负载型纳米铁的制备及其去除城市雨水径流中磷的研究

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城市雨水径流中含有多种污染物,逐渐成为城市水环境污染的主要来源,其中的磷是水体富营养化的关键因素,可采用雨水渗滤池对其进行去除,其关键在于获取在低平衡浓度下具有高吸附容量的除磷材料。本论文通过制备负载型纳米铁,考察其对雨水径流中磷的去除效果、吸附容量,并对其的除磷机理进行研究,取得的主要研究成果如下:(1)北京的雨水径流污染严重,所监测下垫面产生的径流中常规污染物浓度基本超过了地表水环境V类水体质量标准,其中初期径流中大多数污染物浓度还超过了城镇生活污水排放三级标准,绿地、道路产生的初期径流中SS、COD等污染物浓度甚至远超过了生活污水中的浓度;(2)采用液相还原法制成了树脂负载型纳米铁及活性炭负载型纳米铁,当投加量为8g/L时,树脂负载型纳米铁、活性炭负载型纳米铁1#及3#对绿地雨水径流中溶解态总磷的去除率分别达80.0%、90.8%及88.1%,而相同投加量下树脂及活性炭的去除率仅为26.0%及33.1%;(3)当绿地径流中溶解态总磷平衡浓度为0.42mg/L时,树脂负载型纳米铁的吸附容量是同样条件下树脂吸附容量的89倍,而活性炭负载型纳米铁1#及活性炭负载型纳米铁3#材料的吸附容量分别为活性炭的18倍、19倍;(4)活性炭填充滤柱对路面径流中颗粒态磷的去除效果较好,而对溶解态磷的去除效果较差,当HRT≤6h时,其对颗粒态磷的去除率约为100%,而对溶解态磷的去除率在14%以下,出水中TP浓度远高于0.02mg/L的控制标准。活性炭负载型纳米铁1#填充滤柱对路径流中各形态的磷皆有很好的去除效果,当HRT≥1h时,其对路面径流中TP的去除率达99%以上,出水中TP浓度小于0.02mg/L;(5)以北京雨水径流为处理对象估算两种材料的使用周期,活性炭的使用期限为1.5年,而活性炭负载型纳米铁1#的使用期限为10.7年;(6)滤柱中的活性炭吸附含磷自配液时,吸附质成分散状态吸附在吸附剂孔隙结构的表面,活性炭本身的微观形态未发生明显改变,但其比表面积明显下降,其在吸附KH2PO4时主要发生化学吸附,所含的Ca与H2PO4-反应生成了Ca(H2PO4)2。活性炭负载型纳米铁1#吸附前后,其比表面积并未发生明显变化,但其上所负载的纳米铁从原来的球形变为了针状结构,有针铁矿生成(FeOOH),吸附前后活性炭上的铁含量基本一致,所负载的铁并未出现流失现象,纳米铁吸附磷的过程中生成了焦磷酸铁。
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