硅藻土除磷概述

2015-05-22刘雁滨韩学滨石家庄市桥东污水治理工程筹建处石家庄05006河北昊源环境工程有限公司石家庄050000

山东工业技术 2015年6期

关键词：硅藻土胶体微孔

刘雁滨,韩学滨（.石家庄市桥东污水治理工程筹建处,石家庄05006;.河北昊源环境工程有限公司,石家庄050000）

硅藻土除磷概述

刘雁滨1,韩学滨2
（1.石家庄市桥东污水治理工程筹建处,石家庄050026;2.河北昊源环境工程有限公司,石家庄050000）

简单介绍了磷污染的现状，重点介绍了硅藻土及其除磷机理，并对改性硅藻土除磷研究进展进行了探讨。

硅藻土；磷；磷污染

1　硅藻土的介绍

硅藻土是硅质岩石的一种，主要分布在亚洲的中国，北美洲的美国以及欧洲的丹麦、法国、罗马尼亚、等国。是一种生物成因的硅质沉积岩，它主要由古代硅藻的遗骸所组成。其中的SiO2含量在80-90%范围内变化。硅藻土是一种天然吸附剂，比表面积大，大量的硅羟基和氢键共同作用使硅藻土具有表面活性和吸附能力。

2　改性硅藻土除磷研究进展

投加一定量的阳离子混凝剂或某些复合型材料到硅藻精土中，制成改性硅藻土混凝剂，可极大的提高除磷效果。当负电荷胶体粒子被高聚合离子或携带正电荷的高分子物质吸附之后，由于中和作用，降低了胶体ξ电位。静电引力和来自极性基、共价键、氢键等各种吸附力共同作用，使胶体和聚合离子或高分子之间相互吸附，所以更多的聚合粒子可能被胶体粒子吸附，可能导致改变胶体颗粒的电荷符号，即正、负电荷胶体产生变化。这就实现了对正、负电荷胶体颗粒的脱稳，从而大大提高了除磷的效果。

2.1金属阳离子改性硅藻土

将适量金属阳离子加入硅藻土中，在其表面金属阳离子会发生水解，最终转化为具有较高等电位的羟基氧化物。这类羟基氧化物负载后，将硅藻土的整体等电点提高，更好的将中性溶液中的磷吸附出来。同时，嵌在硅藻土的孔洞中的金属羟基氧化物经改性后为纳米态，具有更大的比表面积，因此更进一步的提高了改性硅藻土的吸附能力。

改性后硅藻土去除湖水中磷的角度上分析。使用氢氧化钠将硅藻土活化后与氯化亚铁这类低价态金属盐改性，制成铁矿—硅藻土。羟基氧化铁颗粒附着在改性后的成品表面，使其比表面积得到增加。研究得出结论，改性环境溶液浓度的不同造成改性后的硅藻土上附着的羟基氧化物种类不同。FeCl2溶液浓度在0.5～1mol/L时，对应的改性成品上的附着物为水铁矿；FeCl2溶液浓度为1.5mol/L时，对应的改性成品上的附着物为纤铁矿；FeCl2溶液的浓度在2～2.5mol/L时，对应的改性产品上的附着物为赤铁矿。其中水铁矿－硅藻土的除磷效果最好，亚铁氧化物的高等电点，提高了改性硅藻土整体的等电点，能够更有效的将中性湖水（PH不可控）中的磷酸根（带负电荷）吸附出来。

选择适当的金属氧化物沉积在硅藻土上对除P的有效性至关重要。可选择氧化铁去填补硅藻土的孔，因为铁对铝是环境安全的并且铁盐已被证明能有效去除磷。氧化铁在本质上具有以下主要形式：水铁矿，磁赤铁矿，纤铁矿和针铁矿。理想地，水铁矿将是改性硅藻土的最好形式，其有较高的比表面积、吸附磷的能力和单个颗粒粒径。水铁矿是最少结晶的三价铁的氧化物。胶体大小的水铁矿具有较高的比表面积，使得水铁矿成为与表面积相关的反应的重要组成成分，例如吸附反应.。水铁矿能沉积到大孔和较大的中孔（＞7nm）内，然后部分堵塞这些硅藻土的孔。但它不能沉积到微孔并且完全堵塞微孔，因为单个水铁矿颗粒的粒径在2-5nm范围内。推测由于引进微孔水铁矿导致的孔堵塞,并且额外的微孔增加了微孔的体积，因此导致改性硅藻土的表面积增大。但是，纯净的水铁矿被认为是三价氧化铁的一个短暂阶段，并不能像自然的水铁矿（可能含有硅，磷和砷）一样稳定。纯净的水铁矿能够通过聚合和再结晶转变到结晶度更大的铁的氧化物，例如纤铁矿，赤铁矿或针铁矿。据报道,在水铁矿的转换过程中,水铁矿吸附的P能够随着时间的推移重新释放到水体。因此，需要稳定的水铁矿去改性硅藻土。稳定的水铁矿能够在溶解的二氧化硅存在时由二价铁氧化物形成，因为由于化学吸附的Si4+形成的更多的Fe3+空缺稀释了晶格，并且Si4+抑制熟化和铁氧化物颗粒的聚集。溶解的二氧化硅能通过用NaOH处理原始硅藻土形成，因为H4SiO4和硅藻细胞膜上的生物硅在高pH下不稳定。

2.2硅藻土除磷剂（复合式）

由于纳米分子筛的特性：比表面积大、吸附磷能力强，硅藻土可协助其沉降，根据此特性，可将两者配制成吸附剂（复合式），其配制比例为m(纳米分子筛)∶m(硅藻土)=1∶5。只需3g/L该复合吸附剂，便可将初始浓度为6mg/L的磷在3min以内去除掉95%以上。由于硅藻土具有共沉淀、吸附、混凝、过滤等作用，能充分除去水中的PO34-，同时石灰和聚合氯化铝可与PO发生反应，产生Ca5(PO4)3OH和AlPO4等沉淀物，是常用的除磷药剂。只需要将改性后的硅藻土（浓度30mg/L）投加入进水，即可将其总磷浓度由3mg/L左右降至0.9mg/L以下。试验结果表明，此种改性硅藻土在成本上比传统硫酸铝降低约10%。因此也可以采用石灰和聚合氯化铝改性硅藻土。

用带正电荷的离子（铝、铁等）降低硅藻土表面的电负性，制成改性陶粒，将生物酶固定其中，以以不同比例将不同粒度颗粒填充至填料滤塔中，滤池直径32cm，细粒度填料层厚度32cm，中粒度填料层厚度12cm，粗粒度填料层厚度22cm。试验结果表明，此种改性的硅藻土陶粒能有效将出水的总磷浓度由1.2-2.0mg/L降低到0.4mg/L以下，且最高流量可达42L/h。研究发现，此陶粒粒径在2～3mm为最宜，过小则容易堵塞，而过大会影响其对污染物的吸附处理。