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饮用水除砷是防止砷污染危害人体的有效措施。饮用水除砷技术主要有吸附法、絮凝共沉降法、离子交换和膜法等,其中吸附法、絮凝共沉降法以及吸附絮凝技术在生产实际中应用最广,吸附絮凝技术去除效率高,药剂用量少,工艺简单,是当前饮用水除砷技术的研究热点和发展方向。
本实验是吸附絮凝技术为基础,利用高温烧制的红砖颗粒(简称 RBP)为吸附材料,以黄河侧渗水为实践实验阶段实验原水,进行除砷实验研究。分别进行了红砖颗粒改性、静态和动态除砷实验,以及动态实验反冲水的回用实验,根据实验结果对砷的去除机理进行了分析。
(1)能谱分析结果表明,RBP的主要成分为铁和氧,对砷有很好的去除作用。通过RBP改性实验研究,确定了RBP的最佳改性条件。根据SEM-EDX图片显示,负载改性后的RBP更有利于砷的吸附去除。
(2)静态烧杯实验拟合吸附等温线模型表明,同样实验条件下,MRBP能很好的符合Freundlich(R2=0.984)模型,经酸洗负载改性的RBP(即MRBP)最大吸附量从最初的0.97 mg/g增加到19.4 mg/g,且对As(V)的吸附比对As(Ⅲ)的吸附(Qe=5.64 mg/g)量大。在相同条件下,MRBP对As(V)有更好的选择性。
(3)动力学实验中,在1 h内,溶液的As(V)去除率能达到80%以上,要高于As(Ⅲ)的去除速率;动力学模型显示,As(V)和As(Ⅲ)均能很好的符合二级动力学和准二级动力学(R2均>0.98)。
(4)因素影响实验表明,水温度25℃以下,pH<9时,MRBP对初始浓度为1 mg/L的As(V)和As(Ⅲ)的去除效率为:99%和88%以上。PO43-是除砷过程中影响最大的离子。
(5)动态试验中,用粒径为0.2-0.45mm的MRBP装柱,用不同的滤速探明实验周期大于48 h。对比石英砂、熟化石英砂、MRBP(粒径:0.45-0.6mm和0.2-0.45mm)四种滤料的过柱除砷效果,在以动态变化水质情况下,MRBP(粒径:0.2-0.45mm)的水处理能力最高,出水水质稳定,除砷效率高(99%以上)。装有MRBP的滤柱进行多次反冲再生后,滤后出水水质依然在国标范围之内。
(6)基于保护环境,降低水厂生产费用的目的,将反冲水和反冲污泥进行综合利用进行研究探索。研究发现,反冲水中砷的主要存在形式是颗粒型砷;经过沉降实验,10 h后,反冲水砷浓度在0.01 mg/L附近,投加絮凝剂FeCl3,投加量10 mg/L,30 min就可以将砷浓度降至0.005 mg/L以下。
(7)反冲污泥经干燥研磨后,可以再次作为除砷吸附剂,对As(Ⅲ)的去除能力(Qe=31.9 mg/g)高于As(V)(Qe=19.8 mg/g),且污泥能很好的符合Freundlich(R2均>0.95)模型。但是在pH>9时,污泥容易释放本身吸附的砷离子,因此一定的水环境限制了污泥吸附剂的再次使用。
结合整体实验并参考文献,MRBP与其它吸附材料对比,MRBP除砷性能仅次于负载改性的活性炭,高于其他除砷P除砷效率高,原材料来源广泛,便于生产,经济可行,不仅可以在城市水厂使用,在农村材料。MRB小规模饮用水除砷中也可以得到优良的除砷效果。