随着社会的发展,越来越多的水资源遭受到重金属的污染。汞作为一种重金属,会通过多种途径进入天然水体,造成严重污染。天然水作为饮用水源时,极低的汞浓度就会对人类健康造成毒害。《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定饮用水中汞的最高限值为0.001 mg/L。当前,很多除汞方法都是针对废水中较高含量的汞,而水中痕量级别的汞却很难被彻底去除。针对这一难题,本文研究新生态铁锰氧化物(新生态铁锰)和新生态锰氧化物(新生态锰)去除水中痕量汞的效能和机理。本研究工艺以强化混凝技术为基础,考察不同条件下新生态铁锰和新生态锰对痕量汞的去除效能,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS)等多种手段探讨其去除机理。本文研究了新生态铁锰(KMn O4-Fe SO4)对水中痕量Hg(II)的去除,考察了混凝时间、Mn/Fe摩尔比、混凝剂投加量、p H值和温度等实验条件的影响。实验中选用新生态铁(H2O2-Fe SO4)、聚合氯化铝PAC和三氯化铁Fe Cl3作为对照混凝剂。结果表明,在较宽广的投加量范围内、p H 6-8.5、温度5℃-35℃,新生态铁锰的汞去除率都要远远高于其它三种混凝剂,这可能是因为新生态铁锰具有较好的吸附和絮凝沉降作用,这样就更好地形成Hg-Fe-Mn的吸附-絮凝-沉降体系,达到较好的除汞效能。实验过程中,Cl-与p H值影响汞的形态,进而影响汞的去除效率。FTIR表明新生态铁锰表面含有羟基基团,可以作为活性吸附电位吸附污染物;XPS表明新生态铁锰以稳定的Mn O2或Mn OOH和Fe OOH的形态存在。同时,XPS显示新生态铁锰强化混凝吸附汞后的沉淀物是Hg-Fe-Mn混合物,这就表示Hg确实能被吸附,从液相中转移到了固相中。上述结果表明,新生态铁锰的除汞机理可能是表面络合-絮凝-沉淀作用。新生态铁锰除汞过程中,新生态锰扮演着重要作用。故而本文单独进行新生态锰的除汞实验,结果却发现单独新生态Mn O2(KMn O4和Na2S2O3等摩尔比2.66)对汞的去除作用很弱,几乎不到20%。这从另一个方面证实了新生态铁锰作为一个整体非常重要。但是实验过程中,发现了一个新现象,就是随着Mn/Na2S2O3摩尔比的降低,即硫代硫酸钠过量时,汞去除率却不断增加。这可能是因为不同的Mn/Na2S2O3摩尔比生成的新生态锰具有不同的性质,导致其汞去除能力也不一样。因此,本文设计了一个新工艺新生态锰-PAC复合过程,通过串联两个步骤来考察新生态锰对痕量汞的去除。本工艺中,采用Mn/Na2S2O3摩尔比为1.5时原位生成的新生态锰。新生态锰-PAC复合过程对水中低浓度Hg(II)的去除,考察多种实验条件时间、Mn投加量、p H值和温度等对汞去除率的影响。单因素实验过程中,延长时间、增加Mn投加量、降低p H值和升高温度,都会提高汞去除率。通过实验验证以及对汞形态的分析,初步探讨了新生态锰去除Hg(II)的原因,确定了新生态锰除汞的主要内在因素,即S2O32-本身是影响新生态锰除汞的主要因素,而其它生成物质及可能的生成物质SO42-、SO32-、Mn2+等都不是主要因素。不同浓度的SO42-、PO43-、Si O42-和腐殖酸都能在一定程度上提高新生态锰的除汞效果。本文采用参数去除量,评价新生态锰-PAC复合过程除汞的能力。当背景离子强度增加或者p H值降低时,汞去除量逐渐增加。为了深入探讨S2O32-对新生态锰除汞的影响途径和机理,本文设计采用不同浓度的硫代硫酸钠(以Na2S2O3/Mn摩尔比表示),考察S2O32-对单独新生态Mn O2(KMn O4和Na2S2O3等摩尔比2.66)的除汞影响。实验过程中固定Mn投加量。实验研究了不同Na2S2O3/Mn的摩尔比下,Mn投加量、时间、p H值和离子强度对新生态Mn O2除汞的影响。结果表明,总体上,Na2S2O3/Mn的摩尔比增加,汞去除率提高。硫代硫酸钠还原性实验、新生态Mn O2表面zeta电位和颗粒聚集分析表明,Na2S2O3能还原Mn O2生成Mn2+,部分Mn2+能被吸附到新生态Mn O2表面,促进颗粒聚集,降低混合溶液吸光度。宏观上来说,汞去除率随着吸光度的降低而升高。Na2S2O3与Hg的络合分析表明,当Na2S2O3存在时,汞以[Hg(S2O3)2]2-络合形态存在。由于表面络合作用或静电吸附作用,混合溶液中形成了≡S–OMn–[Hg(S2O3)2]2-三元络合物或者Mn Ox–O–Mn2+[Hg(S2O3)2]2-聚集体。这就使液相中的汞更容易转移到固相中,大大提高了新生态Mn O2对汞的去除能力。通过微观方面的研究,FTIR和XPS结果表明,随着Na2S2O3/Mn的摩尔比的增加,Hg和还原性S伴随增加,进一步明确了Hg是作为S-Hg络合物被吸附到了新生态Mn O2表面。为了评价新生态铁锰和新生态锰在实际工程中的应用潜力,本文对其去除实际水体中的汞进行研究。结果表明,新生态铁锰和新生态锰-PAC对实际水中汞也具有很高的去除效率,并且硫代硫酸钠对新生态铁锰和新生态Mn O2除汞具有极大的促进作用。优化的条件下,汞残留浓度低于1.0μg Hg/L,完全满足生活饮用水卫生标准。实验过程中残留金属离子和浊度都很低,满足生活饮用水卫生标准限值。通过对新生态铁锰和新生态锰-PAC复合过程在除汞效果、工艺、投加药剂和能耗等方面的比较,表明这两种方法各有优劣,实际过程中的选用要进行技术经济比较。