微塑料污染的聚硅铁混凝去除及其影响因素研究

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塑料制品虽然已成为人类生活中不可或缺的东西,但它们会向环境释放微塑料。微塑料一般是指尺寸<5mm的塑料,对动植物及生态环境都有一定的危害性,微塑料污染也成为目前急需解决的问题。基于聚硅铁(PSF)的优异混凝沉降性能,本研究以模拟地表水、模拟生活污水和实际污水为实验水样,以聚合氯化铝(PAC)为对比研究了PSF混凝去除尼龙66(PA66)及混合微塑料(混微)的效果,考察了投药量、p H及PA66和混微含量对去除效果的影响,同时借助显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和纳米粒度仪对混凝絮体进行微观特征分析,然后应用响应面法对工艺参数进行优化实验,最后对PSF去除微塑料的混凝机理进行了简单探讨。研究结果如下:对于模拟地表水,投药量为0.14 mmol/L时,PSF对PA66及混微的去除率分别为92.8%及89.7%;水样p H在5~10时,PA66去除率均在80%以上,随p H值的升高,PSF对PA66的去除效果提高;随PA66含量的增加,其去除率增加。对于模拟生活污水,PSF去除PA66的较佳投药量为0.009 mmol/L,去除率为90.7%,去除混微的较佳投药量为0.007 mmol/L,去除率为87%;水样p H为6~10时,PA66去除率均在89%以上,且p H值越高,PA66去除率越大;同样地,PA66含量越大,其去除率越大。对于实际污水,较佳投药量为0.14 mmol/L时,PSF对PA66及混微的去除率分别为87.9%及83.3%,但随着微塑料含量的增加,去除率增长并不明显,这可能是由于实际污水成分较复杂并且含有的有机物质种类较多,PSF可能会优先与其他有机物质发生反应,再加上随着水中微塑料含量增加,相同投药量下的PSF去除效果有限,从而导致微塑料去除率增长不明显。上述三种水样中,相同投药量的PSF去除PA66和混微的性能均优于PAC。在优化混凝工艺条件实验中,通过单因素实验确定了较佳的混合速度为300 r/min,混合时间为1 min,絮凝速度为70 r/min,絮凝时间为8 min。通过响应面法工艺优化实验可知:混合速度的作用、投药量与混合速度的交互作用和混合速度与絮凝速度的交互作用均较显著,最佳的混凝工艺条件如下:投药量0.009 mmol/L,混合速度337.2 r/min,絮凝速度79 r/min,预测PA66去除率可达92.2%。通过普通显微镜及SEM的图像,与PAC所形成的絮体相比,PSF的絮体结构更紧密、尺寸更大且边界更清晰,且表现出更优异的混凝沉降性能。随着PSF投药量的增加,Zeta电位逐渐增加。结合PSF絮体结构、物理化学性质以及Zeta电位变化,表明实际混凝过程中,电中和、卷扫网捕和吸附架桥等机理的综合作用促进了微塑料污染的去除。
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