铁氧体法处理微污染水的技术研究

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随着我国水体受到的污染范围日渐广泛,以微污染水源水作为自来水水源变得越来越常见。而现有常规水处理工艺(混凝→沉淀→过滤→消毒)无法有效去除微污染水源水中的有机物、氨氮等污染物,难以保障饮用水的安全。与此同时,生活饮用水的水质标准正日益严格,也要求对采用传统工艺的自来水厂进行升级改造,增加安全高效、经济适用的处理单元以处理微污染水源水。为了生产出安全的饮用水,国内对微污染水源水的处理方法和工艺进行了积极有效的探索,本论文选择研究铁氧体在微污染水源水处理上的应用,探究采用这种新方法处理微污染水源水时的效果和问题。本文中选用了最常见的铁氧体四氧化三铁作为研究对象,对它的制备方法,影响制备效果的常见因素进行了考察,还研究探索了它去除微污染水中典型有机物的能力。研究成果罗列如下:(1)通过实验,研究了使用共沉淀法制备铁氧体时的影响因素,确定了各因素的最佳值。制备纳米Fe3O4粒子的最佳条件如下:①投料比n(Fe2+)/n(Fe3+)=1:1.8;②反应温度取55℃左右。③以氨水为沉淀剂时,pH取9.0左右比较合适。④投加表面活性剂可以改善粒子的分散状况,最佳的SDBS质量浓度为0.5g/L(0.05%)。(2)纳米Fe3O4粒子并不能高效地去除水体中的腐殖酸,最大去除率仅比30%略大。利用朗缪尔方程拟合纳米Fe3O4粒子去除腐殖酸的实验数据,得出的吸附平衡常数比较小,仅为0.01,说明纳米Fe3O4粒子吸附腐殖酸的能力很弱。多投加纳米Fe3O4粒子不仅无益于浊度的降低,反而使得浊度总体上呈提高趋势。在纳米Fe3O4投加量取1000mg/L,腐殖酸初始浓度取15mg/L的条件下,当pH值为6.0时,去除腐殖酸的效果最好,此时溶液的浊度也最低。(3)纳米Fe3O4去除PFOS的效果比较显著,去除效果最差时也能去除70%以上的PFOS。纳米Fe3O4去除PFOS的效果与磁性和盐度没有关系,无论盐度高低,吸附效果都不错。pH越小,吸附于纳米Fe3O4表面的H+离子越多,纳米Fe3O4颗粒和PFOS分子之间形成的氢键也越多,被纳米Fe3O4颗粒吸附的PFOS分子也越多,吸附效果也越好。因此,吸附去除PFOS时应选择酸性环境。纳米Fe3O4吸附PFOS是一个不可逆的快速反应过程。通过实验还发现,纳米Fe3O4吸附PFOS只能用线性模型拟合,其他两种吸附等温线拟合的效果都很不理想。(4)纳米Fe3O4粒子去除磷的效果非常得好。通过一系列实验得到了纳米Fe3O4粒子去除磷时的最优反应条件:溶液中磷的最佳反应起始浓度为0.4mg/L,纳米Fe3O4粒子的最优投加量为0.25g/L,最合适的溶液pH值为3.0,最适宜的反应温度为25±1℃。朗缪尔方程和弗罗因德利希方程与纳米Fe3O4粒子除磷曲线拟合度都很高。水中的干扰离子,尤其是HCO3-的存在不利于纳米Fe3O4粒子除磷。另外,纳米Fe3O4对磷的去除效果一直都比SDBS+纳米Fe3O4要好很多。综上,纳米Fe3O4粒子具有比较良好的去除PFOS和磷的能力,但无法高效地去除腐殖酸,它去除微污染水中部分典型污染物的高效性为其以后的大规模应用奠定了坚实的基础。
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