硅藻土在工业污水处理中的应用研究进展

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:johntoo
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  【摘要】
   本文首先介绍了硅藻土的性质,然后分别分析了硅藻土在含重金属废水、造纸、印染废水、有机化合物废水等工业污水处理中的应用,最后指出了应用硅藻土处理工业污水存在问题及发展趋势。
  【关键词】硅藻土;工业污水;处理;应用
  中图分类号: S273 文献标识码: A
  【引言】
   硅藻土是古代单细胞低等植物硅藻遗体堆积后,经过一定的地质条件下成岩作用而形成的一种具有多孔性的生物沉积岩,是由硅藻死亡以后的遗骸沉积形成的,主要矿物成分是蛋白石及其变种,化学成分主要是SiO2,并含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、Na2O、MgO 等和有机质等杂质。这些杂质夹杂在硅藻壳间,填充于硅藻壳的孔隙中,或附着于壳表面。
  由于硅藻土质轻、相对密度小,多孔且孔径分布范围大、空隙率高,具有很强的吸附能力,这一结构特点使它在废水处理方面具有广泛应用的基础。硅藻土处理废水的原理是利用硅藻个体的吸附作用将细微的颗粒变大,再加上其自身的絮凝作用,迅速、高效地去除废水中的细微悬浮物,具有沉降速度快、污泥体积小、易分离、可降低废水处理的综合成本等优点。另外,硅藻土通过适当改性,不仅能吸附废水中难降解有机物、降低废水中COD、BOD和氨氮的浓度,而且还能吸附废水中的重金属离子,如Fe3+、Cu2+、Zn2+、Pb2+等。可见,硅藻土和改性硅藻土在废水处理领域具有广泛的应用前景。
  1、硅藻土的性质
  1. 1、硅藻土的化学成分
  硅藻土的主要成分是SiO2,以SiO2 nH2O的形式存在,同时还包含少量的Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、P等,个别的还有Cr、Ba等金属杂质。各地硅藻土矿的成分不同,含量也不同。
  1. 2、硅藻土的表面特性
  1. 2. 1.硅藻土的表面基团与吸附性能
  硅藻土表面有大量不同种类的羟基,硅藻土中的羟基越多,则吸附性能越好。这些羟基在热处理条件下可以发生转化,改变硅藻土的吸附性能。并且这些羟基有一定的活性,可与其他物质发生反应或成键,改变硅藻土的吸附特性。
  1. 2. 2.硅藻土的表面电荷
  硅藻土颗粒表现出一定的负电性。在大多数pH值范围内硅藻土表面都带负电,但在酸性条件下,由于硅藻土表面的羟基被质子化,带正电。在硅藻土表面接枝官能团可使硅藻土的等电位点发生移动。
  1. 2. 3.硅藻土的表面結构与吸附特性
  国产硅藻土的比表面积常为19m2/g~65m2/g,孔半径为50nm~800nm,孔体积为0.45 cm3/g~0.98 cm3/g,酸洗或焙烧等预处理,可提高其比表面积,增大孔体积。硅藻土的吸附性能与它的物理结构和化学结构密切相关,一般来说,比表面积越大吸附量越大;孔径越大,吸附质在孔内的扩散速率越大。则越有利于达到吸附平衡。但在一定孔体积下,孔径增大会降低比表面积,从而减小吸附平衡量;孔径一定时,孔容越大,吸附量就越大。
  2、硅藻土在工业污水处理中的应用
  2.1处理含重金属废水
  电镀、制陶、玻璃、采矿及电池工业产生的废水中常含较多的重金属离子,排放后会对植物产生毒害,对人致畸或致癌。目前重金属废水常用的处理方法有化学沉淀法、电解法、离子交换法、渗透法和吸附法等。吸附法被认为是去除痕量重金属有效的方法。硅藻土比表面积大,且表面被大量硅羟基所覆盖, 通常颗粒表面带有很强的负电荷,非常适合用于重金属离子的吸附。
