發(fā)布時(shí)間：2020-10-13 22:55

　　 我國(guó)村鎮(zhèn)人口占據(jù)全國(guó)總?cè)丝诘囊话胍陨?村鎮(zhèn)居民的生活飲用水水源主要來自于地下水,部分地區(qū)地下水中氟、砷離子的污染給人們的身體健康和生命活動(dòng)造成了巨大的威脅和嚴(yán)重的影響。近些年來,水體安全尤其是超標(biāo)的砷、氟飲用水所引發(fā)的各類疾病的發(fā)病率呈明顯上升的趨勢(shì),食品安全和飲用水安全越來越受到人們的重視。為了解決這一嚴(yán)重問題,本實(shí)驗(yàn)采用砂濾、納濾工藝對(duì)模擬高砷、氟地下水凈化的可行性進(jìn)行研究,探究最佳的工藝參數(shù)及其砂濾、納濾除砷、氟的機(jī)理。具體研究結(jié)果如下:(1)在砂濾對(duì)高氟地下水的去除過程中,考察了濾料的填充比例與排布方式、動(dòng)態(tài)砂濾柱的進(jìn)樣速度、氟離子的初始濃度、濾柱串聯(lián)、水質(zhì)pH等因素對(duì)氟離子去除效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明分段分層填充的三層濾料的填充方式除氟效率較高,單個(gè)濾料的去除效果為錳砂石英砂鐵粉。以填充三層濾料的濾柱裝置,探究對(duì)氟離子的去除率,得出在過濾速度為1.2 m/h、原水氟離子濃度為15 mg/L、pH為8.0、兩根濾柱串聯(lián)的工藝條件下氟離子的去除效率可達(dá)到97.1%,達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。(2)在納濾工藝對(duì)氟離子去除的研究中,通過單因素實(shí)驗(yàn)探討了納濾除氟過程中的操作壓力、進(jìn)水水樣溫度、水樣pH、含氟水樣的進(jìn)水濃度、共存無機(jī)鹽離子及天然有機(jī)物等條件對(duì)氟離子去除效果的影響。利用響應(yīng)曲面法優(yōu)化操作壓力、進(jìn)水水樣溫度、水樣pH三個(gè)因素,得出最優(yōu)的工藝參數(shù),即:壓力為0.28 MPa、原水pH為8.5、溫度為22℃,在此條件下當(dāng)進(jìn)水水樣氟離子濃度為12 mg/L時(shí),氟離子的去除率可達(dá)到94%以上,水質(zhì)條件達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。(3)采用納濾工藝依次對(duì)As~(3+)和As~(5+)去除的研究中,考察了膜裝置在運(yùn)行過程中的各項(xiàng)參數(shù),包括:砷的初始濃度、進(jìn)水pH、膜操作壓力等。結(jié)果表明,As~(5+)的去除效率要遠(yuǎn)大于As~(3+),堿性條件有利于As~(3+)和As~(5+)的去除,隨pH的升高As~(5+)的去除效率有明顯升高的趨勢(shì),而As~(3+)的去除率升高趨勢(shì)相對(duì)較緩;As~(3+)的去除率會(huì)隨著其濃度的升高而降低,而As~(5+)的去除率會(huì)隨著其濃度的升高而升高;壓力由0.1 Mpa增加到0.6 Mpa的過程中,As~(3+)和As~(5+)的去除率均呈現(xiàn)降低的趨勢(shì),其中As~(3+)的去除率下降更明顯。(4)在砂濾對(duì)高砷地下水的去除過程中,依次考察了砂濾柱的進(jìn)樣速度、砷離子的初始濃度、水質(zhì)pH等因素對(duì)砷離子去除效果的影響,優(yōu)化砂濾除砷的工藝參數(shù)。結(jié)果表明,砂濾對(duì)As~(3+)的去除效率整體上高于As~(5+);在過濾速度由0.4 m/h上升到2.0 m/h的過程中,As~(3+)和As~(5+)的下降趨勢(shì)基本相同,As~(5+)的去除率由94.9%下降到92.5%,As~(3+)的去除率由96.3%下降到94.3%,二者均下降約2%;在酸性條件下砂濾對(duì)As~(3+)和As~(5+)的去除率較低,在中性和弱堿性條件下去除率較高,當(dāng)pH為8時(shí)As~(3+)和As~(5+)的去除率均達(dá)到最高,分別為96.2%和94.9%,而在強(qiáng)堿性條件下砷的去除率有所下降;動(dòng)態(tài)濾柱連續(xù)運(yùn)行過程中,隨出水總量的增加,砷的出水濃度逐漸升高,在出水總量為4–20 L的范圍內(nèi),As~(3+)的出水濃度增加趨勢(shì)較As~(5+)緩慢,當(dāng)出水總量超過20 L時(shí)As~(3+)出水濃度的增加量比As~(5+)明顯。(5)由于砂濾或納濾處理含氟地下水的出水水質(zhì)均能達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn),而單一工藝對(duì)高砷地下水的處理則無法達(dá)標(biāo),因此采取砂濾-納濾聯(lián)合工藝來處理高砷地下水。相比于單一工藝,砂濾-納濾聯(lián)合工藝對(duì)砷的去除更高效。在進(jìn)水水樣砷濃度為400μg/L時(shí),聯(lián)合工藝可將其濃度降至1 ug/L左右,達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述,通過工藝參數(shù)的優(yōu)化,采用砂濾或納濾單一工藝可以使氟離子初始濃度為12 mg/L的出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。而砂濾-納濾聯(lián)合工藝,在進(jìn)水水樣砷濃度為400μg/L時(shí),對(duì)高砷地下水中砷的去除較為高效。因此,砂濾或納濾砂對(duì)高氟地下水的處理具有較高的可行性,砂濾和納濾聯(lián)合工藝是一種切實(shí)可行的除砷工藝,為新疆地區(qū)高砷、高氟水域的處理提供了新的解決方法和思路。
【學(xué)位單位】：石河子大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TU991.2
【部分圖文】：

