去除水环境中溶解有机氮的高分子复合絮凝剂的制备与表征研究

发布时间：2017-08-11 02:06

  本文关键词：去除水环境中溶解有机氮的高分子复合絮凝剂的制备与表征研究

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【摘要】：水是生态环境的重要组成,保障水环境的安全有利于经济社会的可持续发展。溶解有机氮(DON)是水环境中重要组成部分,随着工农业的发展及城市化进程的加剧,水环境中的DON含量急剧上升,给饮用水处理带来不利的影响。为保障水环境安全,改善饮用水水质,DON的污染治理研究已成为重要的环境课题。絮凝技术作为一种水处理方法,在世界各国净化水质方面起着重要作用,是解决水环境问题的关键。絮凝工艺的核心技术是絮凝剂的开发与应用,絮凝剂的优劣决定水处理效果。传统絮凝剂多为液体在运输和使用过程中已不能满足现代水处理要求,开发新型高效固体絮凝剂是当今水处理工作的重要任务之一。聚磷硫酸铁锌(PPZFS)利用七水合硫酸亚铁(FeSO_4·7H_2O)为主要原料,浓硫酸为酸化剂,通过PO_4~(3+)对Fe~(3+)和Zn~(2+)的聚合作用进行改性增强絮凝效果。实验采用单因素法通过响应面优化设计确定PPZFS的最佳合成条件,即锌铁摩尔比为0.13,磷铁摩尔比为0.47,碱化度为0.13,反应温度为40℃,熟化时间为24h。PPZFS具有良好的稳定性和絮凝性能,通过逐时络合比色法、扫描电镜、红外光谱以及X-射线衍射法探究PPZFS形态结构。逐时络合比色法表明,PPZFS中Fec含量所占比重最大,Fea、Feb含量较少。随着时间的变化,Fec含量达到稳定,可以推断出絮凝剂PPZFS主要以高铁聚合物的形式存在。电镜扫描表明,PPZFS表面粗糙凹凸不平,聚集体形成空间网状交联、簇状类珊瑚结构,呈现出强聚合形态,与实际絮凝剂合成过程中变成粘稠的固体絮凝剂这一现象相符合。红外光谱分析表明,PPZFS在500—4000cm~(-1)区域内峰形变化明显,这些峰可能为Zn-O-Zn、Fe-O-Fe、Zn-O-Fe和Zn-O的振动,PFS水解的络合铁离子可能生成了新一类高电荷多羟基的活性物质,产生的吸收峰说明PFS和PO_4~(3-)复合后发应可能生成了Fe-PO_4~(3-)Zn等新聚合物。X-射线衍射分析表明,Zn~(2+)和PO_4~(3-)的加入影响了PPZFS的聚合和结晶程度,可能出现Fe_3(H3O)H_(14)(PO_4)_8·4H_2O,Fe_3H15(PO_4)_8·4H_2O和Zn(OH)_2·0.5H_2O等晶体物质,优化后的PPZFS为高分子聚合物,对DON的去除更加有效。探索最佳合成条件下PPZFS的应用效果,采用单因素分析投加量和pH在PPZFS应用于湘江水、生活污水和池塘水过程中对去除DON的影响。PPZFS对湘江水中浊度、UV_(254)、DON均有良好的去除效果,当pH为5~6,投加量以铁计为12mg/L时絮凝性能和各项指标的去除效果最佳。对池塘水和生活污水的应用研究表明,PPZFS对池塘水的絮凝效果较好,但由于污水中有机污染物、COD和BOD含量过高,PPZFS对污水中浊度、UV_(254)、DON的去除效果均较差。
【关键词】：水环境 溶解有机氮 聚磷硫酸铁锌 絮凝剂 湘江
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU991.2
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-32
• 1.1 水资源及受污染现状13-15
• 1.1.1 国内水资源及污染现状13-14
• 1.1.2 湘江水资源及污染现状14-15
• 1.2 絮凝法在水处理中的作用15-16
• 1.2.1 絮凝法在给水处理中的作用15
• 1.2.2 絮凝法在污水处理中的作用15-16
• 1.3 絮凝机理的研究16-18
• 1.3.1 压缩双电层机理16-17
• 1.3.2 电中和作用17
