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零价铁去除原水中砷的研究

作　者: 张伟
导　师: 施永生
学　校: 昆明理工大学
专　业: 市政工程
关键词: 零价铁三价砷同步氧化吸附可渗透反应墙水体修复
分类号: TU991.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

全球逾1亿人饮水砷超标,大约有20多个国家,尤其是在孟加拉国、中国以及蒙古的饮用水源中均发现浓度能导致人体急慢性中毒的砷。砷污染主要来源于人为和地球化学因素,工业污染“三废”是人为污染的主要来源。在水环境中,砷主要以三价(As(Ⅲ))和五价(As(Ⅴ))两种价态存在,但许多研究都证实了As(Ⅲ)的毒性、溶解性、流动性都远大于As(Ⅴ),且As(Ⅲ)通常以分子形式存在,故各种工艺对水中As(Ⅲ)的去除率都远低于As(Ⅴ),水中As(Ⅲ)的去除也是学者们研究的热点。去除As(Ⅲ)的方法中,零价铁(Fe(0))具有易于取得、价格低廉且无毒无害的特点,其对As(Ⅲ)的同步氧化吸附受到研究者的关注。本课题研究了Fe(0)对As(Ⅲ)的吸附性能、吸附机理以及影响Fe(0)除砷效果的因素。结果表明Fe(0)能够有效去除水中的As(Ⅲ),在Fe(0)与As(Ⅲ)的质量比为1000：1,As(Ⅲ)的初始浓度为100μg/L,pH5.0时,经过240min接触时间,As(Ⅲ)的去除率达到90%以上。Fe(0)对As(Ⅲ)的吸附符合Langmuir吸附等温模型,平衡吸附容量为1.9790mg/g。Fe(0)对As(Ⅲ)的氧化吸附反应历程符合一级反应动力学方程。Fe(0)在水中腐蚀氧化形成的铁(氢)氧化物通过其表面的三Fe-OH官能团与As(Ⅲ)和As(Ⅴ)发生表面配位反应形成双配位络合物,对溶液中的砷起到内层配位络合吸附。研究还表明,Fe(0)去除As(Ⅲ)的效果受水样pH值和溶解氧浓度影响显著,弱酸性条件(pH5～7)和高溶解氧有利于As(Ⅲ)的去除。水中离子对Fe(0)去除As(Ⅲ)的效果也有影响,高浓度的H2PO4-由于与(亚)砷酸根在铁(氢)氧化物表面存在竞争性吸附,因此H2PO4-对Fe(0)去除As(Ⅲ)有抑制作用；NO3-与(亚)砷酸根在铁(氢)氧化物表面不存在竞争性吸附,且高浓度的NO3可以促进Fe(0)腐蚀,所以NO3-对Fe(0)去除As(Ⅲ)有促进作用；Ca2+、Mg2+对Fe(0)去除As(Ⅲ)有促进作用,且Ca2+的促进作用更为显著。本课题采用Fe(0)和石英砂组成的反应墙在低压条件下对受As(Ⅲ)污染的原水进行修复,Fe(0)反应层厚度为600mm,石英砂滤层厚度为600mm,出水As(Ⅲ)浓度均低于50μg/L,达到了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅰ-Ⅲ类水体中总砷浓度标准要求,同时达到《农田灌溉水质标准》(GB 5084-92)中对水质要求较高的水作和蔬菜灌溉用水总砷浓度标准要求,出水总铁浓度低于0.3mg/L,低于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中总铁浓度限值,为使该反应墙具有实际应用价值,能够在低能耗条件下进行水体修复,模拟实验采用重力自流的过滤方式,无需压力驱动,同时着重考虑了石英砂滤料层的堵塞情况,确定了石英砂滤料层的清洗周期,为工程实践中应用该方法修复砷污染水体提供借鉴和参考。该反应墙建设投资小,运行费用低,处理效果好,维护管理简单,因此,利用该反应墙对砷污染原水进行修复是有效的和可行的。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 课题研究背景  10-13
  1.2 水处理除砷技术研究现状  13-18
  1.3 本课题的主要研究内容  18
  1.4 本课题的主要创新点  18-20
第二章实验方案设计与分析方法  20-28
  2.1 静态实验方案设计  20-22
  2.2 动态实验参数设计  22-24
  2.3 动态模拟柱实验设计  24-25
  2.4 分析检测方法  25-28
第三章零价铁除砷性能及机理研究  28-50
  3.1 零价铁除砷性能研究  28-37
  3.2 Fe(0)去除水中As(Ⅲ)的机理研究  37-48
  3.3 本章小结  48-50
第四章零价铁除砷影响因素研究  50-61
  4.1 pH值对Fe(0)除砷效果的影响  50-53
  4.2 溶解氧对Fe(0)除砷效果的影响  53-55
  4.3 水中无机阴离子对Fe(0)除砷效果的影响  55-57
  4.4 天然水体中常见阳离子对Fe(0)除砷效果的影响  57-60
  4.5 本章小结  60-61
第五章动态实验结果与分析  61-71
  5.1 总砷检测结果及变化曲线  61-62
  5.2 总铁检测结果及变化曲线  62-63
  5.3 实验结果与分析  63-70
  5.4 本章小节  70-71
第六章结论与展望  71-74
  6.1 结论  71-72
  6.2 展望  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-79
附录  79

零价铁去除原水中砷的研究

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