本文關鍵詞：去除水環(huán)境中溶解有機氮的高分子復合絮凝劑的制備與表征研究

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【摘要】：水是生態(tài)環(huán)境的重要組成,保障水環(huán)境的安全有利于經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。溶解有機氮(DON)是水環(huán)境中重要組成部分,隨著工農業(yè)的發(fā)展及城市化進程的加劇,水環(huán)境中的DON含量急劇上升,給飲用水處理帶來不利的影響。為保障水環(huán)境安全,改善飲用水水質,DON的污染治理研究已成為重要的環(huán)境課題。絮凝技術作為一種水處理方法,在世界各國凈化水質方面起著重要作用,是解決水環(huán)境問題的關鍵。絮凝工藝的核心技術是絮凝劑的開發(fā)與應用,絮凝劑的優(yōu)劣決定水處理效果。傳統(tǒng)絮凝劑多為液體在運輸和使用過程中已不能滿足現(xiàn)代水處理要求,開發(fā)新型高效固體絮凝劑是當今水處理工作的重要任務之一。聚磷硫酸鐵鋅(PPZFS)利用七水合硫酸亞鐵(FeSO_4·7H_2O)為主要原料,濃硫酸為酸化劑,通過PO_4~(3+)對Fe~(3+)和Zn~(2+)的聚合作用進行改性增強絮凝效果。實驗采用單因素法通過響應面優(yōu)化設計確定PPZFS的最佳合成條件,即鋅鐵摩爾比為0.13,磷鐵摩爾比為0.47,堿化度為0.13,反應溫度為40℃,熟化時間為24h。PPZFS具有良好的穩(wěn)定性和絮凝性能,通過逐時絡合比色法、掃描電鏡、紅外光譜以及X-射線衍射法探究PPZFS形態(tài)結構。逐時絡合比色法表明,PPZFS中Fec含量所占比重最大,Fea、Feb含量較少。隨著時間的變化,Fec含量達到穩(wěn)定,可以推斷出絮凝劑PPZFS主要以高鐵聚合物的形式存在。電鏡掃描表明,PPZFS表面粗糙凹凸不平,聚集體形成空間網狀交聯(lián)、簇狀類珊瑚結構,呈現(xiàn)出強聚合形態(tài),與實際絮凝劑合成過程中變成粘稠的固體絮凝劑這一現(xiàn)象相符合。紅外光譜分析表明,PPZFS在500—4000cm~(-1)區(qū)域內峰形變化明顯,這些峰可能為Zn-O-Zn、Fe-O-Fe、Zn-O-Fe和Zn-O的振動,PFS水解的絡合鐵離子可能生成了新一類高電荷多羥基的活性物質,產生的吸收峰說明PFS和PO_4~(3-)復合后發(fā)應可能生成了Fe-PO_4~(3-)Zn等新聚合物。X-射線衍射分析表明,Zn~(2+)和PO_4~(3-)的加入影響了PPZFS的聚合和結晶程度,可能出現(xiàn)Fe_3(H3O)H_(14)(PO_4)_8·4H_2O,Fe_3H15(PO_4)_8·4H_2O和Zn(OH)_2·0.5H_2O等晶體物質,優(yōu)化后的PPZFS為高分子聚合物,對DON的去除更加有效。探索最佳合成條件下PPZFS的應用效果,采用單因素分析投加量和pH在PPZFS應用于湘江水、生活污水和池塘水過程中對去除DON的影響。PPZFS對湘江水中濁度、UV_(254)、DON均有良好的去除效果,當pH為5~6,投加量以鐵計為12mg/L時絮凝性能和各項指標的去除效果最佳。對池塘水和生活污水的應用研究表明,PPZFS對池塘水的絮凝效果較好,但由于污水中有機污染物、COD和BOD含量過高,PPZFS對污水中濁度、UV_(254)、DON的去除效果均較差。
【關鍵詞】：水環(huán)境 溶解有機氮 聚磷硫酸鐵鋅 絮凝劑 湘江
【學位授予單位】：湖南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU991.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-32
• 1.1 水資源及受污染現(xiàn)狀13-15
• 1.1.1 國內水資源及污染現(xiàn)狀13-14
• 1.1.2 湘江水資源及污染現(xiàn)狀14-15
• 1.2 絮凝法在水處理中的作用15-16
• 1.2.1 絮凝法在給水處理中的作用15
• 1.2.2 絮凝法在污水處理中的作用15-16
• 1.3 絮凝機理的研究16-18
