火山岩及滤净之鹰填料对地下水中重金属离子的吸附研究

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近年来,随着社会的发展,重金属污染成为关注度很高的问题,重金属在地下水中的存在状态复杂,易于在生物体内积聚,并且容易产生生物放大效应,对自然环境和生物健康危害严重。利用吸附原理处理地下水中重金属污染的方法被广泛应用,但有些吸附材料存在使用成本高、再生利用困难、离子选择性不高等问题,因此,寻找经济、高效的吸附材料去除重金属污染尤为重要。为了寻求新材料,高效去除地下水中重金属离子,本试验选用火山岩和滤净之鹰填料作为吸附剂,探究其对地下水中铁(Fe2+)、锰(Mn2+)、铬(Cr6+)和铜(Cu2+)等单一重金属元素的吸附效能,为利用火山岩、滤净之鹰填料及类似性质的材料开展地下水重金属污染处理提供参考。使用吸附等温模型、动力学模型以及颗粒内扩散模型,对火山岩及滤净之鹰填料吸附地下水中重金属离子过程进行拟合分析,确定两种吸附剂分别作用于四种重金属离子的平衡吸附量,初步确定火山岩和滤净之鹰填料对选定重金属元素的作用方式。结果表明,滤净之鹰填料对地下水中四种重金属离子的吸附均以化学吸附为主,对Fe2+、Mn2+、Cr6+和 Cu2+饱和吸附量分别为 2.7419、1.6027、0.1642 和 1.1466mg/g;火山岩对地下水中Mn2+和Cu2+的吸附过程中物理与化学吸附同时存在,对Fe2+和Cr6+的吸附以物理吸附为主,对Fe2+、Mn2+、Cr6+和Cu2+饱和吸附量分别为0.7082mg/g、1.2980mg/g、0.0944mg/g、0.9528mg/g。通过静态吸附试验研究,考察火山岩及滤净之鹰填料在吸附过程中的原水初始浓度、pH值、吸附剂添加量以及吸附时间等因素对Fe2+、Mn2+、Cr6+和Cu2+吸附量和吸附效率的影响。试验结果表明,pH值对火山岩和滤净之鹰填料吸附重金属离子有显著影响。通过单因素试验,以再生效率为指标,分别筛选出吸附Fe2+、Mn2+、Cr6+和Cu2+达到饱和的火山岩及滤净之鹰填料最佳再生试剂、再生试剂浓度以及再生时间,重复进行火山岩和滤净之鹰填料对四种重金属离子的吸附及再生试验过程5次,以测试火山岩及滤净之鹰填料能否进行循环利用。结果表明,经过5次循环吸附再生后,滤净之鹰填料几乎丧失了对Cr6+的吸附能力,但对Fe2+、Mn2+和Cu2+的吸附效率仍在50%以上;火山岩对Fe2+和Cu2+仍有较高的吸附效果,可循环使用。根据静态吸附试验所得结果,进行动态试验参数设计,测试在不同进水浓度、进水流速、滤层高度下出水浓度的变化情况,对比两种吸附剂在相同条件下的吸附效能。试验结果表明,当进水浓度低于20mg/L时,火山岩及滤净之鹰填料对地下水中Fe2+、Mn2+、Cr6+和Cu2+的吸附效率较高。火山岩及滤净之鹰填料吸附地下水中Fe2+、Mn2+和Cu2+的效果较好,且两种吸附剂均可进行循环再生利用,方法可行,但对Cr6+的去除效果不佳。
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