去除水环境中溶解有机氮的高分子复合絮凝剂的制备与表征研究

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水是生态环境的重要组成,保障水环境的安全有利于经济社会的可持续发展。溶解有机氮(DON)是水环境中重要组成部分,随着工农业的发展及城市化进程的加剧,水环境中的DON含量急剧上升,给饮用水处理带来不利的影响。为保障水环境安全,改善饮用水水质,DON的污染治理研究已成为重要的环境课题。絮凝技术作为一种水处理方法,在世界各国净化水质方面起着重要作用,是解决水环境问题的关键。絮凝工艺的核心技术是絮凝剂的开发与应用,絮凝剂的优劣决定水处理效果。传统絮凝剂多为液体在运输和使用过程中已不能满足现代水处理要求,开发新型高效固体絮凝剂是当今水处理工作的重要任务之一。聚磷硫酸铁锌(PPZFS)利用七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)为主要原料,浓硫酸为酸化剂,通过PO43+对Fe3+和Zn2+的聚合作用进行改性增强絮凝效果。实验采用单因素法通过响应面优化设计确定PPZFS的最佳合成条件,即锌铁摩尔比为0.13,磷铁摩尔比为0.47,碱化度为0.13,反应温度为40℃,熟化时间为24h。PPZFS具有良好的稳定性和絮凝性能,通过逐时络合比色法、扫描电镜、红外光谱以及X-射线衍射法探究PPZFS形态结构。逐时络合比色法表明,PPZFS中Fec含量所占比重最大,Fea、Feb含量较少。随着时间的变化,Fec含量达到稳定,可以推断出絮凝剂PPZFS主要以高铁聚合物的形式存在。电镜扫描表明,PPZFS表面粗糙凹凸不平,聚集体形成空间网状交联、簇状类珊瑚结构,呈现出强聚合形态,与实际絮凝剂合成过程中变成粘稠的固体絮凝剂这一现象相符合。红外光谱分析表明,PPZFS在500—4000cm-1区域内峰形变化明显,这些峰可能为Zn-O-Zn、Fe-O-Fe、Zn-O-Fe和Zn-O的振动,PFS水解的络合铁离子可能生成了新一类高电荷多羟基的活性物质,产生的吸收峰说明PFS和PO43-复合后发应可能生成了Fe-PO43-Zn等新聚合物。X-射线衍射分析表明,Zn2+和PO43-的加入影响了PPZFS的聚合和结晶程度,可能出现Fe3(H3O)H14(PO48·4H2O,Fe3H15(PO48·4H2O和Zn(OH)2·0.5H2O等晶体物质,优化后的PPZFS为高分子聚合物,对DON的去除更加有效。探索最佳合成条件下PPZFS的应用效果,采用单因素分析投加量和pH在PPZFS应用于湘江水、生活污水和池塘水过程中对去除DON的影响。PPZFS对湘江水中浊度、UV254、DON均有良好的去除效果,当pH为56,投加量以铁计为12mg/L时絮凝性能和各项指标的去除效果最佳。对池塘水和生活污水的应用研究表明,PPZFS对池塘水的絮凝效果较好,但由于污水中有机污染物、COD和BOD含量过高,PPZFS对污水中浊度、UV254、DON的去除效果均较差。
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