硅藻土助滤剂在海水净化中的应用

任华峰，苗英霞，邱金泉，张爱君，姜天翔，成玉，王静，张雨山

（国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192）

硅藻土助滤剂在海水净化中的应用

任华峰，苗英霞，邱金泉，张爱君，姜天翔，成玉，王静，张雨山

（国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192）

目前国内尚无可借鉴的有关海水泳池循环净化工艺的经验和标准，因此对日益增多的海水游泳、戏水场馆池水的净化处理是必须面对的新课题。硅藻土预涂膜过滤技术作为一种高效的精密过滤技术，已成功应用于水质净化、食品工业等领域。本文对硅藻土助滤剂及硅藻土预涂膜过滤技术在海水游泳池池水净化中的应用进行了初步研究。筛选出过滤效果较好的硅藻土助滤剂CD08，布氏漏斗试验结果表明，CD08在投加量为1.0 kg/m2的条件下，对浊度、CODMn、尿素和细菌的去除率分别为98%、40%、32%和70%。在此基础上，采用实验室规模硅藻土预涂膜过滤装置进行小试试验，结果表明，在一个运行周期中，以硅藻土CD08为助滤剂的过滤装置运行良好，出水浊度在0.5 NTU左右，尿素的平均去除率为20%左右，CODMn的平均去除率为30%左右，细菌的平均去除率为68%左右。

硅藻土过滤；助滤剂；海水；游泳池

随着国民经济的快速发展、人民生活水平的不断提高，同时为了节约淡水资源、发展海水利用，越来越多的海水游泳池和水上娱乐池建成并投入使用。由于海水与淡水有许多不同特性，游泳、娱乐海水净化过滤技术日益受到人们的关注与重视[1-3]。目前，国内尚无可借鉴的有关海水泳池循环净化工艺的经验和标准，因此，对日益增多的海水游泳、戏水场馆池水的净化处理是必须面对的新课题。硅藻土预涂膜过滤技术作为一种高效的精密过滤技术，已成功应用于水质净化、食品工业等领域[4-8]。近年来，硅藻土预涂膜过滤设备在游泳池循环水系统中的应用效果良好，大有取代传统沙滤装置的趋势[9-11]。本文作者对硅藻土助滤剂及硅藻土预涂膜过滤技术在海水净化中的应用进行了初步研究，通过比较不同厂家硅藻土助滤剂处理游泳池海水的效果，筛选出适合游泳海水水质的经济、高效的硅藻土助滤剂，并通过实验室规模的硅藻土预涂膜过滤装置，确定了运行条件和工艺参数，为硅藻土预涂膜过滤技术应用于游泳、娱乐海水的循环净化奠定基础。

1 试验部分

1.1 试验水质

以天津某海水浴场海水作为试验原水，通过改变其浊度、尿素含量、细菌总数等指标，配制成试验用水。目前，国内尚无海水游泳池池水水质的标准，因此，试验用水的水质参照国家《游泳池水质标准》（CJ 244—2007）进行配制，确定浊度、CODMn、尿素和细菌总数作为海水净化效果评价的主要水质指标，水质见表1。

1.2 试验材料与装置

1.2.1 布氏漏斗过滤试验

选用不同厂家的硅藻土助滤剂产品（表2），准确称取一定质量的硅藻土助滤剂（0.5 kg/m2、1.0 kg/m2）于滤纸上，把海水倒入布氏漏斗中真空抽滤，每过滤4 L海水，测出水浊度，直至硅藻土滤层被堵塞后，停止抽滤。

1.2.2 硅藻土预涂膜过滤装置

实验室规模的硅藻土预涂膜过滤装置（图1）采用烛式硅藻土预涂膜过滤技术，过滤面积为0.04 m2，预涂桶容积10 L，水箱容积500 L，水泵采用扬程为16～10 m、流量为1.2～7.2 m3/h的小型离心泵。

表1 实验室模拟游泳海水水质

表2 硅藻土助滤剂

图1 试验装置示意图

硅藻土助滤剂CD08的添加量为1.0 kg/m2，出水流量为300 L/h，当进水压力从0.05 MPa升高至0.15 MPa时，为一个过滤周期，进行反冲洗，添加新硅藻土重新挂膜。