  夏士朋等采用含碳酸钙硅藻土处理废水中Cu2+、Cr3+、Pb2+和Zn2+4种重金属离子的新方法,试验结果表明,碳酸钙含量约为35%的硅藻土是处理含重金属废水的一种很好的吸附剂。在静态实验条件下,吸附容量为3.5~4 mmol/g。罗道成等对改性硅藻土对废水中Pb2+、Cu2+、Zn2+吸附性能进行研究,结果表明:在同一溶液中,改性硅藻土对Pb2+、Cu2+、Zn2+的吸附为Pb2+>Cu2+>Zn2+;pH值是影响吸附作用的重要作用因素,在pH=4.0~6.0的弱酸性条件下吸附效果好;改性硅藻土吸附重金属离子Pb2+、Cu2+、Zn2+后,经过洗脱再生后可重复使用;改性硅藻土对实际电镀废水的吸附净化效果较好。叶力佳等对硅藻土吸附重金属离子Cu2+进行了研究,结果表明:硅藻土独特的结构使其对水溶液中的Cu2+具有很好的吸附去除效果。在Cu2+浓度为20毫克/升时,试验得出:提纯硅藻土的最佳用量为2~3克/升, 吸附30分钟即可达到平衡;温度对吸附Cu2+去除率的影响不大,pH值是最重要的影响因素,在中性和弱酸性(pH=6.5~7.0)条件下,对Cu2+去除效果最佳。提纯硅藻土对Cu2+的等温吸附符合吸附模型,为化学吸附。丁社光研究了硅藻土在不同pH值、温度、吸附时间、铅离子初始浓度、硅藻土用量等条件下对吸附铅离子的影响,并以铅离子的去除率为实验指标,进行单因素实验、正交实验。 结果表明:在吸附温度为25℃、pH = 1.0、硅藻土溶液用量为 3.0 克/25毫升、硅藻土溶液起始浓度为30毫克/升时,去除率最高。郭晓芳等通过锰基改性硅藻土,在静态条件下,研究了锰基改性硅藻土吸附重金属离子 Pb2+、Zn2+的性能及适宜条件。结果表明,低离子强度、中偏碱性、室温环境均有利于吸附过程的进行,吸附平衡时间为30分钟,含Pb2+、Zn2+的电镀废水经改性硅藻土吸附后,废水中Pb2+、Zn2+的浓度达国家工业污水最低排放标准 饱和吸附了Pb2+、Zn2+的改性硅藻土,可利用 CaCl2溶液进行再生。 严刚等通过试验研究了硅藻土与 FeCl3组配处理含 Pb2+废水。结果表明,当进水中Pb2+浓度为52.4克/升,采用硅藻土与 FeCl3配比(质量比)为 6:1,硅藻土投量为70毫克/升,控制pH在7.0~8.0、搅拌转速在 120~140 秒/分钟之间 ,沉淀 80 分钟后出水中 Pb2+可达标排放。 该方法操作方便,投资少,具有良好的推广应用前景。
  国外的 Y.A1-degs 等做的用 MnO2,改性的硅藻土和非改性硅藻土对Pb2+的吸附研究,表明:硅藻土和 MnO2改性的硅藻土对去除铅离子是有效的,对Pb2+的吸附容量分别是 24和 99 mg.g-1,改性后的硅藻土由于增加了表面积和表面负电荷,在 PH=4 时,对Pb2+的吸附率效果优于未改性的硅藻土。改性后的硅藻土过滤性能也提高了。T.NDe 等做的微(滴)乳状液浸溃过的天然硅藻土与未处理的硅藻土相比在吸附Cr3+离子方面,吸附量有明显的提高,调查了两份不同颗粒样品都产生了完全的吸附,吸附过程取决于 pH。 A.Murathan 等报道了通过固定床用未经处理的硅藻土对 Cu2+、Pb2+及 Zn2+的吸附研究,考查了恒温条件下硅藻土粒径对三种离子吸附效率的影响,结果认为随着粒径的减小吸附容量提高,对三种离子的吸附容量大小顺序为:Cu2+>Pb2+>Zn2+。Ridha 等研究了硅藻土表面性质和它的物理化学性及硅藻土对水溶液中 Ag+的吸附及其所适合的吸附模式,结果显示:水溶液中Ag+能够完全被适量的硅藻土所吸附。
