（模式识别与智能系统专业论文）铁锰复合氧化物净水效能研究.pdf

摘要 摘要 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 f e m n o 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 电位分析 b e t 比表面测定 f t i r 光谱分析和x r d 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 f e m n o 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4 m l 就可以使 沉后浊度由1 2 6 4 n t u 降至1 n t u 以下 去除率为超过9 2 滤后浊度去除率达 到9 9 9 9 投量为6 m l 就可以使总磷由2 0 0 9 l 左右降到l o g l 以下 去 除率超过9 5 0 0 对于天然水样 当投药量为8 m l 时 沉后浊度去除率达到 8 3 3 投药量分别为6 m l 总磷 1 0 0 0 9 l 左右 去除率达到9 9 9 9 当投 药量为1 2 m l 时 u v 2 5 4 由0 0 4 7 c m 1 降为0 0 1 7c l l l 一 去除率高达6 8 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1 4 对总磷的平均去除率分别高出 1 4 和2 2 对有机物的平均去除率分别高出1 5 和1 3 f e m n o 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f e m n o 的p h p z c 为8 在通常的水处理中 性p h 条件下 f e m n o 表面带有正电荷 表明f e m n o 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n o m 明显降低了f e m n o 表面 电位 而c a 2 m 孑 等阳离子能够增大f e m n o 表面 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f e m n o 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 f e m n o 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f e m n o 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 北京t 业大学t 学硕十学何论文 关键词 铁锰复合氧化物 混凝 机理 浊度 有机物 磷 给水处理 a b s t r a c t f il l a b s t r a c t t h ep o t a s s i m np e r m a n g a n a t ea n df e r r o u ss u l f a t ew a sa d o p tt op r e p a r ef e m n c o m p o u n d s f e m n o 鹤t h ef l o c c u l a n tt or e m o v et h et u r b i d i t y p h o s p h o r u sa n d o r g a n i cp o l l u t a n ti nt h i st h e s i s t h ez e t ap o t e n t i a la n a l y s i s b e ts p e c i f i cs u r f a c e d e t e r m i n i n g f t i rs p e c t r a la n a l y s i sa n dx r dw a su s e dt oc h a r a c t e r i z et h es u r f a c e c h a r a c t e r i s t i co ft h em a n g a n e s ec h e m i c a lc o m p o u n d t h et h e s i s e x p l a i n e dt h e m e c h a n i s mo ft h em a n g a n e s ec o m p o u n dp r e l i m i n a r i l y a n de s t a b l i s h e dt h ef o u n d a t i o n f o rd e v e l o p i n go fe c o n o m ya n dh i g h e f f i c i e n tm u l t i f u n c t i o n a lf l o c c u l a n t r e s u l t so fc o a g u l a t i o ns h o wt h a tf e m n oh a sg o o dp e r f o r m a n c ei nr e m o v i n go f t u r b i d i t y p h