高铁酸盐强化体系的构建及去除四环素的效能和机理研究

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四环素类抗生素是一种广谱抗生素,主要用于畜牧养殖,但现有的污水处理厂对四环素无法完全去除,排放到水体中的四环素对水生生物和人类都存在很大负面影响。高铁酸盐是一种集消毒、氧化、絮凝、吸附、助凝为一体的、无任何毒副作用的高效多功能水处理化学药剂,在水处理领域存在广泛应用,本文仅在使用高铁酸盐时去除四环素,探究高铁酸盐去除四环素最佳反应条件,在此基础之上通过常见的高铁酸盐强化方式(简单酸,还原剂盐酸羟胺和亚铁离子)尝试进一步提高四环素去除效率,确定有效强化方式,探究亚铁强化高铁酸盐去除四环素的机理和絮凝体稳定性以及加入亚铁后絮凝体组成情况。主要研究结果如下:1)高铁酸盐与四环素摩尔比为2.5:1,初始p H=4/9时四环素去除率最高达到52%,高铁酸盐在酸性条件下对四环素的氧化效果比碱性条件更好,酸性条件下主要是氧化作用,碱性条件下主要是氧化和絮凝作用,在四环素去除过程中高铁酸盐氧化作用贡献45%左右,絮凝作用贡献5%~10%。2)磷酸盐缓冲液阻隔高铁酸盐絮凝作用时,四环素去除率几乎不受p H值影响,四环素去除率不会随着高铁酸盐增加上升,高铁酸盐大部分分解,真正发挥氧化作用的高铁酸盐不超过20%。简单酸和还原剂盐酸羟胺只是加快反应速度对四环素去除率无提高作用,Fe2+的加入主要强化高铁酸盐絮凝作用,高铁酸盐体系在酸性条件下四环素去除效果更好,亚铁体系在碱性条件下四环素去除效果更好,而亚铁强化高铁酸盐体系在酸性和碱性条件下四环素去除率效果都很好。3)通过四环素去除率和TOC去除率来判断絮凝效果受p H值影响程度,絮凝体受p H波动影响大则絮凝体稳定性更差,亚铁强化高铁酸盐体系在碱性条件下形成的絮凝体稳定性比酸性条件下更好,高铁酸盐在酸性条件下形成的絮凝体稳定性比碱性条件下更好,且随着Fe(OH)3生成溶液呈碱性或弱碱性。4)K2FeO4-FeSO4形成絮凝体比表面积接近200 m~2/g,远高于FeSO4形成絮凝体比表面积(40 m~2/g)。初始p H=4或9时Fe(VI)-Fe(II)形成絮凝体主要都是由α-FeOOH和γ-FeOOH组成,初始p H=4或9时Fe(II)形成的絮凝体主要由α-FeOOH、γ-FeOOH、Fe2O3、Fe3O4组成。Fe(II)形成的絮凝体中α-FeOOH比例达到67%~83%,Fe3O4比例达到5.3%~19%,Fe(VI)-Fe(II)形成絮凝体中α-FeOOH比例达到26%~37.3%,γ-FeOOH比例达到63%~74%,Fe(VI)-Fe(II)形成絮凝体中γ-FeOOH增多主要由K2FeO4加入引起,絮凝体结构和比表面发生较大变化。
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