  2.2处理造纸、印染废水
  近年来,造纸、印染工业发展迅速,每年产生大量的有色废水。这些有色废水毒性强、降解难,某些染料降解后也会产生致癌和有毒物质,因此不能单纯依靠生化或物化等方法去除,吸附法作为一种有力的手段正渐渐受到重视。硅藻土价格低廉,吸附效果好,因此有望成为理想的吸附材料。彭书传用活化硅藻土配制成的复合净水剂处理印染废水,此法具有费用低廉、脱色效果好、COD去除率高等特点。在pH=6~10,复合净水剂投加量为1.0~1.3克/升,沉降时间t=10分 钟时,COD去除率为74.24%,色度去除率为93.75%,达到较好的处理效果。 杨宇翔等采用染料吸附法研究了次甲基兰在浙江和吉林硅藻土表面的吸附等温线。硅藻土吸附性质与其结构、孔分布、表面ξ电位、IEP值及pH值,当pH=13 时,其吸附量均最大,吸附等温方程式均符合Freundlich方程:F=KCl/n。当投加量为3克时,COD的去除率为85%,浊度为50度,当投加量为3.5克时,COD 的去除率为85%,浊度为40度,COD的浓度为52 mg/L。pH值对印染废水处理有很大影响,当 pH=8.5时,处理效果最佳,COD浓度降至48.4毫克/升,达到排放标准。
  刘伟明等采用硅藻土作助滤剂,通过预涂和主体吸附、过滤的方法回收萘酚类染料工业污水中溶解的亚硫酸钠。研究结果表明:采用此法获得的晶体亚硫酸钠,其回收率和相对含量都优于筛网过滤法;应用Carman方程计算出过滤定量液体所使用的最佳助凝剂用量为0.50×10-2千克/升,最佳过滤压力为(4.90~9.80)×104Pa。R.A.Shawabkeh等报道了硅藻土对阳离子染料的吸附情况,研究了染料浓度、硅藻土粒径及温度对吸附的影响,试验显示,100克硅藻土可以吸附42 mmol染料,认为硅藻土替代活性炭作为吸附剂是可行的,且成本更低。谷志攀等对硅藻土吸附染料的机理和吸附等温式进行了总结,吸附机理主要以物理吸附为主,吸附一般符合Langmuir等温式或Freundlich等温式。
  邵红等以硅藻土为原料制成的复合絮凝剂处理造纸、焦化工业污水,工艺简单,最佳投入量为0.32克/升,COD去除率为70%~80%,脱色率达90%以上,絮凝效果优于聚合氯化铝。
  2.3处理有机化合物废水
  有机化合物特别是芳香族化合物是水体污染的主要物质之一,对人类的生存环境造成严重威胁,如来自焦化、炼油、合成纤维等工厂排出的苯酚类污水,会造成细胞蛋白质变性,损害神经、肝脏和肾脏等。硅藻土有机物的吸附研究,国内外在这方面作了大量的研究工作,如:朱利中等研究了改性膨润土、沸石和硅藻土对苯酚的吸附效果,与原土进行比较,结果表明改性硅藻土吸附处理苯酚的性能较原土好得多。张红用改性硅藻土吸附污水中的苯酚,结果表明采用联合改性剂处理的硅藻土吸附效果好于单一改性剂处理的硅藻土;硅藻土对苯酚的吸附主要有物理吸附和化学吸附,其中以分子间色散力及诱导力的物理吸附为主,同时存在分子的絮凝作用和深度效应。温彦平研究了硅藻土对水中微量卤代烃的吸附性能,结果表明,硅藻土对三氯甲烷和三氯乙烯有吸附能力,吸附以范德华力为主,吸附容量大小与吸附质在水中的溶解度有关。
  3、应用硅藻土处理工业污水存在问题及发展趋势
  3.1存在的问题
  (1)硅藻土在工业污水处理中应用的面还不是很广,对硅藻土处理废水的机理、规律和影响因素等的研究不足。
  (2)硅藻土以及硅藻土吸附剂制品的性质、性能及性状的揭示已跟不上要求,成为制约硅藻土吸附剂产品质量提升的关键。