o s p h o i u s o r g a n i cp o l l u t a n ta n dp h e n 0 1 f o rt h es i m u l a t i n gs a m p l e i tc a n m a k e9 2 r e d u c t i o no ft h et u r b i d i t yw i t l lt h ed o s a g eo f 4 m g l a n da f t e rf i l t r a t i o nt h e r e m o v a lo ft u r b i d i t yc a r lr e a c h9 9 9 9 w h i l e w i t ht h ed o s a g eo f6 m g l t h et p d e c r e a s et ol e s st h a n10 u g lf r o m2 0 0 p g l m o r et h a n9 5 i sr e m o v e d f o rt h en a t u r e s u r f a c ew a t e rs a m p l e i tc a nm a k e8 2 3 r e d u c t i o no f t h et u r b i d i t yw i t ht h ed o s a g eo f 8 m g l a n da f t e rf i l 仃a t i o nt h er e m o v a lo f t u r b i d i t yc a nr e a c h9 9 9 9 m i l e w i t ht h e d o s a g eo f6 m g l t h er e m o v a lo ft pc a nr e a c h e d9 9 9 9 f r o ml0 0 0 p g l f o rt h e b a t h i n gw a s t ew a t e r r e m o v a lr a t e so ft u r b i d i t y t o t a lp h o s p h o r u sa n du v 2 5 4o ff e m n o a r ei n c r e a s e d7 a n d14 14 a n d2 2 a n d15 a n d13 r e s p e c t i v e l y c o m p a r e d w i t ht h o s eb yf e r r i cc h l o r i d ea n da l u m i n u ms u l f a t e f o rt h ed o m e s t i cs e w a g e s s e c o n d a r ye f f l u e n t t h er e m o v a lo r d e r l i n e s si ss i m i l a rw i t ht h eb a t h i n gw a s t ew a t e r r e s u l t so fc h a r g ea n a l y s i ss h o wt h a tp h p z co ff e m n oi s8i np u r ew a t e rs y s t e m i nu s u a ln e u t r a lp hc o n d i t i o n s f e m n os u r f a c eh a sp o s i t i v ec h a r g ew h i c hi n d i c a t e s f e m n oh a sas t r o n gc a p a c i t yt or e m o v ee l e c t r o n e g a t i v i t yp o l l u t a n t s n o mi nn a t u r a l w a t e r sc a nr e d u c et h e p o t e n t i a lo b v i o u s l y w h i l ec a m 9 2 c a l li n c r e a s et h e l 岬 胶体 1 1 0 0 0 n m 和真 溶液 l n m 其中胶体是使水产生浊度的主要物质 去除水中悬浮微粒物是 给水处理中的一项最基本的任务 尺寸从1 n m 至l j l o g m 的微粒是难于从水中去除的 部分 其中1 n m 至l j l l x m 的微粒属于胶体的范围 对于线状的微粒 则1 0 3 1 0 9 个原 子构成的微粒划为胶体 这包括大分子在内 饮用水水源受到的污染是各种各样的 但主要集中在有机污染 调查数据表 明 饮用水水源污染中8 5 以上为有机污染 l0 1 有机污染物可分为天然有机 n o m 与人工合成有机物 s o c s 等两类 其中 s o c s 以其种类多 难降解 危害大 难去除等特点而成为上世纪中叶以来最为严重的饮用水水源污染形式 j i l l 尤其是受城市污染的地表水体 且其对人类生产生活危害巨大 主要表现在 以下几个方面如 恶化水质 影响水处理工艺 产生消毒副产物以及对人体毒性和 致突变 致癌和致畸的作用等 1 4 常规处理技术及其局限性 混凝 沉淀 过滤 消毒等常规饮用水处理工艺对未受污染水源水中的胶体 