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本文针对污染水源水的水质特点,采用高锰酸钾与硫酸亚铁制备铁锰复合化合物(FeMnO),考察其作为混凝剂对受污染水中浊度、磷和有机污染物的去除效果,同时采用ζ电位分析、BET比表面测定、FTIR光谱分析和XRD等技术对铁锰复合氧化物的电荷特征、界面特性及结构形貌进行表征,初步探讨了铁锰复合氧化物的混凝机理,为经济、高效的多功能混凝药剂研制奠定基础。
混凝实验结果表明,FeMnO混凝除污染效果显著,作为混凝剂,无论除浊、除磷、除有机污染物均具有极佳的效果,对于模拟水样,投量4mg/L,就可以使沉后浊度由12.64NTU降至1NTU以下,去除率为超过92%,滤后浊度去除率达到99.99%;投量为6mg/L,就可以使总磷由200μg/L左右降到10μg/L以下,去除率超过95.00%。对于天然水样,当投药量为8mg/L时,沉后浊度去除率达到83.3%;投药量分别为6mg/L,总磷(1000μg/L左右)去除率达到99.99%;当投药量为12mg/L时,UV254由0.047cm-1降为0.017cm-1,去除率高达68.9%。对于二级出水,其去除效果明显优于传统混凝剂。与三氯化铁和硫酸铝相比,其对洗浴废水浊度的平均去除率分别高出7%和14%,对总磷的平均去除率分别高出14%和22%,对有机物的平均去除率分别高出15%和13%。FeMnO对生活污水二级出水中污染物的去除规律与洗浴废水相似。
电荷特性分析表明,纯水体系中FeMnO的pHpzc为8,在通常的水处理中性pH条件下,FeMnO表面带有正电荷,表明FeMnO具有较强的吸附去除水中电负性的污染物的能力。天然水体中普遍存在的NOM明显降低了FeMnO表面ζ电位,而Ca2+、Mg2+等阳离子能够增大FeMnO表面ζ电位,对吸附水中电负性污染物可能发挥着重要作用。
界面性质分析表明,所制备的FeMnO是由新生态水合氧化锰和铁的氧化物构成的铁锰复合氧化物,颗粒粒度小、比表面积大,含有丰富表面羟基,具有极强的吸附作用和化学吸附活性,表现出优良的除污染界面特性。
结构形貌分析表明,FeMnO具有易于发挥吸附架桥作用的结构形貌,水中污染物可通过吸附作用结合在FeMnO表面,借助网状结构进行吸附架桥,从而集结为大的、沉降性能更好的絮体,从水中分离出来。
其高效除浊、除磷及除有机污染物的机制为电性中和、吸附架桥及网捕卷扫等多种作用共同作用的结果。