吸附凝聚除砷的中试与工程应用研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 吴鹍 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011-05-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 曲久辉 |
| 关键词 | 砷 地下水 高含砷废水 铁锰复合氧化物 吸附 原位生成 arsenic groundwater high-arsenic wastewater FMBO adsorption in-situ formed |
| 其他题名 | The Applied Research on the Pilot-scale Experiment and Engineering Application of the Treatment of Arsenic-polluted Water by the process of adsorption and cogaulation |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 砷（As）是一种对人体危害极大的毒性物质，砷污染已成为世界性的环境问题。为解决地下水砷污染及高含砷废水污染等问题，需要开发出经济、高效、安全的新型除砷技术工艺。本文试图深入认识和重点解决铁锰复合氧化物（FMBO）除砷的工艺过程和工程技术问题。主要完成工作及研究成果包括： 1. 将负载型FMBO（FMBO-硅藻土）填充在固定床反应器中进行处理实际含砷地下水的现场中试研究，考察系统的运行效果及再生效率，并研究砷、铁（Fe）、锰（Mn）的化合物在滤层中的迁移转化规律。结果表明，负载型FMBO可有效氧化地下水中的三价砷[As(III)]并吸附五价砷[As(V)]，同时可降低水中的Fe、Mn浓度与浊度；系统经过原位再生处理后，除砷能力有一定程度的提高；吸附的As主要集中在滤层上部，且滤层中原先的Fe、Mn含量及摩尔比也发生明显变化，滤料粒径大小也有所增加；该技术显示了在小型分散式除砷工程中的良好应用前景。 2. 对载铁锰砂和载铁石英砂进行表面特征及除砷性能的对比研究，同时探讨载铁锰砂的除砷机制。XRD、BET和消解实验结果显示，载铁锰砂中含有Fe2O3和Mn氧化物，其比表面积可达9.18 m2/g，Fe负载量高达48.7 mg/L，都远高于载铁石英砂。两种吸附材料的吸附动力学特征相接近；它们的吸附等温线都更符合朗格缪尔等温线方程，载铁锰砂对As(III)和As(V)的理论最大吸附量分别为2.212 mg/g和5.452 mg/g，分别为载铁石英砂的3倍和8倍；pH变化对载铁锰砂吸附As(III)和As(V)的影响规律存在明显区别；各共存离子对载铁锰砂吸附As(III)和As(V)的影响程度均为：磷酸根 > 硅酸根 > 碳酸根；XPS结果显示载铁锰砂中的Mn氧化物在As(III)吸附过程中未发挥氧化作用，它对As(III)和As(V)的吸附主要通过其表面的FeOOH的表面配位机制来完成。 3. 在微絮凝-过滤工艺系统中通过在线投加含Fe、Mn药剂生成FMBO来强化系统除砷效能，优化各运行参数；对比系统加药前后的除污效能，阐述水处理过程中的作用机制；进行中试稳定实验和生产性试验；研究了反冲洗水的处理方法；完成技术集成并指导实际工艺改造。结果显示，最佳投药组合为FeCl3（Fe(III) = 0.5 mg/L）加KMnO4（Mn(VII) = 0.05 mg/L），而最优滤料组合为熟化石英砂与新石英砂组成的双层滤料；在线生成FMBO可以明显提升系统对水中的As、Fe、Mn及颗粒物的去除效果；加药后滤层水头损失明显增加，且主要集中在顶层30 cm区域，但单周期运行时间并未明显缩短；另外，在线生成FMBO可大幅提高对Mn(II)和As(III)的氧化效果，水中的溶解态As、Mn向颗粒态的转化过程的得到明显强化；颗粒态As、Fe、Mn被滤层截留去除，而残留的溶解态As、Mn可被截留的颗粒物通过吸附作用去除；稳定实验运行效果良好（As < 10 μg/L，浊度< 0.3 NTU）；生产性试验运行效果更佳（As < 6 μg/L，浊度< 0.2 NTU），且1 m3水加药成本仅为0.6分钱；反冲洗水加FeCl3混凝处理后可直接回用（As < 20 μg/L）；该技术在大型集中式除砷工程改造中具有推广价值。 4. 在线生成FMBO吸附与聚合氯化铝（PACl）混凝联合用于高含砷废水处理，研究最佳参数，探讨除砷机制，并完成工程应用。静态实验结果显示，新生态FMBO可有效氧化As(III)并吸附As(V)；在pH > 5条件下，FMBO-As微粒难以聚集沉淀；加入PACl不仅可以通过电中和与网捕作用促进FMBO-As微粒的聚集沉淀，还可以继续吸附水中残留的溶解态As，从而明显提高总砷的去除效果；FMBO与PACl的最佳投量分别为60 mg/L和80 mg/L；pH=6-10条件下，最终出水中Fe、Mn、Al浓度均接近于0 mg/L；根据絮体的粒径分布和SEM-EDAX结果，发现加入PACl可使絮体粒径明显增大，絮体表面变得光滑、密实，Al元素主要富集在絮体表面；在实验室研究基础上，通过现场实验完成技术集成，对实际高砷废水处理进行了工程应用；最终出水的平均As浓度可由5.81 mg/L降至0.013 mg/L，且1 m3水加药成本低于1.5元；FMBO-PACl工艺发挥了高效、安全、经 济的优点，可用于处理类似的重金属污染废水。 |
| 学科主题 | 水处理工程 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-08-30 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/778]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 吴鹍. 吸附凝聚除砷的中试与工程应用研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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