  (3)工业污水成分复杂,污染物种类繁多,目前的研究多从单个污染因子入手,未考虑其它污染因子的影响。
  (4)硅藻土吸附剂的使用大都是采用粉状形态,对于后期的处理不利,容易造成二次污染。
  (5)对硅藻土处理工业污水的工艺研究很少,没有形成工业化规模的废水处理组合工艺。
  3.2、发展趋势
  硅藻土作为一种新型的水处理剂,其独特的结构赋予了它许多优良的特征, 另外其低廉的价格,使得硅藻土将会有广阔的发展前景。
  (1)深入探讨硅藻土在工业污水处理中的吸附机理和吸附动力学机制,把握规律及影响因素,增强其处理废水的能力及除效果,满足不同类型污水处理的需要。
  (2)加强硅藻土的改性方法研究,开展有针对性的有机或无机化学改性,特别是高分子聚合物类的改性,以及根据吸附物质的特点对硅藻土孔径进行的可控改性。
  (3)硅藻土的再生方法及条件研究。如经过烧,既使吸附的有机物烧失,又不失去表面活性,再进行酸活化处理,以达到高效再利用的目的。
  (4)硅藻土与絮凝剂、其他吸附材料相互组合(如与沸石、膨润土等组合)处理废水研究,选出最佳组合,对最佳组合在不同条件下处理废水的效果进行研究,确定最佳组合处理废水的最佳工艺条件。
  (5)加强硅藻土处理工艺研究,如与其他废水处理技术(如EM技术、生物强化技术等)和工艺(如生物滤池、生物流化床、SBR、UCT)等相结合处理,形成有效的组合处理工艺。
  【结语】
  硅藻土具有比表面积大、吸附性能强、化学稳定性好等优异的理化性质,是一种优良的水处理剂。在污水水处理时,需将硅藻土进行适当的改性处理,得到的絮凝物脱水快,可再生利用,处理后的水质量好且稳定,处理效果较为理想。硅藻土吸附剂的使用大都是采用粉状形态,因此对于后期的处理不利,容易造成二次污染。目前在水处理中所使用的硅藻土助凝剂生产成本较高,这是因为生产硅藻土助凝剂的工艺复杂,所使用的生产原料为价格较高的优质硅藻土,相应增加水处理的成本。硅藻土污水处理技术还是一项较新的技术,各方面还不完善,还需加强理论上和实际工程应用上的进一步研究和探索。
   【参考文献】
  [1]赵洪石,何文.硅藻土应用及研究进展[J].山东轻工业學院学报,2007,21(1)
  [2]叶力佳.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.
  [3]谷志攀,何少华.硅藻土吸附废水中染料的研究[J].矿业快报,2008,7(7):34~64.
其他文献
摘要:本文从黄土的微观结构特征出发,系统阐述了黄土地区主要工程地质问题,接着研究了黄土地区常见工程地质问题的对策。  关键词:黄土地区;工程地质;对策  中图分类号:E271文献标识码: A  一、前言  工程地质问题的解决措施是保证工程质量优劣的首要前提,工程质量的优劣不仅关系到施工耽误的生存发展,而且关系到国家和人民群众的利益。  二、黄土的微观结构特征  1、孔隙的类型  黄土孔隙按其成因可
期刊
【摘要】本文主要从植筋技术简介、施工前期准备、中期对需加固墩身的处理、植筋技术其他要求等部分加以阐述。  【关键词】既有桥梁;墩身;植筋加固  中图分类号:K928文献标识码: A  一、前言  桥梁墩身是桥梁整个工程质量保障的基础,该技术在我国已经广泛应该,但是在施工过程中也容易出现问题。  二、植筋技术简介  1.植筋原理。植筋,即在设计部位按设计孔径钻至规定深度后,进行清孔,再注入植筋膠,插
期刊
