關于活化硅藻精土強化處理生活污水的實驗研究

李 興 董惠芳 鄧大鵬 徐 利 曹朋勃 李雨薇

(河北建筑工程學院市政與環境工程系，河北 張家口 075000)

0 引 言

長時間以來，水環境污染的問題讓我們時常感到憂慮，現有的城市污水處理廠已經不能與現有的社會經濟發展相適應.二級處理廠的建造需要大量的資源，而對于城市低濃度污水的處理運用一級處理工藝也可以達到良好的效果.近年來工業廢水引起的污染經過治理有所減少，但城市生活污水卻有增無減，占水質污染的百分之五十一以上，水質污染降低了水體的使用功能，引發了多種疾病，加劇了水資源短缺，因此，加強一級處理的效果，使污染物的去除百分比得到提高，是污水處理的一項重要研究，使一些低濃度污水經過一級處理或者加強一級處理的效果以后可以達標排放，可以說是迫在眉睫.

在一級處理工藝中所用的化學絮凝法運行穩定，有很強的處理能力.但其處理過程中存在著投藥量大，運行費用高的缺點，大量應用有一定的難度，所以一些價格廉價、處理效果高的藥劑得到了廣泛應用，而硅藻精土就是符合這些條件的藥劑.本文通過研究改良硅藻精土的活化條件，找出其最佳絮凝條件，為市場上一級處理技術做出貢獻.

1 硅藻土概況

一般的硅藻土具備了比較強的污水處理能力，但是經過改性后的硅藻土的污水處理性能在原來的硅藻土的基礎上有了很大的提高.硅藻土的壁殼上有多級，大量，排列有序的微孔.這種獨特的結構使它具有性能穩定，吸附性強，能吸附自身質量1.1-1.5倍的油分的特性.因此，用它處理城市生活污水會有極好的凈化效果.而經過活化的硅藻精土具有使物質吸附和混凝的兩個重要作用，其可以使水中的有機物被吸附并且可以讓固體懸浮物和膠體更好的除去.活化過的硅藻精土還具有深度效應和篩分作用.用活化過的硅藻精土作為硅藻土污水處理劑，能減少后續深度處理的負荷，使其能達到更好的處理效果.

2 實驗方法

讓硅藻精土處理污水能達到最佳的效果，需要通過探究影響其活化效果的原因，且能夠確定其硅藻精土的最佳活化條件.查閱有關的資料，可以得到影響硅藻精土活化的因素有：活化的時間，酸的用量，硫酸的濃度；影響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質.

用硫酸將硅藻精土活化后，做混凝攪拌實驗，由于前人做過大量這一方面的實驗，由此我們確定硅藻土吸附實驗的水力條件是GT反應=0.430X104，GT混合=2.750X104，在查找大量文獻得知，固體懸浮物與濁度成線性條件，因此本實驗中以濁度作為一個定性的研究指標.實驗過程中主要以鉻法測定CODcr，濁度儀監測濁度.

3 實驗數據

3.1 影響活化效果因素

①活化的時間.

反應條件：硅藻精土100 mg/L,硫酸濃度為98%，酸的用量為每50 ml水樣加入1 ml濃硫酸，原水濁度為19.3 NTU，反應時間為1至7天.

圖1 濁度去除率、CODcr去除率與活化時間的關系圖

從曲線可以看出硅藻精土的活化時間對其效果的影響，活化效果隨時間的增加而逐步升高最后趨于平緩，由此進一步將活化的時間定為2～3天.

②酸的用量(98%濃硫酸).

反應條件：硅藻精土100 mg/L，原水濁度55.6 NTU，反應時間為3天，每50 ml水樣中酸的用量分別為0.5 ml、1.0 ml、1.5 ml、2.0 ml、2.5 ml、3.0 ml.

表1 硅藻凈土的活化效果與酸的用量關系表

從圖中我們可以看出濁度去除百分比會隨著酸的用量的增加而提高，但是酸的用量的增加會帶來工藝成本的提高，所以盡量將酸的用量控制在一個較合適的范圍.根據圖中濁度去除百分比的曲線變化，可以發現濁度去除百分比隨酸的用量變化較小.所以，選用酸的用量為每50 ml水樣加入1.5至2.5 ml酸為加入酸容量的取值范圍.

③硫酸濃度.

反應條件：硅藻精土用量100 ml/L，酸的用量為1.0 ml每50 ml水樣，反應時間為3天，原水濁度為97.5 NTU，酸的濃度為98%、49%、24.5%、12.3%.

表2 硅藻凈土的活化效果與硫酸濃度的關系表

圖2 濁度去除率、CODcr去除率與酸的用量的關系圖

從圖中可以看出濁度去除百分比和CODcr的去除百分比與硫酸濃度成正比，所使用的硫酸濃度對越低，對活化效果的影響越小，由此在做進一步的活化條件實驗時，所采用的硫酸的濃度在98%-24.5%

④溫度.

