混凝去除微塑料和四环素及其复合污染物的特征及机理
文献类型:学位论文
作者 | 卢森 |
答辩日期 | 2021-06 |
文献子类 | 硕士 |
授予单位 | 中国科学院大学;中国科学院生态环境研究中心 |
授予地点 | 北京 |
导师 | 王东升 |
关键词 | 混凝,微塑料,四环素,复合污染,配位络合 coagulation, Microplastics, Tetracycline, Composite Pollutants, Coordination Complexation |
学位名称 | 工程硕士 |
学位专业 | 环境工程 |
其他题名 | Removal characteristics and mechanism microplastics, tetracycline and their composite pollutants by coagulation |
英文摘要 | 随着科学技术的发展和人类生活方式的改变,全球水污染的加剧和水质的恶 化已成为人类面临的严重环境问题。药品和个人护理产品(PPCPs)、持久性有机 污染物(POPs)、内分泌干扰化合物(EDCs)和化学染料在不同的水源中被广泛 检出。这些污染物在水环境中稳定存在且与多种污染物共存,增强了污染物间的 协同作用,对生物和人类健康构成严重威胁。混凝工艺作为被广泛应用的常规水 处理技术可以通过电荷中和、吸附架桥和卷扫絮凝等作用实现对不同类型污染物 (如胶体颗粒、腐殖酸、氟离子等)的去除。因此,面对水体日益复杂的污染情 况,研究复合污染物在混凝过程中的相互作用过程和混凝机理具有重要意义。 本研究将饮用水厂和污水处理厂常见的微污染物微塑料和四环素作为目标 复合污染物,以铝基混凝剂 AlCl3 和 Al13 作为混凝剂进行混凝实验,探究其单一 污染体系和复合污染体系的混凝特性和混凝机理。由于目前对于混凝去除微塑料 和四环素的效率及机理的研究存在不同的结论,因此对微塑料和四环素(TC)的 混凝特性进行重新评估、研究其复合污染物体系的混凝特性和机理具有重要意义。 本文以铝基混凝剂 AlCl3 对“聚对苯二甲酸乙二醇酯微塑料”(PET)和风化 的 PET(WPET)的混凝特性进行了研究。结果表明 AlCl3 对 PET 和 WPET 微塑 料在不同投加量和 pH 条件下(0.01-0.2 mmol/L, pH 6-8)具有较高的去除效率(大 于 80%),WPET 由于水动力学直径急剧下降布朗运动增强导致其混凝效果明显 下降。通过混凝数据的方差分析、混凝后 Zeta 电位和出水 pH 值的变化、混凝絮 体和微塑料的傅里叶变换红外光谱(FTIR)、固态 27Al 核磁共振波谱(27Al NMR) 和 X-射线光电子能谱(XPS)的结果进行分析,我们认为混凝过程中铝基混凝剂 中 Al3+可以与 PET 或 WPET 表面的含氧官能团(C=O、-OH)相互作用形成络合 物 Al-PET,这是其具有较高去除率的主要原因。同时网捕卷扫和电中和起到辅 助去除的作用。 将混凝后四环素定义为游离态、络合态和固相态三种形态更为准确的评价了 铝基混凝剂对四环素的去除效率。AlCl3 和 Al13 在不同投加量和 pH 条件下对四 环素的去除率均较低(小于 20%),通过混凝数据的相关分析、混凝后 Zeta 电位 和出水 pH 值变化表明混凝过程中 TC 与 Al3+通过络合配位形成的 Al-TC 螯合物 (络合态 TC)难于在 30 min 内沉降是去除率低的主要原因。 对于 PET 和 TC 复合污染物而言,由于 TC 与 Al3+的络合能力强于 PET,导 致 Al-PET 的生成受到阻碍,从而使混凝后水中残留的 PET 浓度明显升高。然而, PET 的存在时,不同投加量和 pH 条件下固相态 TC 的浓度有明显的上升,即 TC 的去除率增大;WPET 存在时,固相态 TC 的含量没有明显的升高甚至有所下降, 这可能是由于 WPET 尺寸降低,WPET-Al-TC 三体系络合物部分难于在 30 min 内沉降而悬浮在上清液中。通过混凝数据的相关分析、混凝絮体和污染物的 FTIR、 27Al NMR、XPS 以及 DFT 的结果分析,我们认为在 PET/WPET 和 TC 存在的复 合污染物体系中,铝基混凝剂中的 Al3+会优先与 TC 通过络合反应生成 Al-TC(络 合态 TC),之后 Al 3+作为桥梁与 PET/WPET 结合形成三体系络合物 PET-Al TC/WPET-Al-TC。 |
页码 | 88 |
源URL | [https://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/47036] |
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 | 卢森. 混凝去除微塑料和四环素及其复合污染物的特征及机理[D]. 北京. 中国科学院大学;中国科学院生态环境研究中心. 2021. |
入库方式: OAI收割
来源:生态环境研究中心
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