悬浮物 微生物等污染物具有良好去除控制效果 但对污染更为严重的水源及要 求更为严格的出水水质 常规饮用水处理工艺存在一定的局限性 就有机物而言 大量研究表明常规工艺对许多类型有机物去除能力有限 例 如 对于天然有机物 常规工艺对其去除率一般在2 0 5 0 之间 其中分子量 较小的溶解性有机物去除率更低 i 玉1 3 对于可同化有机炭 a o c 常规工艺 对其具有一定去除 但效果有限 不到3 0 1 4 对于预氯化过程生成的卤乙酸 常规工艺对其去除率接近2 0 且混凝 沉淀过程去除效果优于过滤单元 1 5 对 于2 m i b g e o s m i n 藻毒素等藻类代谢产物 常规工艺对其去除效果较差 l 毛1 l 博 1 9 对于人工合成有机物 s o c s 常规工艺显得无能为力 2 0 2 1 2 2 1 就无机物而言 常规工艺对f e 2 m n 2 f 等去除率低 若原水中上述污染 物浓度较高 通常需要采用专门曝气 接触氧化 生物氧化 吸附 离子交换等 一3 一 北京t 业大学t 学硕 学位论文 措施 2 3 2 4 此外 对于亚砷酸盐 a s i i i 若采用常规工艺处理 常必须采取 氧化等强化去除工艺 2 5 2 6 1 1 5 饮用水除污染技术的发展 鉴于常规饮用水处理工艺的局限性 人们相继研究并开发了多种强化去除水 中污染物的技术 并取得了有效的成绩 这些方法概括起来可分为三类 预处理 深度处理和强化常规处理工艺 2 7 1 1 5 1 预处理 预处理通常是指在常规处理工艺前面 采用适当物理 化学和生物的处理方 法 对水中的污染物进行初级去除 同时可以使常规处理更好地发挥作用 减轻 常规处理和深度处理的负担 发挥水处理工艺整体作用 提高对污染物的去除效 果 预处理方法按对污染物去除途径可分为氧化法和吸附法 氧化法又可分为化 学氧化法和生物氧化法 化学氧化法目前采用的氧化剂有氯气 c 1 2 高锰酸钾 k m n 0 4 紫外光氧化和臭氧等 生物氧化预处理技术最好是作为预处理设置在 常规处理工序的前面 这样既可以充分发挥微生物对有机物去除作用 又可以增 加生物处理带来的饮用水可靠性 如生物处理后的微生物 颗粒物和微生物的代 谢产物等都可以通过后续处理加以控制 1 5 2 深度处理技术 深度处理通常是指在常规处理工艺以后 采用适当的处理方法 将常规处理 工艺不能有效去除的污染物或消毒副产物的前体加以去除 提高和保证饮用水 质 应用较广泛的深度处理技术有 活性炭吸附 臭氧氧化 生物活性炭 膜技 术等 1 5 3 强化混凝技术 在混凝过程中 在去除水中浊度的同时 对水中的有机物有一定的去除效果 常规的混凝过程主要偏重于对浊度的去除 随着人们对水质的要求提高 希望水 中有机物尽可能多地被去除 为了控制饮用水的污染 提高净水水质 全世界的水处理专家坚持不懈的努 力 研究开发了各种各样的水处理方法 每种方法都有自己的针对性和局限性 在实践中 既要考虑净水效能 又要考虑净水成本 综合比较 强化混凝是一种 第1 章绪论 切实有效的除污染方法 这种方法可以不改变水厂的工艺流程 应用起来非常方 便 不会很大程度的改变净水成本 因此对强化混凝技术的研究开发已经成为水 处理科学家们热心关注的课题 1 6 本课题研究意义 为了保证饮用水安全 解决饮用水的水质问题 我国水处理专家正提出多种 方案 如增加预处理或增加水的深度处理工艺 以进一步去除水源中的污染物质 但这些措施在全国普遍推广 需要大量投资 用以增加基建投资 附加工艺或高 昂设备 从而使得水处理成本得大大提高 再加上预氧化或深度处理技术本身不 够完善 因此如何济有效地解决我国的饮用水水质问题 仍是水处理领域一个急 待解决得难题 常规水处理工艺中 最重要的处理单元之一是混凝 其处理效果的好坏直接 影响到后续工艺的处理效果 它既可以去除原水的浊度和色度等感官指标 又可 以去除一定的有毒有害污染物 可以自成独立的处理系统 又可以与其它单元过 程组合 用于预处理 中间处理和终处理 28 2 9 1 由于混凝对水处理的重要性 所 以科技界一直在不断地研究开发效能更高的新型混凝剂 我国的混凝剂主要以铝 盐和铁盐混凝剂为主 硫酸铝 明矾 三氯化铁 硫酸亚铁等作为传统的混凝剂 在国内外一直得到广泛应用 但随着水污染的加剧和对处理后饮用水水质的要求 逐渐提高 这些简单无机盐混凝剂的混凝效率已不能满足水质要求 各国开始研 究开发各种高效率的混凝剂 新型混凝剂的发展趋势是从低分子向高分子 单一 型向复合型 单功能型向多功能型发展 所谓多功能混凝剂是指混凝剂除混凝作 用以外 还具有去除天然有机物 n o m 脱色 除藻或缓蚀等 达到一剂多用 的目的 从而可以缩短水处理工艺流程 减少设备等 3 们 目前多功能混凝剂的研究还不多 锰化合物作为混凝剂是向多功能发展的一 种 锰的氧化物对许多环境污染物有吸附降解性能 广泛存在于自然界 因其价 格低廉且对环境友善 已受到了国内外专家的广泛关注 3 早在上世纪6 0 年代高锰酸钾就曾用于饮用水处理领域 主要用于除f e i i 除m n i i 去除水中臭味 控制消毒副产物生成量等 3 2 3 3 3 4 3 5 1 此外 高锰酸 钾也常用于地下水 土壤修复中 3 6 3 7 1 国内自上世纪8 0 年代初以来开始对高锰 酸钾除污染技术进行系统深入的研究 并取得了丰硕的研究成果 