论文部分内容阅读
矿业的开采过程伴随着酸性矿井水的产生,矿井水通常含有多种重金属离子,如锌、铜等重金属离子。同时,工业生产过程会产生工业固废物,如钢渣、粉煤灰等。本文主要研究将工业固体废物用于处理酸性矿井水,以达到以废治废的目的。以粉煤灰为活性基质,以Na2C03为改性剂,通过800℃C高温加热的火法改性制得改性粉煤灰。通过FA和MFA对Cu2+、Zn2+的静态吸附实验,由单因素实验确定了最佳吸附条件和吸附性能,分析了粉煤灰吸附Cu2+、Zn2+的吸附动力学和等温吸附模型。通过可渗透反应墙的动态吸附实验,研究了FA、MFA、MFA与钢渣复配对模拟酸性矿井水中Cu2+、Zn2+的吸附效果。在静态吸附实验中,单因素结果显示,MFA对模拟废水处理效果比FA好。对于体积为100mL,浓度为10mg/L的Cu2+溶液,在温度为30℃时,最佳条件为:MFA投加量0.2g,pH>4,反应时间60min,此时,MFA对Cu2+的吸附量为4.80mg/g,去除率为96.00%。对于体积为100mL,浓度为10mg/L的Zn2+溶液,在温度为30℃时,最佳条件为:投加量0.4g,pH>6,反应时间60min,此时,MFA对Zn2+的吸附量为2.44mg/g,去除率为97.66%。MFA对Zn2+和Cu2+的吸附过程符合二级动力学模拟,在三个不同温度下R2均高于0.98,二级动力学拟合的显著性水平高于一级动力学拟合和Weber-Morris内扩散方程拟合,经计算的后的qe与实测值比较接近,说明吸附过程主要由化学吸附控制。Freundlich吸附等温模型和Langmuir吸附等温模型都能较好地拟合MFA对Cu2+和Zn2+的吸附过程,但在同一温度下Freundlich吸附等温模型的相关系数比Langmuir吸附等温模型的更高,即MFA对Cu2+和Zn2+的等温吸附过程更符合Freundlich吸附等温模型,说明MFA对Cu2+和Zn2+的吸附过程可能是多层吸附。吸附量随温度升高而增大,说明吸附过程是吸热反应,升温有利于MFA对Cu2+和Zn2+的吸附。在PRB动态吸附实验中,在实验气温8～14℃,进水pH为3的条件下,PRB运行了 19天。三个PRB对Cu2+和Zn2+的去除率在运行20h内去除率接近100%,在20～200h之间去除率逐渐下降,运行200h后趋于稳定。其中,在20～200h之间,以FA为填料的①号PRB对Zn2+的去除率在5.35%～39.76%之间,对Cu2+的去除率在48.04%～88.91%之间;以MFA为填料的②号PRB对Zn2+的去除率在30.26%～80.22%之间,对Cu2+的去除率接近100%;以MFA与钢渣混合物为填料的③号PRB对Zn2+的去除率在27.81%～72.39%之间,对Cu2+的去除率在98.94%～99.99%之间。三种填料对Cu2+和Zn2+去除率大小关系为:MFA>钢渣与MFA混合物>FA。三个PRB对废水pH都具有一定调节作用,进水pH为3,出水pH>6.65,模拟PRB实验结果表明,改性粉煤灰作为吸附介质对酸性矿井水处理具有可适用性。