硅藻土

前言

氨氮是水体富营养化和环境污染的一种重要污染物质。常规的生化方法去除氨氮的效率低、周期长、成本高。氨氮浓度过高，会抑制自然硝化，降低水体自净能力，使生化处理受限制，造成水体富营养化等问题。硅藻土是一种优良的吸附剂，对重金属、磷等物质有着极强的去除效果，但对氨氮的去除率极低，而氨氮又是生活及工业废水中常见的污染物，所以为了提高硅藻土处理氨氮的能力，对其进行了改性研究，考察了改性硅藻土对水中氨氮的吸附能力。

1硅藻土的相关介绍

硅藻土是海洋或湖泊中生长的硅藻类残骸在水底沉积，经自然环境逐渐形成的一种以SiO2为主要成分的非金属矿物。中国硅藻土储量丰富，全国10个省（区）有硅藻土矿产出。探明储量的矿区有354处，总保有储量矿石3.85亿吨。仅次于美国，居世界第二位。在地区分布上，以吉林最多，占全国储量的54.8%，云南、福建、河北次之[8]。

1.1硅藻土的成分与结构

硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，从矿物成分上讲，硅藻土由蛋白石组成，杂质为黏土矿物，水云母、高岭石等。其主要化学成分是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和有机质。SiO2的含量是硅藻土的重要标度之一，优质的硅藻土色白，含杂质时呈灰白、黄、绿、黑等颜色，所呈颜色与杂质的成分有关，其微观形貌也因硅藻细胞形状的不同而有圆盘状、针状、筒状、羽状等。

硅藻细胞的生物结构主要包括壳壁、壳壁上的各类微细结构（如孔纹、小刺和凹起等）和壳缝。国内产的硅藻土的比表面积为19-65m2/g，平均孔径为50-800 mm，孔容为

0.45-0.98ml/g。

1.2硅藻土的优点

硅藻土具有孔结构丰富，微孔发达，堆积密度小，热导率低，活性好等优点，并且分布广泛，成本低廉，可用作废弃物及水中污染物的吸附剂、催化剂的载体、聚合物材料、给料的填料和增强剂、化工的助凝剂、表面活性剂等。

1.3硅藻土的本质属性

硅藻土是当今热点研究的水污染净化材料中沉淀分离材料的一种。所谓沉淀分离材料，就是向废水中投加某些化学药剂，形成难溶的沉淀物，然后进行固液分离，从而去除废水中的污染物。沉淀分离方法是水处理中经常使用的分离工艺，所用的沉淀分离材料包括用于混凝沉淀的混凝剂和化学沉淀的沉淀剂两种[12]。硅藻土去除水中污染物的原理就是基于混凝的原理。

混凝剂分为无机盐类混凝剂和高分子混凝剂。近年来铝铁、硅复合型的无机高分子混凝剂的研究已成为热点。它作为一种新型的水处理药剂，克服了传无机盐类和聚合高分子混凝剂水解的不稳定性问题，降低了粒度，改善了混凝性能。

2硅藻土在环境工程中的应用

硅藻土可作为水处理剂的载体，能提高絮凝剂的絮凝效果，沉淀加速，易于过滤，经处理后可回收再用。用硅藻土作为絮凝剂载体，可提高水的处理量及水的净化质量，降低了污水的处理成分。大理庆中环境工程有限公司采用物理选矿法得到的硅藻含量≥92%的硅藻精土，通过加入表面处理剂，改性制成处理各种水质的硅藻土水处理剂[12]。

2.1氨氮处理技术现状

2.1.1氨氮处理方法

氨氮处理技术的选择与氨氮浓度密切相关。此外，对一定给定废水，选择技术方案主要取决于：①水的性质；②处理效果；③经济效益，以及处理后出水的最后处置方法。

虽然有许多方法都能有效的去除氨氮，如物理方法有反渗透、蒸馏、土壤灌溉；化学法有离子交换、氨吹脱、化学沉淀法、折点氯化、电渗析、电化学处理、催化裂解；生物方法有硝化及藻类养殖，但其应用于实际废水的处理要求其应用要方便、处理能力要稳定，适应于废水水质及比较经济等优点。应用和研究较多的方法主要有：氨吹脱汽提法、离子交换法、催化氧化法、化学沉淀法、生物法。

