沸石填料人工湿地去除雨水径流重金属污染的研究

发布时间：2020-03-21 07:40

【摘要】：雨水径流中有相当量的重金属、悬浮物和COD,如果直接排入受纳水体,将对城市水环境产生重大的影响。而以人工湿地为代表的生态净化类技术以其高效、生态、低能耗、管理维护方便、耐冲击负荷的特点在径流雨水污染控制中得到了广泛的应用。本文以雨水径流重金属污染防治为背景,通过沸石吸附试验和人工湿地模拟试验,研究了沸石对典型重金属离子铅(pb2+)、铜(Cu2+)、锌(Zn2+)、铬(Cr3+)的吸附机理和竞争吸附特性,以及以沸石为填料的人工湿地对上述金属离子的去除机理,并重点研究了湿地中存在的重金属释放现象和释放规律。主要研究内容如下： (1)为了探究天然斜发沸石对铅(Pb2+)的吸附机理,将沸石分别置于高浓度和低浓度铅溶液中,并将不同吸附时间的沸石取样后进行NaCl和HNO3脱附试验,探讨沸石对铅的吸附过程及不同阶段的主导吸附机制。实验结果表明天然斜发沸石对铅的吸附机理主要包括离子交换和物理吸附,其中物理吸附占主导作用。此外,离子交换主要发生在沸石外表面,其交换量受溶液初始浓度影响较小,并在5min内达到平衡,与高浓度相比,低浓度情况下离子交换所占百分比更高,效应更显著。物理吸附在低浓度情况下主要发生在沸石外表面,达到平衡所需时间较短,高浓度情况下可能由于扩散发生微孔表面物理吸附,扩散过程比较缓慢,需要较长的时间才能达到平衡,与低浓度相比,高浓度情况下物理吸附所占百分比更高,作用更明显。 (2)以Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr3+为试验对象,在多元竞争吸附情况下,对沸石吸附上述离子的特性进行了实验研究。实验结果表明在单一吸附情况下,沸石对四种金属离子吸附量顺序为Cr3+Cu2+Pb2+Zn2+,该现象主要与金属离子的水解常数有关。在二元竞争吸附情况下,金属离子间存在着明显的置换作用,并且除Cr3+可能由于水解导致吸附量增大外,其余三种元素吸附量相对单一情况均有所减少,沸石对四种金属离子的选择顺序为Cr3+Pb2+Cu2+Zn2+、其竞争力的大小不仅受金属离子的水解常数控制,还与离子的电负性和离子的水合能有关。 (3)以人工配制含有重金属的雨水为研究对象,试验研究了沸石填料人工湿地中对重金属的去除机理,并重点研究了湿地中的重金属释放现象,对释放源及其形态分布进行了进一步的研究。结果表明,Pb2+、Cu2+、Cr3+在湿地中去除机理为：沉淀形式去除量沸石吸附去除量植物吸收去除量,Zn2+则是沸石吸附去除量沉淀形式去除量植物吸收去除量。湿地对铅的平均去除效率约为100%,铜约为98%,铬约为75%,锌为65%-72%,其去除效果主要与重金属的去除机理、重金属的初始浓度以及沸石的吸附能力有关。以沉淀物形式存在的重金属受外界和环境影响较大,在一定条件下可以释放出来,是湿地重金属释放的来源。沉淀物中重金属的可交换态和碳酸盐结合态的比例决定了其释放能力的强弱。此外,植物根系的供氧对沉淀物中重金属的释放具有促进作用。
【图文】：

照片,成份,图片,优级

实验所用的Pb(N03)2、NaCl、NaOH为分析纯，HNO3为优级纯。天然斜发沸石的成份如表2.1,电镜扫描照片如图2.1。表2.1天然斜发沸石的成份成份 Si02 AI2O3 Na20 K2O CaO MgO FeaOs FeO TiOa MnCh百分比％ 68.4 11.2 3.1 2.2 1.5 0.63 0.59 0.12 0.13 0.089

原子吸收光谱仪,摇床,实验仪器,恒温

2.2.2试验仪器实验所用振荡装置为IKAks4000i控制型恒温摇床，装置如图2.2 (a),水样中银的测定果用原子吸收光谱仪（AAS，Thermofisher Scientific ice3500),装置如图2.2 (b),溶液的pH测定使用Thermofisher Scientific Orion3-star pH计，抽滤采用HPD-25真空抽滤装置，XRD分析使用X，pertPROX射线衍射仪，沸石成份分析采用ICP-MS(Nexion300q)，，电镜扫描采用FEG650场发射环境扫描电镜及能谱仪。■pspwlL^：：悘 IMd if(a) (b)图2.2部分实验仪器(a)恒温摇床（b)原子吸收光谱仪2.2.3试验方法等温吸附线可以很好地估算天然斜发沸石对错的吸附性能，取0.5 g沸石粉加入塑料瓶中
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703

【参考文献】