重金属污染随着纳米重金属材料的大量使用而日益加剧,纳米氧化锌(nZnO)作为新兴重金属污染源的环境危害已被证实;因天然有机物(NOM)引起的水体有机污染和水体富营养化等环境问题仍在继续;近些年来爆发的海洋藻类疯长问题及衍生出的二次问题也不容忽视;传统混凝工艺在水处理技术中仍然有着不可或缺的地位。如此背景之下,本文主要利用传统混凝工艺对纳米重金属颗粒物及重金属离子进行同步去除,这是一次新的探索和尝试,与此同时对纳米颗粒物(NPs)-腐殖酸(HA)复合污染体系下溶解性有机物(DOC)的去除和混凝过程中絮体特性等问题进行了研究。本文的出发点是将海洋藻类浒苔资源化利用,处理水体重金属污染,具体方法是将浒苔干燥并提取其多糖成分研发了一种新型高效助凝剂-浒苔多糖(Ep),与聚合氯化铝(PAC)复配使用进行污染处理应用。本文系统地研究了 nZnO在水环境中的物理化学行为,如扩散、凝聚、沉淀以及释放离子等过程,初步了解nZnO的迁移行为。此外,还明确了 Ep的结构特征,结合先进的表征技术模拟构建了 Ep的分子模型。探讨了 PAC与Ep复配去除纳米重金属颗粒物及释放离子的效能,产生的絮体特性以及耦合作用机制等。主要的研究内容以及结果总结如下:第一,纳米重金属颗粒物nZnO在水中主要有三种存在形态,如沉积态,悬浮态以及释放离子态,所占比例分别为36.5%、40.61%和22.86%。这一方面的探究,主要是为后续同步去除NPs和离子的机理研究提供理论前提。nZnO在水中的离子释放率为22.86%。不同浓度的nZnO在水中的聚集尺度分布也会有较大差异。第二,PAC和Ep混凝剂在去除nZnO和锌离子(Zn2+)实验中表现出高效能力,其中超过95%的NPs,水体当中的50%-60%的有机物和35%以上的析出重金属离子均被去除。而且针对不同的污染物存在体系,该复配混凝剂的处理效果不同,处理复合体系的去除率高于单成分体系的去除率。第三,Ep是一种绿色高效的助凝剂。在对PAC-Ep混凝动力学实验结果分析中发现,Ep的使用可以大幅度提升混凝效能,生成的絮体粒度更大,并且具有更快的生长速度和更高的恢复能力。同时,PAC-Ep混凝剂所形成的絮体结构比PAC形成的絮体结构更疏松。第四,Ep的结构在本文中得到讨论。基本确定了浒苔的结构特征和主要官能团,主要单糖种类包括鼠李糖、木糖、阿拉伯糖及葡萄糖醛酸,还构建了其分子结构模型;长碳链上富有高电子密度的官能团,如羟基(-OH)、羧基(-COOH)、硫酸基(-SO3H)等电子供体,有效地增强了 Ep的架桥能力,同时也增强不饱和官能团对离子和絮体颗粒的吸附效果。因此混凝过程中Ep的使用会大大提高处理效率。Ep的开发和应用还可以使海洋藻类固体废物得到资源化利用。第五,Ep与PAC复配混凝过程中的主要机制初步明确:首先,PAC水解产生铝离子,电中和胶体粒子所带负电荷使胶体颗粒脱稳凝聚;无定型氢氧化物沉淀和羟基铝的氢键架桥作用形成多核羟基复合物在沉降过程中网捕胶体颗粒物质。其次是Ep长链结构当中的-OH、-S03H等高电子密度的基团发挥吸附架桥作用。也正是因为-OH的强络合作用,重金属离子很容易被捕获,水中溶解释放出来的重金属离子可以被吸附而沉降下来。实验还证实,水体中的NPs与NOM之间,包括PAC与Ep之间都存在耦合作用关系。当单独使用PAC为混凝剂时,对重金属离子的去除率几乎为零;而与单独使用PAC相比,PAC-Ep混凝剂在去除污染物方面效率均高于前者。Ep与PAC复配混凝的方式可以作为同步去除纳米中重金属颗粒物和重金属离子废水的有效方法。水体当中的NOM在NPs去除中发挥了积极作用,与此同时NPs的存在也对去除有机物的方面具有协同效应。