关于活化硅藻精土强化处理生活污水的实验研究

李 兴 董惠芳 邓大鹏 徐 利 曹朋勃 李雨薇

(河北建筑工程学院市政与环境工程系，河北 张家口 075000)

0 引 言

长时间以来，水环境污染的问题让我们时常感到忧虑，现有的城市污水处理厂已经不能与现有的社会经济发展相适应.二级处理厂的建造需要大量的资源，而对于城市低浓度污水的处理运用一级处理工艺也可以达到良好的效果.近年来工业废水引起的污染经过治理有所减少，但城市生活污水却有增无减，占水质污染的百分之五十一以上，水质污染降低了水体的使用功能，引发了多种疾病，加剧了水资源短缺，因此，加强一级处理的效果，使污染物的去除百分比得到提高，是污水处理的一项重要研究，使一些低浓度污水经过一级处理或者加强一级处理的效果以后可以达标排放，可以说是迫在眉睫.

在一级处理工艺中所用的化学絮凝法运行稳定，有很强的处理能力.但其处理过程中存在着投药量大，运行费用高的缺点，大量应用有一定的难度，所以一些价格廉价、处理效果高的药剂得到了广泛应用，而硅藻精土就是符合这些条件的药剂.本文通过研究改良硅藻精土的活化条件，找出其最佳絮凝条件，为市场上一级处理技术做出贡献.

1 硅藻土概况

一般的硅藻土具备了比较强的污水处理能力，但是经过改性后的硅藻土的污水处理性能在原来的硅藻土的基础上有了很大的提高.硅藻土的壁壳上有多级，大量，排列有序的微孔.这种独特的结构使它具有性能稳定，吸附性强，能吸附自身质量1.1-1.5倍的油分的特性.因此，用它处理城市生活污水会有极好的净化效果.而经过活化的硅藻精土具有使物质吸附和混凝的两个重要作用，其可以使水中的有机物被吸附并且可以让固体悬浮物和胶体更好的除去.活化过的硅藻精土还具有深度效应和筛分作用.用活化过的硅藻精土作为硅藻土污水处理剂，能减少后续深度处理的负荷，使其能达到更好的处理效果.

2 实验方法

让硅藻精土处理污水能达到最佳的效果，需要通过探究影响其活化效果的原因，且能够确定其硅藻精土的最佳活化条件.查阅有关的资料，可以得到影响硅藻精土活化的因素有：活化的时间，酸的用量，硫酸的浓度；影响活化硅藻精土混凝效果的因素有：活化硅藻精土的投加量和原水水质.

用硫酸将硅藻精土活化后，做混凝搅拌实验，由于前人做过大量这一方面的实验，由此我们确定硅藻土吸附实验的水力条件是GT反应=0.430X104，GT混合=2.750X104，在查找大量文献得知，固体悬浮物与浊度成线性条件，因此本实验中以浊度作为一个定性的研究指标.实验过程中主要以铬法测定CODcr，浊度仪监测浊度.

3 实验数据

3.1 影响活化效果因素

①活化的时间.

反应条件：硅藻精土100 mg/L,硫酸浓度为98%，酸的用量为每50 ml水样加入1 ml浓硫酸，原水浊度为19.3 NTU，反应时间为1至7天.

图1 浊度去除率、CODcr去除率与活化时间的关系图

从曲线可以看出硅藻精土的活化时间对其效果的影响，活化效果随时间的增加而逐步升高最后趋于平缓，由此进一步将活化的时间定为2～3天.

②酸的用量(98%浓硫酸).

反应条件：硅藻精土100 mg/L，原水浊度55.6 NTU，反应时间为3天，每50 ml水样中酸的用量分别为0.5 ml、1.0 ml、1.5 ml、2.0 ml、2.5 ml、3.0 ml.

表1 硅藻净土的活化效果与酸的用量关系表

从图中我们可以看出浊度去除百分比会随着酸的用量的增加而提高，但是酸的用量的增加会带来工艺成本的提高，所以尽量将酸的用量控制在一个较合适的范围.根据图中浊度去除百分比的曲线变化，可以发现浊度去除百分比随酸的用量变化较小.所以，选用酸的用量为每50 ml水样加入1.5至2.5 ml酸为加入酸容量的取值范围.

③硫酸浓度.

反应条件：硅藻精土用量100 ml/L，酸的用量为1.0 ml每50 ml水样，反应时间为3天，原水浊度为97.5 NTU，酸的浓度为98%、49%、24.5%、12.3%.

表2 硅藻净土的活化效果与硫酸浓度的关系表

图2 浊度去除率、CODcr去除率与酸的用量的关系图

从图中可以看出浊度去除百分比和CODcr的去除百分比与硫酸浓度成正比，所使用的硫酸浓度对越低，对活化效果的影响越小，由此在做进一步的活化条件实验时，所采用的硫酸的浓度在98%-24.5%

④温度.

