基于介电泳技术处理水中两种典型污染物的机理与应用研究

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本研究针对偏远地区饮用水中无机物以及有害菌污染难以处理的问题设计了实验。本文基于介电泳法去除饮用水中无机物与有害菌。根据不同的污染物类型,本研究采取了介电泳增强吸附法与介电泳法分别去除F~-与大肠菌群。具体研究分析主要如下:1、探究羟基磷灰石对水中F~-的吸附性能及吸附机理的研究,同时优化工艺处理条件,为后续介电泳增强吸附实验做铺垫。羟基磷灰石对F~-的去除效率最高,最佳工艺条件为:pH=7.0,反应20 min,初始浓度15 mg/L。羟基磷灰石对F的吸附动力学行为符合准二级动力学模型,吸附热力学行为符合Langmuir吸附等温式。SEM表征结果发现pH的改变会改变羟基磷灰石的表面结构。pH=7时,羟基磷灰石棒状结构明显,粒径小,比表面积较大。当pH增加时,羟基磷灰石附着在一起,粒径变大,比表面积减小,导致羟基磷灰石的吸附效果变差。2、采用介电泳增强吸附法研究饮用水中F~-的去除,同时探究其工艺条件与机理。确定最佳工艺条件为:投加量6 g/L,外加电压15 V,处理时间为20 min。相同时间介电泳增强吸附法比单纯吸附法对F~-的去除率均有提高。介电泳增强吸附法对不同初始浓度的F~-去除效果不同。当F~-浓度低于10mg/L,羟基磷灰石投加量为6 g/L,外加电压为15 V时,其处理后剩余浓度小于0.58 mg/L,符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中F~-的浓度限值。SEM表征发现介电泳处理后被捕获在电极上的羟基磷灰石的形貌发生了巨大变化:羟基磷灰石在介电泳作用下,尖端带电,相互连接成细长的线性结构。(3)采用介电泳法研究饮用水中大肠菌群的去除,同时探究其工艺条件与机理。外加电压对介电泳法去除大肠菌群的影响较大。结果表明,仅仅一个较低的外加电压就可以对大肠菌群有一个非常显著的去除率。在大肠菌群浓度在103 CFU/mL时,电压为6 V,大肠菌群的去除率可以达到87.60%。当外加电压升高至15 V时,大肠菌群的去除率可以达到100%。处理时间因素对大肠菌群去除率的影响,随着介电泳接触时间的增加,去除效率在刚开始会迅速升高,在20 min时,6 V外加电压,103CFU/mL的大肠菌群去除率可以达到87.60%。介电泳法对不同初始浓度的大肠杆菌去除率不同。当大肠菌群初始浓度为2000 CFU/mL,618 CFU/mL与21 CFU/mL时,6 V外加电压下介电泳法去除率分别能达到87.60%、89.32%和95.25%。对介电泳处理后的大肠菌群进行活性表征,结果表明外加电压为6V时丝网电极捕获到的大肠菌群中大部分是具有活性的,而15 V外加电压下大肠菌群则会被电死。
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