1.3 分析项目与方法

尿素，分光光度法；CODMn，碱性高锰酸钾法；细菌总数，平板计数法；浊度，光电比浊法； pH值，玻璃电极法。

2 试验结果与讨论

2.1 硅藻土助滤剂筛选

浊度是由水中各种性质及不同大小的悬浮物和胶体杂质对光线的散射作用而产生的，检测出水浊度，可以判断水中胶体和悬浮物的滤除效果。因此，将浊度作为海水净化效果主要评价指标，通过布氏漏斗过滤试验，比较不同厂家硅藻土产品的对海水的过滤效果，筛选出最佳的硅藻土助滤剂产品，结果见图2。

由图2可知，在原水浊度上下波动的情况下，硅藻土助滤剂对海水浊度具有显著的去除效果，出水浊度在1.0 NTU左右。随着过滤的进行，硅藻土助滤剂滤层因污染而使水通量逐步降低，甚至完全堵塞。其中，616#硅藻土助滤剂的抗污染能力最差，过滤到7 L海水时，滤饼被完全堵塞；200#硅藻土和CD08硅藻土的抗污染能力最强，在出水浊度保持稳定的情况下，过滤到20 L海水时，滤饼才被完全堵塞，而CD08的出水浊度基本在0.5 NTU左右，明显低于200#的出水浊度，因此CD08的过滤性能和抗污染能力最佳。

图2 出水浊度随过滤水量的变化

2.2 CD08对海水的净化效果及工艺条件

依据《游泳池给水排水技术规程》和《游泳池给水排水工程技术手册》[12-13]，采用0.5 kg/m2和1.0 kg/m2两个添加量条件进行海水净化的过滤工艺试验研究。采用布氏漏斗过滤试验，对CD08在不同投加量条件下对海水的净化效果进行评价，确定最佳工艺参数。

2.2.1 CD08对浊度的去除

浊度是反映游泳池水物理性状的一项指标，它可以直观地反映出池水中悬浮污染物颗粒含量的多少。

由图3可知，CD08在0.5 kg/m2和1.0 kg/m2投加量条件下，对海水浊度的去除率都在95%以上，但是CD08在投加量增加一倍的情况下（1.0 kg/m2），浊度去除率仅提高了1%左右。因此，CD08投加量的改变对海水浊度的去除无显著影响。

2.2.2 CD08对尿素的去除

池水中的尿素主要来自人体的汗液、分泌物和排泄物，尿素是表明游泳池池水污染程度的一项重要指标。

由图4可知，CD08对海水中的尿素有一定的去除效果，其中，CD08投加量为1.0 kg/m2时的去除率平均为16%左右，略好于投加量为0.5 kg/m2时的去除效果。

图3 CD08不同投加量对海水中浊度的去除

图4 CD08不同投加量对海水中尿素的去除

图5 CD08不同投加量对海水中CODMn的去除

2.2.3 CD08对CODMn的去除

耗氧量也是表征游泳池池水污染的一项指标，是由人的汗液、皮屑、唾液、尿等所消耗的氧化剂，即高锰酸钾的量（CODMn）。

由图5可知，CD08对海水中的CODMn有一定的去除效果，其中，CD08投加量为1.0 kg/m2时的去除率平均为18%左右，显著高于投加量为0.5 kg/m2时的去除效果。

2.2.4 CD08对细菌的去除

细菌总数是衡量池水循环净化处理系统运行质量的一个指标，是为了了解池水消毒是否彻底的一种有效方法，也是灭菌效率的一个重要指标。由表3可知，CD08投加量增加一倍后（1.0 kg/m2），其对海水中细菌总数的去除有显著提高，去除率从15%左右提高到70%，说明CD08投加量对海水中细菌的去除有显著的影响。