研究表明高 锰酸钾除污染效果优良 在无机污染物 微量有机污染物 臭味的去除与控制 微生物的灭活与控制 藻类的去除与控制等发面表现出不同程度的去除作用 八十年代后期 随着在生产实际中的应用 高锰酸钾的净水作用得到了更多 的研究与发现 而且研制出了各种类型的高锰酸钾复合药剂 在我国的实际生产 北京t 业大学丁学硕十学何论文 应用中取得了丰硕的成果 3 8 3 9 4 0 1 人们在研究k m n 0 4 的净水作用过程中 研究 的重心在k m n 0 4 而忽视了复合药剂中的氧化还原产物新生态m n 0 2 以及其他成 分的作用 这方面的研究也较少 本课题是在高锰酸钾及其复合药剂的净水作用基础上提出的 将铁锰复合氧 化物作为混凝剂 在符合绿色净水技术思想的前提下 不产生有毒有害副产物 不需对水厂设备进行改造 也不增加能耗 物耗 是一种节约资源 能源的 强 化混凝 方法 考察其有效成分新生态水合二氧化锰对于不同水质的净水效能 及其表面性质 对铁锰复合氧化物的除污染作用和机理有进一步深入探讨 1 7 课题的来源及研究内容 本研究以实验室研究为主 借助于北京工业大学市政工程实验室和水环境恢 复北京市重点实验室以及中科院生态环境研究中心的国家重点水开放实验室的 先进的研究设施 重点考察铁锰复合氧化物对不同水质的除污染效能及可能存在 的机理 为以后中试试验 生产性试验 生产应用研究奠定基础 本课题主要研究内容如下 1 铁锰复合氧化物的制备及表面特性 2 铁锰复合氧化物混凝除污染效能研究 3 铁锰复合氧化物混凝在中水处理中的应用研究 4 铁锰复合氧化物混凝机理探讨 第2 章试验试剂 仪器及样品表征方法 第2 章试验试剂 仪器及样品表征方法 2 1 试验试剂及设备 2 1 1 试验试剂 2 1 1 1 常规试剂 如未特别提及 本试验所用试剂均为分析纯 高锰酸钾溶液 0 1 m o l l 以高锰酸钾计 七水硫酸亚铁 0 1 m o l l 以 f e s 0 4 7 h 2 0 计 氢氧化钠 盐酸溶液都需要现用现配 氯化铁和硫酸铝配成 2 9 l 的溶液 配制的溶液均放在冰箱中低温保存 并定期更新 2 1 1 2 磷溶液配制 称取一定量的磷酸二氢钾 以磷含量计 溶解定溶于1 0 0 0 m l 的容量瓶中 得到一定浓度的磷储备液 放在冰箱中低温保存 2 1 2 试验材料与设备 醋酸纤维膜 北京化工学校附属工厂 f d 1 型冷冻干燥机 北京博医康技术公司 j z h s 型冷冻离心机 美国b e c k m a n 公司 六连变速混凝搅拌器 深圳中润公司 分析天平 7 2 0 5 分光光度计 z d x 3 5 b i 型座式自动电热压力蒸汽灭菌器 蒸馏成套设备 烘箱 振荡器 一7 一 北京t 业大学t 学硕十学位论文 2 2 样品分析与表征 2 2 1 常规指标分析 p h 值采用c o l e p a n n e rp h 酸度计测定 浊度采用t u r b3 5 0 i r 便携式浊度仪测定 总磷和溶解性总磷采用磷钼杂多酸 分光光度法测赳4 1 1 总有机碳 t o c 测定 水样经0 4 5 岬醋酸纤维滤膜过滤后 采用 m u l t i n c 310 0 分析仪测定 波长2 5 4 n m 处吸光度 u v 2 5 4 测定 水样经0 4 5 1 a m 醋酸纤维滤膜过滤后 采用s p e c o r ds 10 0 型紫外一可见分光光度计对u v 2 5 4 进行测定 2 2 2 颗粒物样品分析与表征 1 颗粒体积平均粒径 粒度分布测定 采用l a 9 2 0 激光粒度分析仪 日本堀场 进行测定 样品测定前未作前处 理 2 比表面积测定 样品比表面积由美国康塔公司的n o n a 4 0 0 0 型高速自动比表面与孔隙度仪 利用高纯n 2 吸附一解析特性测得 样品测定前经去离子水清洗数次 离心分离 冷冻干燥 3 傅立叶一红外光谱 1 丌i r 光谱 表征 f t i r 光谱采用溴化钾压片法f l t s p e c t r u mg x 型傅立叶红外一拉曼光谱分析 仪 f t n i r p e r k i n e l m e rc o 测得 样品测定前经去离子水清洗数次 并离心 分离 冷冻干燥 4 颗粒 电位表征 电位i 扫z e t a s i z e r 2 0 0 0 型 电位分析仪 m a l v e mc o u k 平行测定3 次而得 样品测定前未作前处理 9 扫描电镜 s c a n n m ge l e c t r o nm i c r o s c o p e 分析 采用k y k y 2 8 0 0 型扫描电子显微镜 中国科学院 北京 对样品进行s e m 分析 2 3 本章小结 根据实验目的及具体要求 确定了研究中涉及的水质分析检测方法 介绍了 不同样品表征 分析测试方法 并对实验仪器基本参数进行了简要介绍 第3 章复合锰氧化物的制备方法及表面性质 第3 章铁锰复合氧化物的制备方法及表面性质 3 1 铁锰复合氧化物的制备方法 采用高锰酸酸钾与硫酸亚铁等当量反应制备铁锰复合氧化物 反应式如下 3 f e z m n 0 4 7 h 2 0 m n 0 2 3 f e o h 3j 5 h 此方法制备的产物同时含有铁锰两种成分 称为铁锰复合氧化物 为了后面 讨论问题的方便 将其记为f e m n o 生成的f e m n o 