沸石--生物质炭复合材料对微污染水中氨氮及消毒副产物DBPs前驱物的动态吸附及再生性能

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一直以来,由于人口的急剧增长,城市化进程的加快,社会迅速的发展,水污染问题越趋严重。微污染水中的氨氮产生的亚硝酸盐和硝酸盐浓度过高,不仅产生致癌的亚硝胺,而且会诱发高铁血红蛋白血症;饮用水中由于氯化消毒产生的消毒副产物(DBPs)浓度过高会损害人的中枢神经系统,严重威胁着饮用水安全和人体健康。沸石对氨氮吸附性能较好且价格低廉易得,生物质炭对有机物吸附性能高效且经济安全。将二者结合起来去除微污染水中氨氮和DBPs前驱物,鲜有研究。  本研究对天然沸石进行盐改性,并将改性后的沸石与生物质炭结合制备成沸石-生物质炭复合材料(以下简称复合材料),以氨氮和DBPs前驱物-富里酸和色氨酸为目标污染物,对单一污染物(氨氮、富里酸或色氨酸)和混合污染物(氨氮和一种DBPs前驱物混合)分别展开动态吸附实验,研究不同过流速度、初始污染物浓度、复合材料粒径大小和初始pH等对复合材料吸附性能的影响;并研究复合材料吸附柱的穿透性能。在人工配水研究的基础上还对实际微污染水展开实验研究,验证复合材料对DBPs前驱物的去除性能。此外,利用加热再生和微波再生两种再生方法研究复合材料的再生性能。取得的主要成果如下:  (1)对天然沸石进行盐改性,制备沸石-生物质炭复合材料,对生物质炭的投加量进行优化,并筛选出复合材料的最佳粒径。结果表明:当生物质炭投加量为20%时,复合材料同步去除氨氮、色氨酸和富里酸的效果最好;复合材料对各污染物的吸附效果随颗粒粒径的增大而降低,当复合材料的粒径为3mm时,复合材料对各污染物的吸附效果最好。  (2)研究了复合材料对氨氮及DBPs前驱物的动态吸附性能。复合材料对氨氮、色氨酸和富里酸的吸附性能随过流速度的变化而变化,其中当过流速度为0.5L/h时,氨氮、色氨酸和富里酸的去除率最高。复合材料粒径的大小对污染物的去除效果影响较大,当复合材料粒径为3mm时,复合材料对各污染物的吸附效果最好。对于不同污染物,其初始浓度对复合材料吸附性能影响各异,当氨氮的初始浓度为15mg/L,富里酸的初始浓度为5mg/L,色氨酸的初始浓度为10mg/L时,复合材料对各污染物的吸附效果最佳。pH对复合材料吸附去除各目标污染物影响较大,当pH为6时,复合材料对氨氮、富里酸和色氨酸的吸附效果最好。沸石-生物质炭复合材料对实际微污染水处理效果较好,对采自长江、玄武湖、秦淮河的水中氨氮的去除率分别为67.0%、48.0%和53.8%,对COD的去除率分别为33.0%、22.2%和46.0%。  (3)研究了沸石-生物质炭复合材料的再生性能。采用加热再生时,当煅烧温度为200℃时,再生后的复合材料对富里酸和色氨酸的吸附效果最佳;当煅烧温度为300℃时,再生后的复合材料对氨氮吸附效果最佳。采用微波再生时,当微波功率为480W时,再生后的复合材料对氨氮和富里酸吸附效果最佳;当微波功率为640W时,再生后的复合材料对色氨酸的吸附效果最好。
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