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吸附填料选择及其在人工湿地好氧缓冲单元中的应用研究

作　者: 马群
导　师: 吴晓芙
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 环境科学
关键词: 人工湿地矿物介质经典等温方程四组分吸附模型缓冲系统曝气效果
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

不同种类的矿物吸附剂被作为去除污水中重金属离子的吸附剂材料,有些被用在人工湿地污水处理系统中。废水中重金属离子浓度与废水种类相关,并随时间变化,其对湿地生物(植物、微生物与水生动物)的生长与活性有负面作用,从而影响系统的处理效率与稳定性。本研究提出构建缓冲系统的新思路,通过选用高吸附容量的吸附填料在湿地系统中建立一个前置吸附缓冲单元,用以降低进入后续单元的污染物质(尤其是重金属离子)浓度的水平,从而保证湿地植物的正常生长和处理系统的正常运行。目前,人工湿地填料的吸附性能比较尤其是缓冲单元建立方面研究数据资料很少。本研究选择以人工沸石、天然沸石、膨胀蛭石和硅藻土(或红壤)四种矿物填料为吸附剂,在吸附剂浓度100 g/L和起始离子浓度50～500 mg/L内,配置了水溶液与污水溶液中Cd2+和Zn2+与NH4+等单一与混合离子吸附的对比试验。同时在中试组合人工湿地污水处理系统中,构建立了一个前置吸附缓冲单元,开展了生活污水与实验室废水混合污水处理的中试试验。本试验目的是分析矿物吸附剂的吸附特性,考察吸附缓冲单元在污水处理中的作用与效果,为人工湿地吸附填料的选择、系统构建和运行实践提供基础试验数据与技术支持。实验结果表明：1.在本试验条件下,Langmuir与Freundlich等温方程与四组分吸附模型均能较好的模拟离子的平衡吸附行为。2.处理效率与经济成本综合分析结果表明,在四种矿物吸附剂中,天然沸石和膨胀蛭石是人工湿地系统去除锌、镉离子的最佳填料,单位投资成本分别为：6.125元/m3和8.98元/m3。3.混合离子吸附试验验证了共存离子间存在竞争吸附,污水配置的混合离子体系中各离子的吸附密度均小于纯水配置的混合离子体系。4.在中试系统中,采用矿物填料建立的缓冲系统有很好的缓冲效果,在缓冲单元内植物生长生长正常,在出水水质达标的前提下,其缓冲期可达60天左右；缓冲单元内部的曝气系统对整个缓冲单元的三要素起到了积极的作用,提升了整个系统的缓冲及处理能力。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-28
  1.1 我国水体中重金属污染现状及其危害  10-14
    1.1.1 水体中重金属污染的现状  10-11
    1.1.2 水体重金属来源  11-12
    1.1.3 锌、镉对水体的污染及其危害  12-14
  1.2 重金属的处理方法  14-16
    1.2.1 化学法  14-15
    1.2.2 物理化学法  15
    1.2.3 生物法  15-16
  1.3 人工湿地概述  16-20
    1.3.1 人工湿地的分类  16-18
    1.3.2 人工湿地净化污水的机理  18
    1.3.3 人工湿地的发展和应用  18-19
    1.3.4 人工湿地对重金属离子去除的研究  19-20
  1.4 吸附理论在液/固体系中的发展和应用  20-24
    1.4.1 吸附理论常用模型  20-23
    1.4.2 经典吸附理论在实际应用中存在的问题  23-24
  1.5 矿物吸附剂对污染物吸附性能的研究  24-25
    1.5.1 矿物吸附剂对常见污染物的吸附性能研究  24
    1.5.2 矿物吸附剂对重金属污染物的吸附性能研究  24-25
  1.6 充氧对人工湿地缓冲单元的影响  25-26
  1.7 课题的来源、研究内容和目的  26-28
    1.7.1 课题来源  26
    1.7.2 研究内容  26-27
    1.7.3 研究目的  27-28
2 基础实验研究  28-65
  2.1 材料与方法  28-33
    2.1.1 实验药品与材料  28-30
    2.1.2 平衡吸附实验  30-31
      2.1.2.1 单一离子体系  30-31
      2.1.2.2 混合离子体系  31
    2.1.3 分析方法与实验仪器  31-32
    2.1.4 常用符号定义  32-33
  2.2 结果与分析  33-63
    2.2.1 矿物吸附剂吸附性能分析  33-38
      2.2.1.1 矿物填料吸附性能比较  34-36
      2.2.1.2 单位投资成本比较  36-38
    2.2.2 单一离子体系/不同吸附剂的等温曲线模拟  38-52
      2.2.2.1 Freundlich等温吸附方程线性分析  38-42
      2.2.2.2 Langmuir等温吸附方程线性分析  42-45
      2.2.2.3 四组分模型线性分析  45-52
    2.2.3 混合离子体系/不同吸附剂的等温吸附分析  52-58
      2.2.3.1 共存阳离子的影响  52-54
      2.2.3.2 等当量离子吸附规律  54-56
      2.2.3.3 污水溶液中离子的吸附  56-58
    2.2.4 混合离子系统的等温吸附分析  58-63
      2.2.4.1 Freundlich等温吸附方程  58-60
      2.2.4.2 Langmuir等温吸附方程  60-61
      2.2.4.3 四组分理论模型  61-63
  2.3 小结  63-65
3 中试试验  65-81
  3.1 试验材料与方法  65-68
    3.1.1 中试系统的建立  65-67
    3.1.2 试验药品  67
    3.1.3 分析方法与实验仪器  67-68
  3.2 结果与分析  68-75
    3.2.1 吸附铵态氮能力比较  68-72
    3.2.2 吸附单元吸附磷能力比较  72-75
  3.3 缓冲系统处理锌、镉的效果  75-76
  3.4 充氧对缓冲系统处理常见污染物效果的影响  76-78
  3.5 充氧对缓冲单元三要素的影响  78-80
    3.5.1 充氧对人工湿地缓冲系统中根系附近基质的影响  78
    3.5.2 充氧对人工湿地缓冲系统中植物的影响  78-80
    3.5.3 充氧对人工湿地缓冲系统中微生物群体的影响  80
  3.6 小结  80-81
4 结论与建议  81-83
  4.1 结论  81
  4.2 创新点  81-82
  4.3 展望与建议  82-83
参考文献  83-93
附录A  93-107
附录B  107-108
致谢  108

吸附填料选择及其在人工湿地好氧缓冲单元中的应用研究

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