颗粒体积细小 沉降性能极佳 生成过程中有少量酸生成 药 液显示强酸性 因此混凝过程中原水的p h 值略有降低 3 2 铁锰复合氧化物界面特性的研究分析 制备铁锰复合氧化物溶液中有颗粒物质生成 由以上推倒的反应关系式可 得 颗粒物质中包含二氧化锰及f e o h 3 已有研究发现 这种新生成的二氧化 锰的水合物溶解度极低 因而由水中沉淀析出 并且颗粒很细 分散度高 具有 较大比表面积 称为新生态水合二氧化锰 这种新生态二氧化锰不同于市售成品 二氧化锰 很多性质与成品二氧化锰有区别 4 乙4 3 4 4 1 金属氧化物的界面特性直接决定其在环境过程中的转化迁移性质及环境功 能 4 5 并与其在水处理过程中的除污染效能存在密切关系 因此 本部分拟对铁 锰复合氧化物的界面性质进行系统表征以期对其水处理功能的机理给以探讨及 进一步的工程应用提供必要的理论基础 本章对f e m n o 的激光粒度 比表面积 z e t a 电位 表面官能团及颗粒结晶特 征等界面特性进行考察研究 以期对f e m n o 混凝效能机理给出合理的解释 3 2 1 铁锰复合氧化物的粒径分布和比表面积分析 颗粒物的粒径分布 比表面积等性质是其最主要的界面特性之一 对其吸附 络合污染物的性质有重要影响 在水溶液中金属氧化物表面可发生表面吸附 电 性吸附及专属吸附作用 其中表面吸附是指水合金属氧化物与吸附质间通过分子 间力所产生的物理吸附 源于其巨大的比表面积和表面能 颗粒物粒径越小 比 表面积越大 表面能越大 能提供更多的活性吸附点位 从而易与污染物充分接 触 因此 具有更强的吸附去除水中污染物的潜力 一9 一 北京t 业大学t 学硕十学倚论文 本试验采用l a 9 2 0 激光粒度分析仪 日本堀场 对f e m n o 的粒径分布进行 了分析 图为f e m n o 的粒度分布图 要 昌 耋 艺 每 吾 目 l p a r t i c ks i z e s 图3 1f e m n o 颗粒的粒度分布 f i 9 3 1p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no ff e m n o 可以看出 f e m n o 总体粒径都在3 5 9 m 以下 其平均粒径为1 0 4 0 0 9 1 x r n 小 于5 1 3 1 5i x m 和1 6 1 2 5 岬的颗粒分别占到1 0 和9 0 颗粒粒径主要分布在 5 1 3 1 5 1 x m 1 6 1 2 5 p x n 范围内 相应颗粒比表面积测试结果显示 f e m n o 比表面 积为1 4 6 2 2m 2 g 远远高于市售m n 0 2 的比表面积 2 8 9m 2 儋 说明所制备的 f e m n o 的表面能较高 反应中能提供较多的活性吸附点位 3 2 2 铁锰复合氧化物的表面官能团特性分析 表面官能团是颗粒物界面性质的重要参数 直接决定其参与的界面反应类型 及主导作用机理 f t i r 光谱能提供表面官能团的存在 变化及配体交换等信息 是研究表面官能团及界面反应的重要手段 本部分利用f t i r 光谱考察了铁锰复 合氧化物 f c m n o 的表面官能团性质 第3 章复合锰氧化物的制备方法及表而性质 柏 3 5 3 0 0 02 5 0 02 0 0 01 5 1 0 0 05 波数e m 1 图3 2f e m n o 的傅立叶 红外光谱谱图 f i g3 2f o u r i o r i n f r a r e as p e c t r u mo ff e m n o 图3 2 为铁锰复合氧化物 f e m n o 的傅立叶 红外光谱谱图 由图可以看出 铁锰复合氧化物在指纹区波数5 1 9 c l n o 处有明显的强吸收 这对应着o m n o 的特 征伸缩振动峰 证实了m n 0 2 晶胞的存在 铁氧化物f e o 键的吸收峰也出现在 5 0 0 6 5 0 c m 之间 说明f e m n o 中可能同时含有这两种物质 在1 1 2 2 c m d 处的吸 收峰为6 f e o o h 的特征吸收峰 可以推测f e m n o 中可能含有6 f e o o h f e m n o 吸收峰除了具有较宽羟基吸收带外 还出现了含铁的氧化物的吸收峰 这说明 f e m n o 是由新生态水合二氧化锰和铁的氢氧化物为主要成份 还可能含有铁的氧 化物 在波数3 6 0 0c m 1 30 0 0g l n d 范围内出现的典型吸收谱带为水分子h o h 键的伸缩振动及羟基吸收带m 表明f e m n o 粒子具有丰富的表面羟基 这是 f e m n o 具有极强的化学吸附活性的结构基础 3 2 3 铁锰复合氧化物的表面电荷特性 金属氧化物的表面电荷特性决定了界面反应的类型及其与水中污染物的相 互作用力 分散体系中疏液分散相粒子因多种原因大多带有某种电荷 带同号电 荷粒子间的静电斥力作用使这种热力学不稳定体系得以稳定 不易聚集 金属氧 化物的表面电荷可能向粒子周围的扩散双电层中扩散 压缩双电层 甚至可能使 粒子表面电荷中和 从而使粒子间的静电排斥作用减弱或消失 破坏了分散体系 8 7 6 5 4 o 0 0 o 0 ocmcijo d 北京工业大学t 学硕十学位论文 的稳定性 4 7 1 由于m n 0 2 的表面电荷主要是由体系的p h 值所决定 本研究利用z