【摘 要】
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饮用水源受污染不仅影响到自来水厂处理系统的正常运行,更是威胁着饮用水安全和人民健康。为了提高微污染水处理效果,本文研究活性炭和聚合氯化铝协同混凝微污染水的效能和机理,为微污染水的处理提供理论依据。本研究以玉米秸秆生物质为原料,氯化锌为活化剂,通过不同活化温度和活化时间,制备9种活性炭。以腐植酸、高岭土和总磷分别模拟微污染水中的有机物、浊度及总磷,其中,浓度平均值为COD25mg/L、总磷0.2mg
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饮用水源受污染不仅影响到自来水厂处理系统的正常运行,更是威胁着饮用水安全和人民健康。为了提高微污染水处理效果,本文研究活性炭和聚合氯化铝协同混凝微污染水的效能和机理,为微污染水的处理提供理论依据。本研究以玉米秸秆生物质为原料,氯化锌为活化剂,通过不同活化温度和活化时间,制备9种活性炭。以腐植酸、高岭土和总磷分别模拟微污染水中的有机物、浊度及总磷,其中,浓度平均值为COD25mg/L、总磷0.2mg,L、浊度34NTU。以模拟微污染水中的总磷和腐植酸作为等温吸附实验的吸附质,研究自制玉米秸秆活性炭对模拟微污染水的吸附性能。选用活性炭/聚合氯化铝协同混凝微污染水,研究活性炭及聚合氯化铝单独及联合处理微污染水中的UV254、总磷、浊度和COD的影响因素、吸附过程及温凝过程在协同处理中各自起到的主要作用;利用响应曲面法,在两种不同投加顺序下,研究pH值、温度、活性炭投加量、聚合氯化铝投加量对活性炭/聚合氯化铝协同混凝微污染水的影响。主要研究成果如下:(1)以玉米秸秆为原料,氯化锌作为活化剂,经预实验确定其浸渍比为3:1,在不同活化温度(500℃、600℃、700℃)和不同活化时间(1h、3h、5h)条件下制备出9种活性炭,并用自制活性炭进行等温吸附实验处理模拟微污染水。根据等温吸附实验结果,在活化温度600℃、活化时间3小时条件下制备的活性炭对总磷和腐植酸的吸附性能较好,吸附容量分别为1.43mg/g、290mg/g(以COD当量记),将其作为后续实验用活性炭。该活性炭吸附处理微污染水的最佳投加量、温度及pH值分别为40mg,L、30℃和7。投加量为40mg/L 时,UV254、总磷及COD的去除率分别为 36.6%、27.8%和35.4%。(2)活性炭/聚合氯化铝联合处理微污染水的最适pH值为7,最佳温度为30℃。联合处理可以增强聚合氯化铝对碱性的抵抗作用,缓解pH值抑制聚合氯化铝的水解,从而碱少对污染物去除效果的影响。温度在30℃左右时,聚合氯化铝的吸附架桥和网捕卷扫的能力增大,活性炭可能同时发生物理和化学吸附,此时活性炭协同聚合氯化铝混凝微污染水的效果最佳。与聚合氯化铝单独混凝相比,活性炭提高了混凝阶段的处理能力,微污染水中的UV254、总磷、浊度及COD的最高去除率分别为48.65%、53.19%、90.81%和53.33%。(3)基于单因素实验结果,在两种不同投加顺序下进行响应曲面设计及开展实验研究。实验结果表明,先投加活性炭再投加聚合氯化铝时微污染水处理效果整体优于先投加聚合氯化铝再投加活性炭。先投加活性炭避免了活性炭和聚合氯化铝的竞争吸附,又使絮体对活性炭颗粒的包裹作用最小,活性炭可先吸附微污染水中与活性炭尺度相近的污染物质,较好的发挥了活性炭的吸附能力。二次回归方程求解总磷及COD的最大去除率,最优反应条件为:先投加活性炭再投加聚合氯化铝,活性炭40.61mg/L、聚合氯化铝37.13mg/L、pH值为7.3、温度为26.8℃,在该条件下进行实验,总磷和COD去除率分别为49.63%、48.54%,模型预测值分别为:48.12%、47.33%。
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