反應條件：硅藻精土用量100 ml/L，酸的用量為1.0 ml每50 ml水樣，反應時間為3天，酸的濃度為49%，原水濁度73 NTU，反應溫度分別為5 ℃、15 ℃、25 ℃.

表3 硅藻凈土的活化效果與反應溫度的關系表

從曲線中可以得出濁度去除百分比與CODcr去除百分比隨溫度溫度的升高而提高，但是CODcr去除百分比曲線提升較為緩慢，同時濁度去除百分比在25 ℃時已經達到了70%，在綜合經濟條件的影響，25 ℃一般為室溫，如果高于25 ℃，則工藝進行需要加熱，消耗能量，調高經濟成本.所以將反應溫度定為常溫.

3.2 影響活化硅藻精土混凝效果的因素條件

①投加的活化硅藻精土的量.

反應條件：酸的用量為1.0 ml每50 ml水樣，原水濁度為64 NTU，反應時間為3天，硫酸濃度為49%，硅藻精土投加量為50至300 mg/L.

圖4 濁度去除率、CODcr去除率與硅藻精土加入量的關系圖

從曲線中可以看出濁度去除百分比和CODcr去除百分比隨著硅藻精土投加量的變化并不是特別明顯，所以我們依據實驗所得數據選擇硅藻精土加加量為150 mg/L.

②原水水質.

由于城市生活污水每天的水質是不一樣的，所以我們進行了兩組不同水質的實驗.依據實驗數據我們發現硅藻精土對水質的的變化有比較強的適應性，處理后的出水水質基本上低于國家污水排放一級標準.

4 正交試驗過程及記錄

通過上述實驗能夠得出，由于對硅藻精土活化效果以及對活化硅藻精土混凝效果產生影響的因素比較多，由此為了能更好確定活化硅藻精土的最佳混凝條件，所以對硅藻精土的活化條件進行改良，我們將進行正交試驗，由上面實驗結果可以得到正交試驗的考慮因素為：活化時間，酸的用量，硫酸濃度以及硅藻精土的投加量.為了使實驗更加精簡.優化實驗選擇了正交試驗.我們測得原水實驗為77 NTU.

(1)指標：用濁度的去除百分比作為評價指標.

(2)

表4 正交試驗的因素水平表

(3)實驗安排以及實驗結果分析表

表5 實驗安排以及實驗結果分析表

根據上表可以得到最佳的活化條件有：活化時間為3天，酸的用量為2.0 ml，硫酸的濃度為49%，進一步確定硅藻精土的投加量為200 mg/L.

經過一系列實驗表明：在酸的用量為2.0 ml時，濁度的去除百分比達到最大.

故確定的最佳活化條件為：活化時間3天，酸的用量2.0 ml每50 ml水樣，硫酸的濃度49%，溫度25 ℃，硅藻精土的投加量200 mg/L

綜上所述，可以得到影響活化硅藻精土處理污水的因素的最佳條件

表6 活化硅藻精土處理污水的最佳條件

5 活化硅藻精土對生活污水的除磷脫氮效果

將水樣按照活化硅藻精土的最優的絮凝條件和最佳的加入量進行處理，測出上清液的氨氮和總磷等指標.

表7 硅藻凈土最佳活化條件下對氨氮、總磷的處理效果表

實驗結果表明：在最優的絮凝條件下，硅藻精土具有除磷脫氮的作用，TP的去除百分比約為82%.NH3-N的去除百分比約為14%.

6 活化硅藻精土、常規混凝劑對濁度的去除效果的比較

評價指標：濁度的去除百分比

實驗條件：活化硅藻精土的投加量為200 mg/L，AL2(SO4)3·18H2O為200 mg/L，聚合氯化鋁PAC為200 mg/L，按有效成分(AL2O3)計均為6.8 mg/L.實驗結果如表所示：

表8 不同混凝劑對濁度去除效果對比

可以看出活化的硅藻精土的混凝效果好于硫酸鋁和PAC，可以滿足凈化水質的要求.

7 結 語

本文通過研究硅藻精土處理污水的最優條件，采用硅藻精土作為混凝沉淀流程的絮凝劑，治理了混凝沉淀工藝中出現的污泥產量大、會有二次污染等環境問題.因為活化硅藻精土污水處理流程的剩余污泥的可回收利用率高，與普通活性污泥法以及其他二級工藝處理相比較，其耗用資源和產生二次污染數量及其環境影響明顯減小.所以，硅藻精土處理污水對于提高出水水質、降低運營成本具有重要現實意義.因此采用此工藝流程對城市低濃度生活污水進行處理，可達到日益嚴格的水質排放標準和污水回用標準，其出水可用作城市澆灑、工業冷卻循環用水、消防、綠化等此類型市政用水以及居民住宅所需的沖廁用水等雜用水.這樣不僅解決了水體污染問題，而且還可以節省清潔水，達到了開源節流的目標.