e t a s i z e r 2 0 0 0 型 电位测定仪分析了不同p h 值条件下铁锰复合氧化物在纯水体系中的表 面电荷特性 为后续探讨混凝除污染机制奠定基础 反应用的纯水为去离子水 为保证一定的缓冲作用 在去离子水中加入1 o m m o l ln a h c 0 3 图3 3 为f e m n o 的 电位随p h 值的变化规律 由图以看出 随着p h 值由1 1 4 升至1 2 7 2 其 2 0 e 函0 脚 u 2 0 4 0 h p h 2 3456 7 f 3 图3 3f e m n o 表面 j0 4 0 2 0 24681 01 21 41 61 82 02 2 加药量m g l 图4 1 2 不同加药量对u v 2 5 4 的去除效果 f i g4 1 2t h er e m o v ce f f i c i e n c yo f u 5 4b yd i f f e r e n ta m o u n to f c o a g u l a t i n gr e a g e n t 3 f e m n o 对天然水样中有机物的去除效果 图4 1 3 为不同投药量下 该f e m n o 混凝剂对天然水样中t o c 和u v 2 5 4 的 去除效果 由于其有机物含量与模拟水样一有机物含量相近 因此 其去除规律 也极为相似 由图可以看出 此药剂对原水中的t o c 有一定的去除效果 加药 量为2 m g l t o c 去除率为3 0 左右 但随着投药量的增加 t o c 的的去除效 果增加并不明显 当投药量增加到1 2 m g l 时 t o c 的去除率也仅为4 0 左右 铁锰复合氧化物对u v 2 5 4 的去除率则随投药量的增加呈明显升高趋势 随着投药 量由2 m g l 增至1 2 m g l u v 2 5 4 的最高去除率为6 8 9 4 3 本章小结 通过铁锰复合氧化物f e m n o 对模拟水样一 模拟水样二和天然水样混凝除污 染效能研究 可以得出以下结论 1 f e m n o 对模拟水样一和天然水样的除污染规律及其相似 f e m n o 对其 浊度 磷和有机物都表现出了良好的去除效果 对于模拟水样一 当投药量为 4 m g l 时 就可以使沉后浊度由1 2 6 4 n t u 降为1 n t u 以下 去除率超过9 2 滤 后浊度都达到o 0 1 n t u 基本去除完全 投量为6 m g l 就可以使总磷由2 0 0 u g l 左右降到1 0 u l 以下 去除率超过9 5 对t o c 去除率最大为4 5 左右 对u 也5 4 最大去除率达到7 0 左右 对于天然水样 当投药量为6 m g l 时 沉后浊度去除 率达到7 5 以上 当投药量为8 m g l 时 沉后浊度最大去除率达到8 2 3 滤后浊 9 6 碍笾书 竹 加 0 北京t 业大学工学硕 学位论文 8 0 冰6 0 萋4 0 悄 2 0 0 24681 01 2 投药量m g l 图4 一1 3 不同投药量下t o c 和u v 2 5 4 的去除效果 f i g4 13t o c a n du v 2 5 4r e m o v a le f f e c t so fd i f f e r e n td o s a g e 度基本去除完全 投药量分别超过1 2 m g l 和l o m g l 时 天然水样中总磷和溶解 性总磷去除率都达至1 9 9 9 9 药剂对于天然水样有机物的去除效果与模拟水样一 基本相同 2 f e m n o 对模拟水样二中污染物质有良好的去除效果 其对浊度和磷的 去除规律与模拟水样一以及天然水样相似 对于模拟水样二中有机物的去除 在 低投药量下对u v 2 5 4 的去除效果不太理想 在加药量为1 0 m g l 时其去除率仅为 4 7 3 8 而当加药量增 1 至 1 1 2 r a g l 时对其去除率迅速升高 达到了9 3 7 4 当 投药量为1 4 m g l 时 其去除率为9 9 8 6 继续增加投药量 其去除效果基本维 持在这个水平 这可能是由于水样中有机物成分主要是腐植酸 比较单一 3 用高锰酸钾与硫酸亚铁制备的铁锰复合氧化物作为混凝剂是完全可行 的 其对天然微污染水样中各项指标都有良好的去除效果 可以作为一种多功能 混凝剂应用于实际水样处理工艺中 具有很强的市场应用价值 一2 5 第5 章f e m n o 混凝处理中水同用处理中的戍用 曼曼曼皇曼曼曼曼皇 m m i i 皇曼皇曼鼍曼舅 第5 章f e m n o 混凝在中水回用处理中的应用 由第4 章研究分析可以看出 铁锰复合氧化物f e m n o 作为混凝剂 对模拟水 样和天然水样中的浊度 磷及有机物均有良好的去除效果 本研究另外选取了洗 浴废水和生活污水处理二级出水 进一步考察铁锰复合氧化物作为混凝剂深度处 理二级出水及其对污染物的去除效果 在对其除污染效能有更加全面的认识的同 时为中水回用提供技术指导 5 1 实验水样和方法 5 1 1 实验水样 1 洗浴废水 本实验所用水样取自北京工业大学洗浴废水二级出水 主要水质指标如下 表所示 表5 1 实验原水水质 t a b5 1w a t e rq u a l i t yo f e x p e r i m e n t a lr a ww a t e r 水质指标浊度 n t