摘要:建筑电气设计在遵守国家规范的前提下,既要满足古建筑的应用要求,又要方便现代人快节奏、高效率的生活。文章就电气设计进行分析,探讨其应用。  关键词:古建筑 电气设计 照明系统 火灾报警 防雷接地  中图分类号:F407文献标识码: A  引言   作为一个拥有众多传统文明的国家,境内遗留许多名胜古迹和动人故事。同时,也留下了许多相关的古建筑和遗迹。当一个城市的经济不是很发达的时候,加快城市更新
期刊
摘要:在国民经济飞速发展的今天,我国的建筑工程事业也取得了快速的发展。但在建筑工程的施工中,也出现了很多的问题,建筑给排水的施工中,如果施工的质量达不到规定的标准,工程就会出现很多的安全隐患,给人们生活带来不便的同时,也降低了人们的生活质量。本文就建筑给排水施工中存在的问题进行探讨,提出了相应的解决对策,这在一定程度上促进了我国建筑工程业的发展。  关键词:建筑工程;建筑给排水;给排水施工;存在问
期刊
【摘要】随着经济的不断发展,堤防工程建设在我国占据着主导地位。加强堤防工程管理,直接影响着人们的工作和生活。本文从我国堤防工程管理现状、堤防管理的指导思想、基本原则和目标任务、堤防工程管理的有效措施及堤防工程管理的意义等几个方面进行了分析。  【关键词】堤防工程;措施;管理  中图分类号:E271文献标识码: A  一、前言  近年来,由于防洪工作的不断壮大,堤防工程管理问题得到了人们的广泛关注。
期刊
【摘要】:建筑工程质量好坏,直接关系到人们的生命、财产安全,以及正常的生产、生活秩序,严格把好建筑工程现场施工质量关至关重要。在建筑工程现场施工中,对其进行有效的管理和控制,针对不同类型的建筑特点,制定切实可行的质量控制计划,旨在保证建筑工程质量。但要想彻底保证房屋建筑工程的质量,还需要我们进一步探索建立严密的建筑工程现场施工质量控制体系。本文探讨了建筑工程施工现场的质量管理。  【关键词】:建筑
期刊
【摘要】桩基础是在重要建筑物和高层建筑物工程中被广泛应用的基础形式,它是地基加固的重要方法之一。下文就建筑工程土建施工中桩基础技术的应用进行了探讨分析。  【关键词】建筑 桩基 施工  中图分类号:TU7文献标识码: A  前言  建筑桩基础工程,实质上就是一种建筑基础形式,它是由基桩与桩顶部中的承台相结合而形成的一种基础工程,根据桩端中的支承情况可以划分为两个部分,即高承台桩基与低承台桩基。高承
期刊
摘要:建筑工程项目的造价管理工作是一项复杂的系统工程,其是贯穿于建筑工程项目的招投标过程以及施工过程等各个阶段的,并且与建筑工程的质量管理、工期管理以及投资管理等各项工作紧密相连,所以,要想做好建筑项目工程造价的管理和控制工作,就必须合理的掌控影响工程造价的各类因素,在造价管理工作中坚持项目与质量统一、技术与管理统一的控制原则,构成一个合理并且完整的控制系统,这样才能真正的做到建筑项目工程造价的有
期刊
摘要:近年来,国内的建筑市场发展速度非常快。因此,建筑施工单位必须不断提升整体竞争能力,确保企业在建筑市场中的地位,从而不断使企业发展更加强大。本文主要对建筑工程施工现场管理现状及对策进行了简要分析。  关键词:建筑工程;施工现场;管理对策  中图分类号:TU198文献标识码: A  引言  随着人民生活水平的提高,人们逐渐对建筑行业的要求越来越多。由于当前建筑工程施工现场缺乏规范性的管理,在工作
期刊
摘 要:随着建筑业的高速发展,建筑电气安装工程也得到了长足发展,在整个的施工过程中占据重要地位,所以它的质量不容忽视。近年来,建筑电气安装工程取得了一定成绩,也出现了新的问题,我们将从技术角度进行探讨予以规避。  关键词:建筑,电气安装,问题,措施  中图分类号:TU198文献标识码: A  一、前言  對于建筑工程而言,良好的电气安装工程质量具有决定性的作用,为了彻底消除安全隐患,需要在施工过程
期刊