接触氧化法和吸附法对水中铁锰的去除试验研究

作     者：陈心凤 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邵卫云

授予年度：2011年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：除铁锰 接触氧化 过滤 吸附 钛酸盐纳米线 

摘      要：我国许多地区的水源,尤其是东北地区、华南地区、中南地区和西南地区的主要城市和地区的地下水源中存在铁、锰超标现象,对居民的身心健康、日常生活、供水管网和工业生产等均造成不利影响。早在建国初期我国就确立了“地下水除铁除锰这一具有重要社会效益及经济效益的课题,其理论及应用先后经历了自然氧化法、接触氧化法、生物法三个发展阶段。但至今为止,如何实现铁、锰的快速高效去除仍是常规水处理工艺流程所面临与需要解决的常见问题之一。为此,本文将针对铁、锰的去除作进一步的探讨。 本文第一部分着重研究不同工艺参数和水质条件对接触氧化除铁、锰技术的影响。接触氧化法是20世纪60年代实验成功的一套方法,已被应用于我国地下水除铁、锰的很多实际工程。实践表明,该法中“铁质活性滤膜对易氧化的铁有非常好的去除效果,但在除锰方面存在一些问题,如当水中铁、锰共存时,铁的快速氧化会干扰锰的氧化,同时“锰质活性滤膜形成周期较长,且易受外界因素干扰而呈现不稳定的除锰效果。为此,本文选用石英砂和锰砂为滤料,采用动态过滤的实验方式,研究了空气接触氧化除铁、锰工艺及其影响因素。采用静态吸附的实验方式,进一步研究了在空气接触氧化除铁、锰工艺中起重要作用的两种滤料的除铁、锰性能。结果表明,采用逐渐增大滤层进水负荷,缓慢增大进水中铁、锰浓度的方式,可以在石英砂和锰砂表面形成能够催化氧化铁、锰的“活性滤膜;当滤速增大到一定值后,两种滤料滤后水中铁、锰浓度均随滤速的增大而增大;两种滤料接触氧化除铁、锰的最佳pH值条件为中性、弱酸性和弱碱性;一定浓度有机物(TOC浓度在1.39-4.93 mg/L)的存在对两种滤料接触氧化除铁、锰效果影响不明显;进水中溶解氧浓度在一定范围内(3.84-7.88 mg/L)增大时,两种滤料对铁、锰的去除率也随之增大;成熟的石英砂和锰砂对水中Fe2+和Mn2+的吸附过程较好地符合Lagergren二级吸附动力学模型和Langmuir吸附等温模型,其吸附去除率随着温度的增大而增大,并受溶液中Fe2+和Mn2+竞争吸附的影响。 本文第二部分探讨了钛酸盐纳米线对铁、锰的去除情况。以钛酸四丁酯为钛源,采用水热法制备了钛酸盐纳米线,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对其物化性能进行了表征。通过对水中Fe2+和Mn2+的静态吸附试验,考察了其吸附活性。结果表明,水热法制备的钛酸盐纳米线直径分布在50-400nm,长度可达几微米甚至几十微米。在温度为298K、pH为6.68的条件下,钛酸盐纳米线对水中Fe2+和Mn2+的饱和吸附量分别达到39.89 mg/g和34.67 mg/g,吸附过程较好地符合Freundlich吸附等温线。采用Lagergren一级吸附动力学模型能较好地描述其吸附动力学过程。在实验条件下,钛酸盐纳米线对水中Fe2+和Mn2+的吸附去除率随溶液pH值及吸附剂投加量的增大而增大。