘祺,王仲军.改性硅藻土处理废水的应用研究[J].陶瓷,2008,(4):31-33,44.

[19]张艳丽.改性硅藻土处理含氟废水的研究[J].唐山学院学报,2007,20(6):53-54,58

[20]翁焕新,沈忠悦,张兴茂,等.硅藻土改性对工业废水降氟效果的影响研究[J].硅酸盐学报,2002,30(3):366-371,389.

[21]田立安,江建兴.硅藻精土处理垃圾渗沥液工艺初探[J].工业水处理,2004,24(8):68-70.

[22]周跃光.用改性硅藻土、活性污泥处理城市垃圾渗滤液的研究[J].云南环境科学,2004,23(B04):143-145.

[23]朱晓君.垃圾渗滤液处理组合新工艺研究[同济大学工学博士学位论文].[D],2005:2-112.

[24]冯向明,蒋建国,李春萍,等.天然硅藻土作为吸附材料处理渗滤液的效果研究[J].新疆环境保护,2008,30(3):17-20.

[25]王炜亮,李光明,赵修华,等.硅藻精土处理城镇污水试验研究[J].工业水处理,2005,25(11):25-27.

[26]贺明和,吴纯德,金伟.硅藻土与混凝剂复配处理城镇生活污水的研究[J].工业水处理,2005,25(5):25-27,30.

[27]金伟,赵雅萍,徐祖信,等.硅藻土复合生物反应器处理生活污水[J].同济大学学报(自然科学版),2005,33(12):1626-1629.

[28]赵雅萍,李秀艳.溶解氧浓度对硅藻土移动床复合生物反应器处理城市[J].给水排水,2007,33(z1):138-141.

Application of Diatom ite on Wastewater Treatment and Its Research Progress

GUO Shaoying

（Department of Environmental and Architectural Engineering,Wuyi University,Wuyishan，Fujian 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年武夷学院青年教师专项科研基金项目（项目编号：xq201019）

郭绍英(1985-)，女，回族，硕士，助教，主要研究方向：污染治理。