电絮凝技术去除受污染水中钼酸盐的效能与机理

来源 :烟台大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ljn3125678
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
钼(Mo)是一种难熔稀有金属,也是动植物必不可少的微量元素之一,其广泛应用于冶金、制造业、农业、航天、医疗等领域。随着钼矿的大量开采,开采过程产生的废水、废渣以及尾矿处理不当,导致钼矿周围的地下水、地表水以及土壤等污染极为严重。钼在水体中主要是以钼酸盐(Mo O42-)的形式存在,而目前去除水中钼酸盐的手段主要有:化学沉淀法、吸附法、离子交换法、人工湿地法以及混凝沉淀法等。电絮凝(Electrocoagulation,EC)是一种电化学水处理技术,因其众多的优势广泛应用于去除水中各种污染物如有机物、油类、重金属和类金属、细菌、病毒等,但是使用电絮凝法去除水中钼酸盐的研究尚未见相关报道,因此,本研究使用电絮凝法去除水中钼酸盐,为后续的实际应用提供理论的指导和数据的支持。本研究对电絮凝的工艺参数如电极材料、电极个数、电极连接方式、电流密度进行了优化,考察了初始p H值、背景电解质、氯化钠浓度对电絮凝去除钼酸盐的影响以及探讨了电絮凝去除钼酸盐机制,主要研究结果如下:电絮凝去除水中钼酸盐的最佳的运行参数:选择4块铝电极,单极并联式连接,电流密度为2.5 A/m~2的运行参数,在此条件下电絮凝运行60 min能够将初始浓度为0.3 mg/L,p H值为6.7的钼酸盐模拟水溶液中Mo(VI)浓度降至生活饮用水卫生标准中钼浓度的要求限值以下,并且Mo(VI)去除率高达95%,电絮凝产生的能耗为0.15k Wh/m~3,总成本为13.48元/m~3。溶液初始p H值主要会影响Mo(VI)的去除速率,酸性条件(p H=4.6、5.6)下去除速率较快,而其他条件(p H=6.7、7.6、8.5、9.4)下p H值越高去除速率越慢,但随着反应进行60 min后Mo(VI)的去除率都能达到90%及以上。因为在酸性条件下存在Al3+以及水解产物Al(OH)2+、Al(OH)2+等,有利于电荷中和作用,随着反应的进行体系中产生大量的絮体,最终通过网捕卷扫、共沉淀以及气浮作用将Mo(VI)去除。背景电解质中的阴离子会与Mo(VI)产生竞争作用,Mo(VI)的去除效果:无电解质(98.9%)>氯化钠(96.0%)>硝酸钠(73.5%)>硫酸钠(22.8%),无电解质条件下电导率很低导致会产生很高的能耗,氯化钠可以为溶液提供一定的电导率并降低能耗,还能溶解阳极的氧化膜提高电流效率,硝酸钠和硫酸钠会使阳极钝化导致产生较高的能耗,并且还会发生副反应使溶液p H值升高以及阴极的损失量增加,XRD分析表明不同背景电解质条件下产生的絮体均为铝的氢氧化物。氯化钠浓度影响主要表现为:氯化钠浓度越低Mo(VI)去除效果越好,0 mol/L、0.01 mol/L、0.05 mol/L、0.10 mol/L的去除率分别为98.9%、96%、68.2%、56.7%,而能耗则相反,氯化钠浓度越低能耗越高。动力学分析表明电絮凝在不同电流密度以及不同初始Mo(VI)浓度下去除水中钼酸盐的过程符合伪一级动力学模型。絮体的XRD分析表明,在2.5 A/m~2、Mo(VI)浓度为0.3 mg/L条件下的沉淀物和浮渣的晶形结构一致,主要为拜耳石、勃姆石;而50 A/m~2、Mo(VI)浓度为150 mg/L条件下的沉淀物和浮渣晶形有所差异,沉淀物为拜耳石、勃姆石、三水铝石,而浮渣主要为拜耳石、勃姆石,这两种条件下并没有产生其他物质。通过SEM/EDX发现在50 A/m~2、Mo(VI)浓度为150 mg/L条件下的沉淀物和浮渣中均有Mo的存在。XPS分析表明:在全扫光谱中232.9 e V处出现了一个新的峰值,证明了絮体中有钼的存在,而Mo 3d的光谱显示在235.7 e V和232.6 e V结合能处的峰为Mo(VI)。傅里叶变换红外光谱FTIR分析表明,絮体为铝的氢氧化物,而高电流密度下,反应会更加剧烈。电絮凝絮体除钼酸盐与电絮凝直接除钼酸盐对比的实验表明,电絮凝过程存在吸附以及电荷中和的作用。化学混凝除钼酸盐与电絮凝除钼酸盐的对比实验说明,电絮凝原位产生的絮凝剂比一次性投加的絮凝剂更高效,并且电絮凝反应是一个不断累积的过程,更有利于钼酸盐的去除。电絮凝去除水中钼酸盐的机理主要是:铝阳极在直流电场作用下溶解出Al3+与阴极产生的OH-结合形成Al(OH)3(s),而Al3+还会水解成Al OH2+、Al(OH)2+、Al(OH)3(aq)、Al(OH)4-,聚合物以及铝的氢氧化物等,以上物质通过电性中和、静电吸附钼酸盐。随着反应的进行,会产生大量铝的氢氧化物,这些铝的氢氧化物不断积累体积逐渐变大,对水中钼酸盐进行网捕卷扫,加速其沉淀,最终形成沉淀物,而其中一部分絮体密度较小,会粘附在阴极产生的氢气气泡上,通过气浮的方式将钼酸盐去除。
