磁性离子交换树脂（MIEX）组合工艺对微污染有机物的去除效果及机制研究

发布时间：2020-05-01 01:54

【摘要】：最近,新兴污染物逐渐成为环境研究的焦点。药品和个人护理产品(Pharmaceuticals and personal care products,PPCPs)是新兴污染物最重要的组分之一,由于过量使用和不完全代谢导致大量PPCPs被排放到水环境中。某些PPCPs会对人类、野生生物和水生生态系统构成长期威胁。传统的水处理厂通常无法有效去除PPCPs,并且在世界各地的废水、海水、地表水和饮用水中均检测到PPCPs的存在。在天然水体中有两种物质广泛存在,一种是天然有机物,另一种是无机浊度物质,天然有机物和无机浊度物质可以影响水环境中各种有机化合物的环境分布。本文采用混凝、磁性离子交换(Magnetic ion exchange resin,MIEX)树脂、超滤及其组合工艺对复合微污染水体进行处理,采用多种表征方法,探讨了对污染物的处理效果及反应机理。具体研究内容如下:水环境中的天然有机物(Natural organic matter,NOM)可以和有机化合物相互作用,这可能在水处理过程中强烈影响有机化合物的分布和转化。该研究的重点是通过在单组分和双组分系统中使用强化混凝和MIEX树脂吸附去除NOM(腐殖酸,Humic acid,HA)和合成有机物质(布洛芬,Ibuprofen,IBP)。使用了两种混凝剂,即传统的硫酸铝(Aluminum sulfate,AS)混凝剂和实验室制备的聚合氯化铝(Polyaluminum chloride,PAC1)混凝剂。在单组分和双组分体系中研究了有机物在去除过程中的电荷性质、粒度分布和分形维数(D_f),以探索混凝剂、MIEX树脂和有机物之间相互作用的行为和机理。实验结果表明,铝盐混凝剂可以在单一和IBP-HA复合体系中去除超过80%的HA,并且HA的存在可以显着提高IBP去除率。在单组分体系中,混凝期间形成的絮体比在相同混凝条件下双组分体系中形成的絮体大,但是较为松散。在单组分体系中,当树脂用量为20.0 mL/L,接触时间为60 min时,MIEX树脂吸附对IBP和HA的最大去除率分别为65%和72%。相同条件下在双组分体系中,对IBP和HA的去除率分别提高到68%和98%。还可以发现IBP和MIEX树脂之间的反应速率比HA和MIEX树脂之间的反应速率快。研究了浊度对MIEX树脂-超滤(Ultrafiltration,UF)组合工艺去除有机微污染物(卡马西平,Carbamazepine,CBZ)的影响。通过扫描电子显微镜、高效液相色谱、Zeta电位和粒度分布分析研究了MIEX/UF工艺的去除行为。实验结果表明,在最佳剂量和接触时间下,MIEX树脂在不同浊度的水样中可以去除64-74%的CBZ,在浊度为20±1.1 NTU的水样中CBZ去除率最小为64%,浊度为60±1.0 NTU时产生最大去除率为74%。UF实验结果表明,UF不能有效去除CBZ,但是,UF比MIEX树脂更适合去除浊度。在单独的UF系统中,当浊度为20±1.1 NTU时在第一个过滤循环中导致通量降低60%,而在浊度为1.0±0.1 NTU、40±1.0 NTU和60±1.0 NTU时水通量分别降低48%、52%和45%。对于不同浊度的水样,通过MIEX树脂预处理后膜污染明显减轻,同时也提高了对CBZ/浊度的去除效率。反洗后使用UF膜四次以研究膜的可重复使用性。MIEX树脂与UF相结合的一体化工艺可以显着提高膜的再利用性,并且还可以防止树脂引起的二次污染。采用混凝、MIEX树脂吸附和超滤去除单组分和双组分体系中的水杨酸(Salicylic acid,SA)、腐殖酸(HA)和浊度颗粒。在单组分体系中,混凝虽然可以有效去除HA,但在去除SA方面是不可取的。相反,由于其优异的吸附性能和尺寸排阻效果,导致MIEX树脂在吸附过程中对SA实现了高的去除效果。在双组分系统中,观察到SA和HA去除率有不同程度的降低。对于MIEX树脂吸附实验,部分吸附位点被HA占据,从而导致SA去除效率降低,但对HA去除效率影响不大。此外,MIEX树脂和混凝的组合工艺可以显着提高有机物的去除率。UF实验结果表明,UF对SA的去除效率比MIEX树脂的去除效果差但是比混凝的效果好。但是,UF比MIEX树脂更适合去除浊度。MIEX树脂-UF组合工艺可以防止因为树脂破碎而引起的二次污染。
【图文】：

离子交换树脂（MIEX）组合工艺对微污染有机物的去除效果及机制研究脂-超滤组合工艺能耗相对较低的情况下有效地去除微生物和微粒，因此为重要选择工艺。膜污染是制约超滤膜发展的主要因素，，降低，能耗增大。对待处理的水样进行预处理，可以有效的实现两个目标：（1）消除胶体颗粒的渗透或有机物进入膜特征，从而降低其沉积在膜表面和孔内的可能性。

随后确定总 Al 浓度。滴定法符合中国国家标准。两种铝盐混凝剂中 Al 形态布如表 2.1 所示。可以发现混凝剂 AS 主要是由单体物质-Ala组成。在混凝剂 PACl 中Alb的含量大于 Ala和 Alc。表 2.3 在不同的铝盐混凝剂中 Al 形态分布Method Coagulants Ala(%) Alb(%) Alc(%)27Al NMR AS 99.29 0.41 0.30PACl 16.50 48.13 35.37Al-Ferron AS 99.31 0.39 0.30PACl 16.37 47.86 35.772.5 MIEX 树脂
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

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本文编号：2646423