• 1.3.3 吸附架桥作用17-18
• 1.3.4 网捕或卷扫18
• 1.4 絮凝剂的现状及发展趋势18-21
• 1.4.1 无机絮凝剂18-19
• 1.4.2 有机高分子絮凝剂19-20
• 1.4.3 生物絮凝剂20
• 1.4.4 复合絮凝剂20-21
• 1.4.5 絮凝剂的发展趋势21
• 1.5 影响絮凝效果的主要因素21-23
• 1.5.1 水体pH值的影响21-22
• 1.5.2 水体温度的影响22
• 1.5.3 水中悬浮物浓度的影响22
• 1.5.4 絮凝剂投加量的影响22-23
• 1.5.5 水中共存盐类的影响23
• 1.6 DON的国内外研究现状23-26
• 1.6.1 DON的组成24
• 1.6.2 DON的来源24-25
• 1.6.3 国内外研究现状25-26
• 1.7 课题背景、研究内容和目的26-28
• 1.7.1 课题背景26-27
• 1.7.2 研究目的和内容27
• 1.7.3 技术路线27-28
• 参考文献28-32
• 第二章 聚磷硫酸铁锌的制备32-53
• 2.1 实验制备32-33
• 2.1.1 实验仪器32
• 2.1.2 实验药品32-33
• 2.2 PPZFS 的合成33-38
• 2.2.1 PPZFS制备原理33-34
• 2.2.2 PPZFS合成路线34-35
• 2.2.3 PPZFS制备流程35
• 2.2.4 DON测定方法35-38
• 2.3 PPZFS 最佳合成条件的确定38-45
• 2.3.1 絮凝实验方法38-39
• 2.3.2 温度的确定39-40
• 2.3.3 锌铁摩尔比的确定40-42
• 2.3.4 磷铁摩尔比的确定42-43
• 2.3.5 碱化度的确定43-45
• 2.4 响应面优化设计与分析45-51
• 2.4.1 响应面实验设计45-46
• 2.4.2 响应面回归模型分析46-48
• 2.4.3 响应面三维图分析48-50
• 2.4.4 参数优化50-51
• 2.5 本章小结51
• 参考文献51-53
• 第三章 聚磷硫酸铁锌的表征53-67
• 3.1 引言53
• 3.2 主要仪器与试剂53-54
• 3.3 Ferron逐时络合比色法测定Fe的形态54-59
• 3.3.1 Ferron逐时络合比色法测定原理54-55
• 3.3.2 Ferron逐时络合比色法形态测定过程55-57
• 3.3.3 测定结果与讨论57-59
• 3.4 扫描电镜分析59-61
• 3.4.1 扫描电镜分析原理59
• 3.4.2 分析方法59-60
• 3.4.3 扫描电镜分析结果60-61
• 3.5 红外光谱分析法61-64
• 3.5.1 红外光谱分析原理61-62
• 3.5.2 分析方法62
• 3.5.3 红外光谱分析结果62-64
• 3.6 X-射线衍射分析法64-65
• 3.6.0 X-射线衍射分析原理64
• 3.6.1 分析方法64
• 3.6.2 X-射线衍射分析结果64-65
• 3.7 本章小结65-66
• 参考文献66-67
• 第四章 聚磷硫酸铁锌的应用67-77
• 4.1 引言67
• 4.2 主要仪器与试剂67-68
• 4.3 实验及主要指标分析方法68
• 4.3.1 实验方法68
• 4.3.2 分析方法68
• 4.4 PPZFS 应用于湘江水的研究68-71
• 4.4.1 投加量对处理湘江水的影响68-70
• 4.4.2 pH对处理湘江水的影响70-71
• 4.5 PPZFS 对不同水源地的处理效果研究71-75
• 4.5.1 研究内容72-73
• 4.5.2 结果与讨论73-75
• 4.6 本章小结75-76
• 参考文献76-77
• 第五章 结论与展望77-80
• 5.1 结论77-78
• 5.2 展望78-80
• 致谢80-82
• 附录82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：653696