砂滤-纳滤工艺处理高砷、氟地下水的研究

发布时间：2020-10-13 22:55

　　 我国村镇人口占据全国总人口的一半以上,村镇居民的生活饮用水水源主要来自于地下水,部分地区地下水中氟、砷离子的污染给人们的身体健康和生命活动造成了巨大的威胁和严重的影响。近些年来,水体安全尤其是超标的砷、氟饮用水所引发的各类疾病的发病率呈明显上升的趋势,食品安全和饮用水安全越来越受到人们的重视。为了解决这一严重问题,本实验采用砂滤、纳滤工艺对模拟高砷、氟地下水净化的可行性进行研究,探究最佳的工艺参数及其砂滤、纳滤除砷、氟的机理。具体研究结果如下:(1)在砂滤对高氟地下水的去除过程中,考察了滤料的填充比例与排布方式、动态砂滤柱的进样速度、氟离子的初始浓度、滤柱串联、水质pH等因素对氟离子去除效果的影响。实验结果表明分段分层填充的三层滤料的填充方式除氟效率较高,单个滤料的去除效果为锰砂石英砂铁粉。以填充三层滤料的滤柱装置,探究对氟离子的去除率,得出在过滤速度为1.2 m/h、原水氟离子浓度为15 mg/L、pH为8.0、两根滤柱串联的工艺条件下氟离子的去除效率可达到97.1%,达到国家饮用水标准。(2)在纳滤工艺对氟离子去除的研究中,通过单因素实验探讨了纳滤除氟过程中的操作压力、进水水样温度、水样pH、含氟水样的进水浓度、共存无机盐离子及天然有机物等条件对氟离子去除效果的影响。利用响应曲面法优化操作压力、进水水样温度、水样pH三个因素,得出最优的工艺参数,即:压力为0.28 MPa、原水pH为8.5、温度为22℃,在此条件下当进水水样氟离子浓度为12 mg/L时,氟离子的去除率可达到94%以上,水质条件达到国家饮用水标准。(3)采用纳滤工艺依次对As~(3+)和As~(5+)去除的研究中,考察了膜装置在运行过程中的各项参数,包括:砷的初始浓度、进水pH、膜操作压力等。结果表明,As~(5+)的去除效率要远大于As~(3+),碱性条件有利于As~(3+)和As~(5+)的去除,随pH的升高As~(5+)的去除效率有明显升高的趋势,而As~(3+)的去除率升高趋势相对较缓;As~(3+)的去除率会随着其浓度的升高而降低,而As~(5+)的去除率会随着其浓度的升高而升高;压力由0.1 Mpa增加到0.6 Mpa的过程中,As~(3+)和As~(5+)的去除率均呈现降低的趋势,其中As~(3+)的去除率下降更明显。(4)在砂滤对高砷地下水的去除过程中,依次考察了砂滤柱的进样速度、砷离子的初始浓度、水质pH等因素对砷离子去除效果的影响,优化砂滤除砷的工艺参数。结果表明,砂滤对As~(3+)的去除效率整体上高于As~(5+);在过滤速度由0.4 m/h上升到2.0 m/h的过程中,As~(3+)和As~(5+)的下降趋势基本相同,As~(5+)的去除率由94.9%下降到92.5%,As~(3+)的去除率由96.3%下降到94.3%,二者均下降约2%;在酸性条件下砂滤对As~(3+)和As~(5+)的去除率较低,在中性和弱碱性条件下去除率较高,当pH为8时As~(3+)和As~(5+)的去除率均达到最高,分别为96.2%和94.9%,而在强碱性条件下砷的去除率有所下降;动态滤柱连续运行过程中,随出水总量的增加,砷的出水浓度逐渐升高,在出水总量为4–20 L的范围内,As~(3+)的出水浓度增加趋势较As~(5+)缓慢,当出水总量超过20 L时As~(3+)出水浓度的增加量比As~(5+)明显。(5)由于砂滤或纳滤处理含氟地下水的出水水质均能达到国家饮用水标准,而单一工艺对高砷地下水的处理则无法达标,因此采取砂滤-纳滤联合工艺来处理高砷地下水。相比于单一工艺,砂滤-纳滤联合工艺对砷的去除更高效。在进水水样砷浓度为400μg/L时,联合工艺可将其浓度降至1 ug/L左右,达到国家饮用水标准。综上所述,通过工艺参数的优化,采用砂滤或纳滤单一工艺可以使氟离子初始浓度为12 mg/L的出水水质达到国家饮用水标准。而砂滤-纳滤联合工艺,在进水水样砷浓度为400μg/L时,对高砷地下水中砷的去除较为高效。因此,砂滤或纳滤砂对高氟地下水的处理具有较高的可行性,砂滤和纳滤联合工艺是一种切实可行的除砷工艺,为新疆地区高砷、高氟水域的处理提供了新的解决方法和思路。
【学位单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU991.2
【部分图文】：