反应条件：硅藻精土用量100 ml/L，酸的用量为1.0 ml每50 ml水样，反应时间为3天，酸的浓度为49%，原水浊度73 NTU，反应温度分别为5 ℃、15 ℃、25 ℃.

表3 硅藻净土的活化效果与反应温度的关系表

从曲线中可以得出浊度去除百分比与CODcr去除百分比随温度温度的升高而提高，但是CODcr去除百分比曲线提升较为缓慢，同时浊度去除百分比在25 ℃时已经达到了70%，在综合经济条件的影响，25 ℃一般为室温，如果高于25 ℃，则工艺进行需要加热，消耗能量，调高经济成本.所以将反应温度定为常温.

3.2 影响活化硅藻精土混凝效果的因素条件

①投加的活化硅藻精土的量.

反应条件：酸的用量为1.0 ml每50 ml水样，原水浊度为64 NTU，反应时间为3天，硫酸浓度为49%，硅藻精土投加量为50至300 mg/L.

图4 浊度去除率、CODcr去除率与硅藻精土加入量的关系图

从曲线中可以看出浊度去除百分比和CODcr去除百分比随着硅藻精土投加量的变化并不是特别明显，所以我们依据实验所得数据选择硅藻精土加加量为150 mg/L.

②原水水质.

由于城市生活污水每天的水质是不一样的，所以我们进行了两组不同水质的实验.依据实验数据我们发现硅藻精土对水质的的变化有比较强的适应性，处理后的出水水质基本上低于国家污水排放一级标准.

4 正交试验过程及记录

通过上述实验能够得出，由于对硅藻精土活化效果以及对活化硅藻精土混凝效果产生影响的因素比较多，由此为了能更好确定活化硅藻精土的最佳混凝条件，所以对硅藻精土的活化条件进行改良，我们将进行正交试验，由上面实验结果可以得到正交试验的考虑因素为：活化时间，酸的用量，硫酸浓度以及硅藻精土的投加量.为了使实验更加精简.优化实验选择了正交试验.我们测得原水实验为77 NTU.

(1)指标：用浊度的去除百分比作为评价指标.

(2)

表4 正交试验的因素水平表

(3)实验安排以及实验结果分析表

表5 实验安排以及实验结果分析表

根据上表可以得到最佳的活化条件有：活化时间为3天，酸的用量为2.0 ml，硫酸的浓度为49%，进一步确定硅藻精土的投加量为200 mg/L.

经过一系列实验表明：在酸的用量为2.0 ml时，浊度的去除百分比达到最大.

故确定的最佳活化条件为：活化时间3天，酸的用量2.0 ml每50 ml水样，硫酸的浓度49%，温度25 ℃，硅藻精土的投加量200 mg/L

综上所述，可以得到影响活化硅藻精土处理污水的因素的最佳条件

表6 活化硅藻精土处理污水的最佳条件

5 活化硅藻精土对生活污水的除磷脱氮效果

将水样按照活化硅藻精土的最优的絮凝条件和最佳的加入量进行处理，测出上清液的氨氮和总磷等指标.

表7 硅藻净土最佳活化条件下对氨氮、总磷的处理效果表

实验结果表明：在最优的絮凝条件下，硅藻精土具有除磷脱氮的作用，TP的去除百分比约为82%.NH3-N的去除百分比约为14%.

6 活化硅藻精土、常规混凝剂对浊度的去除效果的比较

评价指标：浊度的去除百分比

实验条件：活化硅藻精土的投加量为200 mg/L，AL2(SO4)3·18H2O为200 mg/L，聚合氯化铝PAC为200 mg/L，按有效成分(AL2O3)计均为6.8 mg/L.实验结果如表所示：

表8 不同混凝剂对浊度去除效果对比

可以看出活化的硅藻精土的混凝效果好于硫酸铝和PAC，可以满足净化水质的要求.

7 结 语

本文通过研究硅藻精土处理污水的最优条件，采用硅藻精土作为混凝沉淀流程的絮凝剂，治理了混凝沉淀工艺中出现的污泥产量大、会有二次污染等环境问题.因为活化硅藻精土污水处理流程的剩余污泥的可回收利用率高，与普通活性污泥法以及其他二级工艺处理相比较，其耗用资源和产生二次污染数量及其环境影响明显减小.所以，硅藻精土处理污水对于提高出水水质、降低运营成本具有重要现实意义.因此采用此工艺流程对城市低浓度生活污水进行处理，可达到日益严格的水质排放标准和污水回用标准，其出水可用作城市浇洒、工业冷却循环用水、消防、绿化等此类型市政用水以及居民住宅所需的冲厕用水等杂用水.这样不仅解决了水体污染问题，而且还可以节省清洁水，达到了开源节流的目标.