• 1.3.1 壓縮雙電層機理16-17
• 1.3.2 電中和作用17
• 1.3.3 吸附架橋作用17-18
• 1.3.4 網捕或卷掃18
• 1.4 絮凝劑的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢18-21
• 1.4.1 無機絮凝劑18-19
• 1.4.2 有機高分子絮凝劑19-20
• 1.4.3 生物絮凝劑20
• 1.4.4 復合絮凝劑20-21
• 1.4.5 絮凝劑的發(fā)展趨勢21
• 1.5 影響絮凝效果的主要因素21-23
• 1.5.1 水體pH值的影響21-22
• 1.5.2 水體溫度的影響22
• 1.5.3 水中懸浮物濃度的影響22
• 1.5.4 絮凝劑投加量的影響22-23
• 1.5.5 水中共存鹽類的影響23
• 1.6 DON的國內外研究現(xiàn)狀23-26
• 1.6.1 DON的組成24
• 1.6.2 DON的來源24-25
• 1.6.3 國內外研究現(xiàn)狀25-26
• 1.7 課題背景、研究內容和目的26-28
• 1.7.1 課題背景26-27
• 1.7.2 研究目的和內容27
• 1.7.3 技術路線27-28
• 參考文獻28-32
• 第二章 聚磷硫酸鐵鋅的制備32-53
• 2.1 實驗制備32-33
• 2.1.1 實驗儀器32
• 2.1.2 實驗藥品32-33
• 2.2 PPZFS 的合成33-38
• 2.2.1 PPZFS制備原理33-34
• 2.2.2 PPZFS合成路線34-35
• 2.2.3 PPZFS制備流程35
• 2.2.4 DON測定方法35-38
• 2.3 PPZFS 最佳合成條件的確定38-45
• 2.3.1 絮凝實驗方法38-39
• 2.3.2 溫度的確定39-40
• 2.3.3 鋅鐵摩爾比的確定40-42
• 2.3.4 磷鐵摩爾比的確定42-43
• 2.3.5 堿化度的確定43-45
• 2.4 響應面優(yōu)化設計與分析45-51
• 2.4.1 響應面實驗設計45-46
• 2.4.2 響應面回歸模型分析46-48
• 2.4.3 響應面三維圖分析48-50
• 2.4.4 參數(shù)優(yōu)化50-51
• 2.5 本章小結51
• 參考文獻51-53
• 第三章 聚磷硫酸鐵鋅的表征53-67
• 3.1 引言53
• 3.2 主要儀器與試劑53-54
• 3.3 Ferron逐時絡合比色法測定Fe的形態(tài)54-59
• 3.3.1 Ferron逐時絡合比色法測定原理54-55
• 3.3.2 Ferron逐時絡合比色法形態(tài)測定過程55-57
• 3.3.3 測定結果與討論57-59
• 3.4 掃描電鏡分析59-61
• 3.4.1 掃描電鏡分析原理59
• 3.4.2 分析方法59-60
• 3.4.3 掃描電鏡分析結果60-61
• 3.5 紅外光譜分析法61-64
• 3.5.1 紅外光譜分析原理61-62
• 3.5.2 分析方法62
• 3.5.3 紅外光譜分析結果62-64
• 3.6 X-射線衍射分析法64-65
• 3.6.0 X-射線衍射分析原理64
• 3.6.1 分析方法64
• 3.6.2 X-射線衍射分析結果64-65
• 3.7 本章小結65-66
• 參考文獻66-67
• 第四章 聚磷硫酸鐵鋅的應用67-77
• 4.1 引言67
• 4.2 主要儀器與試劑67-68
• 4.3 實驗及主要指標分析方法68
• 4.3.1 實驗方法68
• 4.3.2 分析方法68
• 4.4 PPZFS 應用于湘江水的研究68-71
• 4.4.1 投加量對處理湘江水的影響68-70
• 4.4.2 pH對處理湘江水的影響70-71
• 4.5 PPZFS 對不同水源地的處理效果研究71-75
• 4.5.1 研究內容72-73
• 4.5.2 結果與討論73-75
• 4.6 本章小結75-76
• 參考文獻76-77
• 第五章 結論與展望77-80
• 5.1 結論77-78
• 5.2 展望78-80
• 致謝80-82
• 附錄82

【參考文獻】

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本文編號：653696