.1 研究背景.1.1 新疆地区地下水氟和砷离子污染概况新疆位居我国西北部，河流湖泊较少，水量小，并且大部分都属于季节性河流，海较远，年降水较少，但是其蒸发量大，属于干旱半干旱地区，水资源不足[1-2]。近来，随着新疆大量的水利工程的修建，大部分地区生活用水的问题得到了有效的解决是在新疆部分偏远农村地区仍有很多居民的生活用水水质安全性没有得到保障。有区依旧在饮用一些卫生不达标的涝坝水、河渠水，甚至是氟超标、砷超标的浅层地[3]。超标的砷氟饮用水所引发的各类疾病的发病率呈明显上升的趋势，严重影响着地区农村居民的身体健康，对新疆地区的农业生产和经济发展造成了一定的影响[4]地下水水质数据显示，奎屯地区饮用水井中砷的含量超过 830 μg/L[5]，远远超出饮用水标准（GB5749-2006,10 μg/L）。新疆高砷地下水区主要分布在准噶尔盆地南缘起艾比湖，东到玛纳斯河东岸的莫索湾[6-7]。相关研究表明图 1-1，准噶尔盆地南缘水中的砷浓度高于国家饮水标准 10 μg/L 的概率大于 70%[8]。据估计，准噶尔盆地高山向盆地下部每年释放约 10.5 吨的砷[9]。

图 2-1 砂滤装置示意图Figure 2-1 Schematic diagram of the sand filter–滤柱出水口 3–溢流槽导水口 4–铁粉填充区8–锰砂填充区 9–水样进水口 10–滤柱底座 的示意图，此砂滤柱自行设计一体化多装置。此滤柱由有机钢化玻璃材料加工柱高 37 cm,底座厚度 1 cm，直径为 15 cm，滤柱主体内径 2 cm，壁厚 0.3 cm，高料分别填充 8 cm），进出水导管壁厚 0.2于，填料主体区域分为三个区域，自上而下料区，各个填料区用滤膜隔开。待处理水样这样可以通过调节蠕动泵的转速来合理的控区域的选择主要考虑到三种滤料的去除效果素：锰砂和石英砂采用的是粒径为 0.8–1.2

过滤状态的稳定性，因而将粒径相对大的滤料放在进水口，即，滤柱的下端。此外，在滤柱各个滤料填充的交界处，沿程分别设置取样孔，以此来分别检测水样中砷、氟离子的剩余浓度。滤柱的底座设置三个呈等边三角形的小孔作为螺丝孔，以方便滤纸更好的固定在地面上或者台面上。在滤柱的上方设置防止溢流的储水槽和导水孔，以保证滤柱可稳定持续的工作。2.1.2 纳滤装置图
【参考文献】

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3 徐光瑞;;预焙阳极生块生产中影响沥青加入量的因素分析[J];山东工业技术;2014年22期

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10 ;纳滤法处理含氟废水工艺[J];今日农药;2012年05期

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1 董婧;铁锰复合氧化物的制备及除砷性能研究[D];武汉理工大学;2013年

本文编号：2839808