弱磁场强化零价铁高效去除水中Cr(Ⅵ)/As(Ⅴ)效能研究

作     者：孙婧怡 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王春丽;孙同亮

授予年度：2015年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：Cr(Ⅵ) As(Ⅴ) 零价铁 弱磁场 共存离子 

摘      要：随着工业化进程的提高,铬/砷污染成为越来越受人们关注的环境问题。一定浓度的Cr(Ⅵ)或As(Ⅴ)能导致人体急慢性中毒,其随意排放势必会威胁人类及动植物的健康安全。目前Cr(Ⅵ)、As(Ⅴ)的去除技术有氧化还原法、混凝法、吸附法、离子交换法、电化学法等,均不同程度上存在处理量低、工艺操作复杂、易造成二次污染等问题。本研究提出弱磁场强化零价铁除Cr(Ⅵ)/As(Ⅴ)技术。研究了匀强磁场下弱磁场强化零价铁除Cr(Ⅵ)规律,确定其反应动力学参数;探究了在磁场条件下溶液中带电离子受力情况;考察了弱磁场中,共存阴离子对零价铁除砷去除速率的影响。为合理有效的进行除铬、砷工艺设计和控制提供相关依据。通过对弱磁场强化零价铁除Cr(Ⅵ)行为规律的研究表明,在无外加磁场时,零价铁除Cr(Ⅵ)的反应速率随铁投量的增加而增大。外加匀强磁场后,除Cr(Ⅵ)速率明显提高。在磁场强度2 mT时,速率达到最大0.159 mg·L·min,与无外加磁场条件下相比,可以提高3倍。磁场强度在50 mT范围内,反应速率先增快后减慢。反应速率越快,铁粉表面腐蚀程度越高,外加磁场能够加快零价铁的腐蚀,进而加速零价铁除Cr(Ⅵ)反应。铁的腐蚀产物主要是磁铁矿和磁赤铁矿。在对不同强度磁场中零价铁产生感应磁场的三维数值模拟结果可知,感应磁场是不均匀磁场,最大磁场强度出现在零价铁内部和表面,约为外加磁场强度的2倍。感应磁场产生的磁场梯度力能够驱动顺磁性Fe离子向磁场强度大的方向移动。洛伦兹力对零价铁颗粒作用较小,磁场梯度力是加速零价铁腐蚀的主要作用力。弱磁场与共存阴离子耦合作用对零价铁除As(Ⅴ)反应影响发现,在未加弱磁场的条件下,氯离子、硝酸根离子均能在一定程度上加速零价铁除砷体系的反应速率,促进程度随相应离子浓度的增大而增大。低浓度腐殖酸对体系影响较小,高浓度腐殖酸能增加零价铁除As(Ⅴ)的去除率。三种离子促进程度为ClNOHA。硅酸根离子和磷酸根离子能够抑制零价铁除砷反应,抑制作用随着相应离子浓度的增大而更加明显,磷酸根离子的抑制作用大于硅酸根离子。外加弱磁场能够削弱硅酸根离子和磷酸根离子的抑制作用,并且强化氯离子、硝酸根离子和腐殖酸的促进作用。