絮凝-吸附技术对黑臭水体污染物去除及机理研究

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随着现代社会工业化的进程不断加快,导致城市内形成大量的黑臭水体,黑臭水体现象不仅使水体失去原有的生态功能、破坏城市景观,还威胁到水生生物的生存及居民的健康。目前,针对黑臭水体有多种治理技术,但皆为小规模示范,难以达到大规模应用。针对这一情况,本论文提出一种能够实现同步去除黑臭水体中多种污染物的磁絮凝-吸附试剂及联用方法,优化了磁絮凝-吸附技术对黑臭水体污染物去除的影响因素及其在实际黑臭水体中的应用效果。并结合多种表征手段进一步探究磁絮凝-吸附联用技术对黑臭水体中多种污染物的去除机理。具体的研究内容及结果如下:本研究首先优化选择1000目的磁粉、聚合硫酸铁(PFS)和聚丙烯酰胺(PAM)形成磁复配絮凝剂,探究磁复配絮凝剂对黑臭水体中浊度和TP去除效果的影响因素,研究结果得到最佳磁絮凝条件为:磁复配絮凝的絮凝沉降阶段在3 min内即可完成;PFS、MPs和PAM的最佳投加量分别为16 mg/L、100 mg/L和3.6 mg/L;投配顺序为先投加PFS+MPs,再投加PAM;最佳pH值为6。在以上最佳条件下,浊度的去除率可达98.8%,TP的去除率达77.0%。另外,磁粉的回收次数可达六次,此时浊度和TP的去除率仍达到96.0%和66.2%。将磁复配絮凝剂应用到实际黑臭水体中,水体中的浊度、正磷酸、总磷的去除效果均能满足城镇污水处理厂污染物排放标准和地表水水环境质量标准要求,有较好实际应用效果。其次将质化壳聚糖负载在沸石上形成新型球状吸附剂PCZ,通过SEM、FTIR、TGA和BET等测试结果证实,已成功合成具有一定的热稳定性的介孔吸附剂PCZ。在最佳磁复配絮凝的操作条件下,进一步优化吸附段对黑臭水体中浊度、氨氮和TP去除效果的各项影响因素。研究结果表明,PCZ的最佳投加量为1.25 g/L;最佳pH值为6;吸附平衡时间为7 h;PCZ吸附氨氮过程最符合颗粒内扩散模型和Freundlich吸附等温模型,而PCZ吸附TP过程最符合拟一级动力学模型和Langmuir吸附等温模型。将所确定的絮凝-吸附工艺应用于实际黑臭水体中,浊度、正磷酸、总磷和氨氮的去除效果能满足城镇污水处理厂污染物排放标准和地表水水环境质量标准要求,说明本研究所确定的絮凝-吸附工艺具有较好的实际应用效果。最后通过多种表征手段测试未加磁粉的絮体和磁絮体、有磷絮体与无磷絮体及吸附氨氮和TP前后的PCZ,结果表明,磁复配絮凝剂对浊度的去除主要发挥了电荷中和作用,而对TP的去除不仅发挥了电荷中和作用,还与TP发生一系列复杂的化学反应,形成磷酸铁沉淀物;PCZ对氨氮的吸附是因为离子交换作用,而对TP的去除主要是由于静电吸附作用。
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