u总磷 u g l u v 2 5 以m 1 p h 最人值 1 4 85 1 4 8 20 4 2 7 77 8 最小质 6 82 7 1 2 20 2 9 1 37 5 平均值 9 04 3 7 4 80 3 3 3 l7 6 2 生活污水二级出水 生活污水二级出水的基本指标如下所示 原水浊度为8 n t u 左右 p h 为 7 0 8 5 总磷含量为1 0 m g l 2 0 m g l 平均含量为1 5m g l 左右 平均c o d 含量为4 0 m l 左右 u v 2 5 4 含量为0 0 9 2 c m 1 0 1 6 1 c m 5 1 2 实验方法 分别取1 升水样加入到z r 4 6 混凝试验搅拌机6 个量杯中同时进行试验 快 搅l m i n 3 0 0 r m i n 使混凝剂充分分散 反应1 9 m i n 6 0 r m i n 后停止搅拌 静沉 3 0 m i n 然后在距液面2 5 c m 处取上清液进行沉后浊度 磷及有机物u v 2 5 4 的测 定 其中在进行u v 2 5 4 测定前 先经过u v 2 5 4 测定前 水样先经0 4 5 1 t m 的微滤 膜过滤 北京t 业大学t 学硕十学何论文 5 2f e m n o 洗浴废水处理效能研究 5 2 1f e m n o 对洗浴废水中浊度的去除效果 图5 1 可以看出投j 口f e m n o 作为混凝剂 对洗浴废水中浊度有优良的去除效 果 在低投药量的情况下 f e m n o 对浊度去除优势较常规铁盐 铝盐尤为显著 当投药量为l m g l 时 其沉后浊度去除率比三氯化铁和硫酸铝分别高出1 2 7 和 2 3 7 当投药量为4 m g l 时 其对浊度得去除率已达到8 7 9 比三氯化铁和硫 酸铝分别高出1 2 7 和2 3 7 随着加药量的增加 各混凝剂对浊度的去除效果 逐渐提高 但总体来看 f e m n o 对浊度的去除效果优于常规混凝剂三氯化铁和硫 酸铝 o 481 21 62 0 加药量m g l 图5 1三种药剂对浊度的去除效果比较 f i g5 1c o m p a r a t i o no f t u r b i d i t yr e m o v a le f f e c t so ft h et h r e ec o a g u l a t i n ga g e n t 5 2 2f e m n o 对洗浴废水中磷的去除效果 图5 2 为f e m n o 对洗浴废水中总磷的去除效果及与常规混凝剂的比较 由图 可得 f e m n o 对洗浴废水中总磷去除效果明显 随着投药量的增加 其去除率提 高十分显著 当投药量增值2 0 m g l 时 f e m n o 对总磷的去除率超过9 0 与另外 两种常规混凝剂相比 其对原水中总磷的平均去除率高出三氯化铁和硫酸铝分别 为1 4 和2 2 特别的 在低投药量1 8 m g l 的情况下 对总磷的平均去除率高 出三氯化铁和硫酸铝分别为1 7 个和3 2 个百分点 加 印 们 加 o 毋僻逝书毯羁 第5 章f e m n o 混凝处理中水同用处理中的应用 0481 21 62 0 投药量m g l 图5 2 三种药剂对总磷的去除效果比较 f i g5 2c o m p a r a t i o no f t o t a lp h o s p h o r u se f f e c t so f t h et h r e ec o a g u l a t i n ga g e n t 由图5 3 为三种混凝剂对洗浴废水中溶解性总磷的去除效果的比较 由图可 以看出 三种药剂对溶解性总磷的去除规律与总磷的去除效果规律类似 在小于 8 m g l 的低投药量情况下 f e m n o 去除优势比较明显 当投药量为l m g l 其对 溶解性总磷的去除率为7 0 而三氯化铁不足5 0 硫酸铝不足2 0 随着投药 量增加 三种药剂都能达到很好的去除效果 去除率均超过9 0 相差不大 o481 21 62 0 加药量m g l 图5 3 三种药剂对溶解性总磷的去除效果比较 f i g5 3c o m p a r a t i o no fd e s s o v l e ap h o s p h o r u sr e m o v a le f f e c t so ft h et h r e ec o a g u l a t i n ga g e n t 5 2 3f e m n o 对洗浴废水中有机物的去除 图5 4 即为三种混凝剂对洗浴废水中有机物u v 2 5 4 的去除效果的比较 由图可 一2 9 一 加印的如 加m o 术褂餐稍糕硇 踟 们 加 0 冰爵凿悄器硇堪鐾赡 北京t 业大学t 学硕十学佗论文 以看出 随着投药量的增加 三种药剂对有机物的去除率均呈明显上升趋势 但 总体而言 f e m n o 对有机物的去除效果优于三氯化铁和硫酸铝 f e m n o 对该洗 浴废水中有机物的最高去除率达到7 0 左右 三氯化铁和硫酸铝对有机物的去除 效果非常接近 最高去除率为5 0 左右 与前人研究的结果一致 f e m n o 对有机 物得平均去除率高出三氯化铁和硫酸铝分别为1 5 和1 3 冰 姗 凿 稍 霉 暴 忙 7 0 6 0 1 0 o o481 21 62 0 加药量m g l 图5 4 