2.1.2问题的提出及研究意义

随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，含氮化合物的排放量急剧增加，已成为环境的主要污染源而引起各界的关注。氨态氮是水相环境中氮的主要形态，是水体富营养化和环境污染的一种很重要污染物质，进入水体而引起水体缺氧，滋生有害的水生物，导致鱼类中毒。此外，氨氮的存在给水处理带来了困难，在用氯消毒时，氨氮会与氯气作用生成氯胺，明显降低氯的消毒效率，大大增加了氯的需求量。氨转化为硝酸，又由饮用水而诱发婴儿的高铁血红蛋白症，硝酸盐进一步转化为亚硝酸则具有严重的“三致”作用，直接威胁人类的健康

面对传统工艺耗资巨大且有机物去除率低的状况，需要探索一些新的处理废水的方法。利用微孔状物质吸附作用处理废水就是其中之一。由于硅藻土独特的微孔状结构，利用它的吸附性能来处理污水不仅可以降低成本，而且还可以更有效的利用矿产资源。

2.2硅藻土污水处理的原理

⑴形成硅藻土的硅藻的壳体具有大量、有序排列的微孔，从而使硅藻土具有很大的比表面积（3.1-60m2/g），而且硅藻土的表面及孔内表面分布着大量的硅羟基。这些硅羟基在水溶液中离解出氢离子，从而使硅藻土颗粒表现出一定的表面负电性。硅藻土表面带有

负电性，对于带正电荷的胶体可实现电中和而使胶体脱稳絮凝。

⑵但本文针对的是城市污水的处理。城市生活污水或综合废水中的颗粒大多是带负电的，如用普通的硅藻土作为污水处理剂，只能起到压缩双电层的作用，而无法使颗粒脱稳，处理效果不佳。采用铝铁等带正电荷的离子对硅藻土进行表面改性，使其对带负电的胶体颗粒也能脱稳，或加入其他絮凝剂复合制成改性硅藻土污水处理剂。一方面可作为形成絮体的骨架，改善矾花的结构，即有助凝聚作用，使形成的絮体密实而有较好的沉降性，从而改善了一般化学絮凝剂产生的矾花松散，不易下沉的状况；另一方面，由于其巨大的比表面积和表面吸附性能等，脱稳胶体极易被吸附到硅藻土上，因附着了污染物的硅藻土颗粒间的相互吸附的能力大。因此，改性硅藻土用于污水处理时能快速形成粒度和密度大的絮体。因絮体的稳定性好，甚至当絮体被打碎后，还可发生再絮凝，这是其他铝盐、铁盐等常用污水絮凝剂所无法比拟的。

⑶对硅藻土进行一定的酸、热等活化、扩容处理，可改善硅藻土的一些表面性质，从而提高污水的处理效果。彭书传[9]通过利用等量的酸活化、热活化及未经活化的硅藻土制成的复合净水剂处理印染废水的对比试验表明，酸活化和热活化均可提高硅藻土的处理能力。向硅藻精土中加入一定比例的其他物质，可制成适合不同性质和种类污水的改性硅藻土，既提高硅藻土的污水处理效果，又扩大了其应用范围。云南王庆中[12]，先利用纯物理法选矿工艺降低品位的硅藻原土提纯得到硅藻含量为90%-80%的硅藻精土，再根据不同的污水类型和水质特征，向精土中加入不同数量的絮凝剂（硫酸铝、氧化铝、聚丙烯酰胺、三氯化铁等常见的有机无机的絮凝剂），得到具有很好吸附、混凝作用的改性硅藻土污水处理剂。

2.3硅藻土污水处理剂的制备

硅藻土污水处理剂的制备包括硅藻土选矿提纯和表面处理。选矿提纯，采用纯物理湿法制成浓矿浆，用除粗砂设备除去粗砂后，砂浆进入高速搅拌机，同时加入硅藻土选矿专用重磁水，除去细粒精体SiO2碎屑矿物，最后进入硅藻土富集设备，排出黏土和杂质，得到硅藻含量≥92%的硅藻精土，所得硅藻精土加入一定量的表面处理剂，制成适合处理各种不同污水的硅藻土水处理剂。这种硅藻土水处理剂颜色为白色或灰白色，堆积密度0.3-0.4g/m2，比表面积50-60m2/g，孔体积0.6-0.8cm3/g，孔半径2000-4000A°，吸水率为自身重量的3-4倍，硅藻数量2-2.5亿个/g。

3硅藻土污水处理技术的特点和问题