通过上述试验结果可知，硅藻土过滤器在高效去除浊度的同时，对细菌总数也有很好过滤去除效果，同时对水中有机物（尿素、CODMn）也有一定的去除效果，与其他文献报道相一致[6，8]。但对水中有机物（尿素、CODMn）的过滤去除效果仍不甚理想，如需进一步提高对水中有机物的去除效果，应采用多种净化工艺相结合，如增加絮凝工艺、投加杀菌灭藻剂等，对此，将在今后工作中进一步研究。

表3 CD08不同投加量对海水中细菌的去除

2.3 硅藻土预涂膜过滤装置对海水的净化

在布氏漏斗过滤试验基础上，考察以CD08为助滤剂的硅藻土预涂膜过滤装置对海水的净化效果。在CD08投加量为1.0 kg/m2、出水流量为300 L/h的条件下，当进水压力从0.05 MPa升高至0.15 MPa时，水处理量为0.75 t。在实验室规模过滤装置的一个运行周期中的不同时间，分别对装置进水、出水的浊度、pH值、尿素、CODMn和细菌总数进行检测，结果见表4。

由表4可知，在实验室规模硅藻土预涂膜过滤装置的一个运行周期中，出水浊度在0.5 NTU左右，说明过滤装置对浊度具有一定的去除效果；过滤装置对溶解性有机物和微生物具有一定的去除效果：尿素的平均去除率为20%左右，且原水中尿素含量小幅度上下波动，对硅藻土过滤装置的净化效果影响不大，出水中的尿素含量基本稳定在2 mg/L左右；CODMn的平均去除率为30%左右，细菌的平均去除率为68%左右，是传统的石英砂过滤技术所无法比拟的[14]，但是对细菌的去除效果仍没有达到其他文献中所报道的95%以上的去除率[15]，具体原因有待进一步研究。

表4 一个过滤周期中过滤装置的出水水质

3 结 论

（1）采用布氏漏斗过滤试验，考察了不同厂家硅藻土助滤剂对游泳、娱乐海水中浊度的去除效果，其中，硅藻土助滤剂CD08的过滤性能和抗污染能力最佳，出水浊度为0.5 NTU左右。

（2）确定了硅藻土助滤剂CD08的最佳投加量为1.0 kg/m2，其对游泳海水浊度、CODMn、尿素和细菌的去除率分别为98%、40%、32%和70%。

（3）在以CD08为助滤剂的实验室规模预涂膜过滤装置的一个运行周期中，出水浊度在0.5 NTU左右，尿素的平均的去除率为20%左右，CODMn的平均去除率为30%左右，细菌的平均去除率为68%左右，海水处理量为0.75 t。

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Application of the diatomite aids in seawater filtration

REN Huafeng，MIAO Yingxia，QIU Jinquan，ZHANG Aijun，JIANG Tianxiang，CHENG Yu，WANG Jing，ZHANG Yushan
（Tianjin Institute of Seawater Desalination and Multi-purpose Utilization，State Oceanic Administration，Tianjin 300192，China）

Currently there are no experiences and standards of seawater swimming pool circulation purification technology. Diatomite precoating filtration technology has been successfully applied in water purification and food industry and other industrial filter as a kind of high precision filtration. The technology of diatomite precoating filtration was utilized in advanced treating the swimming poor seawater. Bucher funnel experimental results indicated that the 1.0 kg/m2diatomite aids CD08 was effective and economical in removal of turbidity，CODMn，urea and organisms，and the average removal efficiency was 98%，40%，32% and 70% respectively. Further study with a laboratory-scaled diatomite filtration device with CD08 indicated that the average removal efficiency of CODMn，urea and organisms was 30%，20% and 68% respectively at the effluent turbidity at 0.5 NTU approximately.

diatomite filtration；filter aid；seawater；swimming poor

X 703

A

1000-6613（2014）01-0238-05

10.3969/j.issn.1000-6613.2014.01.043

2013-07-05；修改稿日期：2013-08-09。

国家公益性行业科研专项（201105026）。

任华峰（1977—），男，工程师，从事海水净化与水再利用技术研究。联系人：张雨山，教授级高级工程师，E-mail yushanzhang@ hotmail.com。