三种药剂对有机物的去除效果比较 f i g5 4c o m p a r a t i o no f o r g a n i c sr e m o v a le f f e c t so ft h et h r e ec o a g u l a t i n ga g e n t 5 3f e m n o 处理生活污水二级出水效能研究 随着我国城市化的进程加快 城市污水处理厂常规二级处理工艺的出水中会 残留部分溶解性难生物降解有机物 其排入水体后会对地表水造成一定程度的污 染 城市水资源环境的负担越来越重 可利用的水资源正逐年减少 经济增长与 水资源缺乏之间的供需矛盾加剧 将城市二级出水作为一种再生资源 使之二次 利用是解决这一问题的有效途径 也是污水处理技术的一个重要发展方向 为 此 本实验北京工业大学某生活污水处理工艺的二级出水 尝试采用铁锰复合氧 化物f e m n o 作为混凝剂 对二级出水进行深度处理并与常规混凝剂进行比较 在 满足出水水质的同时 减少混凝剂的用量 降低成本 为实际生产提供指导 5 3 1f e m n o 对生活污水二级出水中浊度的去除效果 图5 5 为f e m n o 对二级出水中滤后浊度的的去除效果以及与三氯化铁和硫酸 铝除浊效果的对比 由图可明显看出 在较高药剂投加量的情况下 f e m n o 对浊 度去除率均为9 9 9 9 明显优于其他两种传统混凝剂 三氯化铁和硫酸铝随着对 浊度的去除率随投药量增加而升高 其最高去除率分别为为9 0 3 1 和9 2 3 3 第5 章f e m n o 混凝处理中水同用处理中的应用 2 02 42 83 23 64 0 加药量m g l 圈f e m n o 口三氯化铁 日硫酸铝 图5 5 三种混凝剂对二级出水中浊度的去除效果比较 f i g5 5c o m p a r a t i o no f t u r b i d i t yr e m o v a le f f e c t so f t h et h r e ec o a g u l a t i n ga g e n t 5 3 2f e m n o 对生活污水二级出水中磷的去除效果 图5 6 为铁锰复合氧化物f e m n o 对二级出水中总磷的去除效果 由图可明显 看出 在投药量相同的情况下 f e m n o 对总磷的去除率明显高于三氯化铁和硫酸 铝 尤其当投药量为2 0 m g l 时 其对磷的去除率分别高出三氯化铁和硫酸铝4 0 和5 0 左右 尽管随着投药量的增加 三氯化铁和硫酸铝的去除效果不断提高 但总体对磷的去除效果远低于铁锰复合氧化物 9 0 8 0 7 0 薷6 0 篮5 0 耄4 0 蹰3 0 2 0 l o o 2 02 42 83 23 64 0 加药量m g l 图5 6 三种混凝剂对二级出水中总磷的去除效果比较 f i g5 6c o m p a r a t i o no f t o t a lp h o s p h o r u r e m o v a le f f e c t so f t h et h r e ec o a g u l a t i n ga g e n ti n t h es e c o n d s t a g eo u t l e t 伯印的如 加o 累锝逝邯越煎崾器 北京丁业大学t 学硕十学f 7 论文 曼曼ii 曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼 曼曼曼曼皇曼曼曼 曼量曼量曼量曼曼曼曼曼曼量皇曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼量皇曼曼曼鼍曼曼曼量 5 3 3f e m n o 对二级出水中有机物的去除效果 图5 7 为三种混凝剂对二级出水中有机物的去除效果比较 由图可知 随着 投药量的增加 f e m n o 和硫酸铝对有机物的去除率均呈上升趋势 但铁锰复合氧 化物对有机物去除效率提高速率明显优于硫酸铝 由图 f e m n o 对有机物的最大 去除率为7 0 左右 硫酸铝的最大去除率为5 5 左右 三氯化铁去除效果呈先升 高后降低趋势 其对有机物的最大去除率明显低于f e m n o 和硫酸铝 术 i l 卜 凿 稍 s 罨 忙 2 83 23 64 0 加药量m g l 图5 7 三种混凝剂对二级出水中有机物的去除效果比较 f i g5 7c o m p a r a t i o no fo r g a n i c sr e m o v a le f f e c t so ft h et h r e ec o a g u l a t i n ga g e n ti nt h e s e c o n d s t a g eo u t l e t 5 4 本章小结 通过f e m n o 对洗浴废水和生活污水二级出水混凝除污染效能研究 可得出以 下结论 f e m n o 对洗浴废水中浊度 总磷 溶解性总磷 有机物都有很高的去除率 其去除效果明显优于传统混凝剂三氯化铁和硫酸铝 尤其在低投药量的情况下 f e m n o 除污染优势最为显著 与三氯化铁和硫酸铝相比 其对浊度的平均去除 率分别高出7 和1 4 对总磷的平均去除率分别高出1 4 和2 2 对有机物的 平均去除率分别高出1 5 和1 3 由此可以推断 高锰酸钾和硫酸亚铁反应制