其他文献
高桩码头因为构造简单、可承受较大荷载、对波浪的减弱效果好,并且适用于沿海地区分布较广的软土地基,在我国港口工程中已应用相当广泛。然而,在历次破坏性地震中,沿海港口地区由于工程地质条件原因,容易出现液化侧扩流现象,造成大量的高桩码头破坏。因此,针对液化侧扩流场地桩基的抗震研究已成为岩土抗震领域的一项关键问题,为了提高我国建筑物的抗震能力和减轻地震损失,有必要对该问题进行深入研究。本文以液化侧扩流场地
学位
混凝土耐久性研究在混凝土结构领域一直热点不断,硫酸盐侵蚀是影响混凝土的主要耐久性能因素之一,而荷载和碳化作用的影响也不容忽视。本课题组于2019年11月受邀加入国际材料与结构研究实验联合会RILEM TC 281-CCC WG4技术委员会,参与一项由中国建筑材料科学研究总院CBMA负责的研究荷载与碳化耦合作用下混凝土耐久性能的试验。该试验由国内和国际多个院校与组织同时进行,并定期召开国际会议,交流
学位
随着生活中的信息数据量不断增长,获取完整有效的数据变得至关重要。但是由于现实世界中的网络存在各种各样的权限设置以及网络中个体的隐私保护需求,大多数从现实世界中收集到的静态网络数据是信息缺失的。然而,在不完整的静态网络中,仅仅基于部分已知的节点和边来恢复缺失的节点和边是非常具有挑战性的。针对现有的工作中存在推理精度差,适用性差,对网络拓扑结构利用不足,以及计算复杂度大等局限性,本文提出了循环注意力机
学位
通过应用程序编程接口(API)复用已有的软件框架或类库,极大地缩短了软件的开发周期,提高了相关从业人员的开发效率。但是由于软件经常会出现API误用的情况,API误用缺陷是软件bug的主要来源,API误用缺陷检测是保证软件质量重要的一环。与此同时,在真实工业场景下由于API调用的错综复杂,修复一个缺陷bug成本极高,API误用缺陷修复推荐能够帮助开发人员减轻工作负担,提升软件质量。正确的使用API需
学位
随着软件不断迭代发展,软件的结构会变得混乱,系统维护难度也随之增加,软件质量也会受到一定影响,软件维护成本随之增加。对于大型复杂软件系统,采用人工的方式对其进行重构难度过高,并且很难保证重构解决方案具有通用性。自动化重构可以降低软件维护成本且具有一定的通用性,其中基于搜索的软件重构方法是解决该问题最典型的方法之一。其中目标的选择对搜索过程起决定性作用,质量目标与非质量目标都是开发人员在重构时通常会
学位
随着无线电力传输技术(Wireless Power Transfer,WPT)的出现,能量发射器和接收器之间的电力传输方式突破原有限制,由原先的有线方式逐渐过渡到无线方式进行,进而产生了无线充电传感器网络(Wireless Rechargeable Sensor Networks,WRSN)的新型传感器网络架构。目前传统的WRSN领域工作主要集中在最大化网络寿命、优化充电效率和优化充电质量方面,而
学位
多模态聚类的目的是通过挖掘并融合多个模态的一致性和互补性信息来完成数据分组,已经引发了多方面多角度的探索。例如引入神经网络解决了数据特征提取的问题和使用成对约束或自监督学习等方法来指导多模态聚类。与此同时,针对多模态数据中部分实例缺失的情况,不完全多模态聚类的课题也被广泛研究,得到快速发展。尽管多模态聚类研究已经取得很大的突破,但仍存在一些问题有待解决。本文从三个角度入手,对深度多模态聚类进行研究
学位
我国矿产资源丰富,由于矿产资源的掠夺性开采和环境保护长期滞后于经济发展,矿产资源不仅促进了国民经济的发展,也带来了一系列环境污染问题。铊和钼是矿区污水中两种典型的阳离子和阴离子污染物,在国内外许多地区已发生多起钼、铊超标造成环境污染事件,其去除技术已引起广泛研究。与传统除钼、铊方法相比,吸附法因其操作简单、低成本、效率高且吸附剂可循环再生等优点引起广泛关注。但关于对水中阴离子和阳离子重金属污染物均
学位
随着垃圾分类的强制执行,垃圾分类回收系统也日益完善,垃圾被运往填埋场或者焚烧厂的途中会在垃圾中转站被压缩而产生压滤液,这部分垃圾压滤液污染物浓度高,不能随意排放。目前传统的处理方法还存在弊端,如压滤液中高浓度的氨氮容易导致生物处理中的微生物失活;物化法只能作为垃圾渗滤液的预处理和深度处理方法;联合处理工艺复杂,成本高。压滤液的水质复杂,处理难度较大,在考虑处理工艺的有效性和稳定性的同时,还要兼顾处
学位
钢管束混凝土组合剪力墙是由方钢管和U型钢管焊接,并在钢管内浇筑混凝土而成的一种钢-混凝土组合剪力墙,作为结构的主要抗侧力构件,它不仅具有较高的承载能力和良好的抗震性能,而且能够实现模数化设计、工厂化生产和装配化施工。本文在试验的基础上,对钢管束混凝土组合剪力墙的力学性能及其影响因素进行了对比分析,提出了低周反复荷载作用的恢复力模型及模型参数,根据恢复力模型绘制了滞回曲线,并与试验曲线进行了校核分析
学位