.1 研究背景.1.1 新疆地區(qū)地下水氟和砷離子污染概況新疆位居我國(guó)西北部，河流湖泊較少，水量小，并且大部分都屬于季節(jié)性河流，海較遠(yuǎn)，年降水較少，但是其蒸發(fā)量大，屬于干旱半干旱地區(qū)，水資源不足[1-2]。近來，隨著新疆大量的水利工程的修建，大部分地區(qū)生活用水的問題得到了有效的解決是在新疆部分偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)仍有很多居民的生活用水水質(zhì)安全性沒有得到保障。有區(qū)依舊在飲用一些衛(wèi)生不達(dá)標(biāo)的澇壩水、河渠水，甚至是氟超標(biāo)、砷超標(biāo)的淺層地[3]。超標(biāo)的砷氟飲用水所引發(fā)的各類疾病的發(fā)病率呈明顯上升的趨勢(shì)，嚴(yán)重影響著地區(qū)農(nóng)村居民的身體健康，對(duì)新疆地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了一定的影響[4]地下水水質(zhì)數(shù)據(jù)顯示，奎屯地區(qū)飲用水井中砷的含量超過 830 μg/L[5]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出飲用水標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006,10 μg/L）。新疆高砷地下水區(qū)主要分布在準(zhǔn)噶爾盆地南緣起艾比湖，東到瑪納斯河?xùn)|岸的莫索灣[6-7]。相關(guān)研究表明圖 1-1，準(zhǔn)噶爾盆地南緣水中的砷濃度高于國(guó)家飲水標(biāo)準(zhǔn) 10 μg/L 的概率大于 70%[8]。據(jù)估計(jì)，準(zhǔn)噶爾盆地高山向盆地下部每年釋放約 10.5 噸的砷[9]。

圖 2-1 砂濾裝置示意圖Figure 2-1 Schematic diagram of the sand filter–濾柱出水口 3–溢流槽導(dǎo)水口 4–鐵粉填充區(qū)8–錳砂填充區(qū) 9–水樣進(jìn)水口 10–濾柱底座 的示意圖，此砂濾柱自行設(shè)計(jì)一體化多裝置。此濾柱由有機(jī)鋼化玻璃材料加工柱高 37 cm,底座厚度 1 cm，直徑為 15 cm，濾柱主體內(nèi)徑 2 cm，壁厚 0.3 cm，高料分別填充 8 cm），進(jìn)出水導(dǎo)管壁厚 0.2于，填料主體區(qū)域分為三個(gè)區(qū)域，自上而下料區(qū)，各個(gè)填料區(qū)用濾膜隔開。待處理水樣這樣可以通過調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速來合理的控區(qū)域的選擇主要考慮到三種濾料的去除效果素：錳砂和石英砂采用的是粒徑為 0.8–1.2

過濾狀態(tài)的穩(wěn)定性，因而將粒徑相對(duì)大的濾料放在進(jìn)水口，即，濾柱的下端。此外，在濾柱各個(gè)濾料填充的交界處，沿程分別設(shè)置取樣孔，以此來分別檢測(cè)水樣中砷、氟離子的剩余濃度。濾柱的底座設(shè)置三個(gè)呈等邊三角形的小孔作為螺絲孔，以方便濾紙更好的固定在地面上或者臺(tái)面上。在濾柱的上方設(shè)置防止溢流的儲(chǔ)水槽和導(dǎo)水孔，以保證濾柱可穩(wěn)定持續(xù)的工作。2.1.2 納濾裝置圖
【參考文獻(xiàn)】

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1 董婧;鐵錳復(fù)合氧化物的制備及除砷性能研究[D];武漢理工大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2839808