雨水生物截留池作為“海綿城市”建設(shè)中重要組成部分之一,已成為發(fā)達國家調(diào)控雨水和處理雨水的重要設(shè)施。凈水廠污泥是凈水過程中產(chǎn)生的化學(xué)污泥,具有一定吸附污染物的作用,可作為潛在的生物截留池填料。本文以溶解性磷和重金屬離子(Pb~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)、Zn~(2+))為目標(biāo)污染物,采用膨潤土、高嶺土、天然沸石、粉煤灰和凈水廠污泥為填料,考察了投加量和溶液pH值對5種填料的P吸附效果的影響,并通過吸附動力學(xué)、吸附等溫線和吸附熱力學(xué)研究了凈水廠污泥的磷吸附特性和重金屬離子吸附特性。通過FTIR、SEM、BET對不同的凈水廠污泥樣品進行表征。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)隨著投加量的增加,5種填料對對照溶液和人工雨水中的P的去除率不斷升高,其中凈水廠污泥對水中P的去除效果最好,投加量為1g時,P的去除率達到99%。膨潤土、高嶺土和天然沸石受人工雨水中其他離子的影響較大,而粉煤灰和凈水廠污泥受影響較小。膨潤土和高嶺土在中性條件下吸附效果較好,天然沸石和凈水廠污泥在酸性條件下吸附效果較好,粉煤灰在堿性條件下吸附效果較好。(2)凈水廠污泥對重金屬離子的去除效果隨投加量的增加而增加,隨溶液pH值的升高而增加。(3)污染物初始濃度越高,凈水廠污泥對P和重金屬離子的去除率越低,單位質(zhì)量污泥的吸附量越大;凈水廠污泥對P和重金屬離子的吸附符合Langmuir、Freundlich和Tempkin吸附等溫線,污泥對P的理論最大吸附量(q_m)為7.82mg/g,在20℃和30℃下對重金屬離子的理論最大吸附量(q_m)大小依次為Pb~(2+)Cd~(2+)Cu~(2+)Zn~(2+)。(4)凈水廠污泥對水中P和重金屬離子的吸附更符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型,W-M動力學(xué)模型擬合結(jié)果表明P和重金屬離子的吸附過程由液膜擴散和顆粒內(nèi)擴散共同控制,Elovich動力學(xué)模型擬合結(jié)果表明P和重金屬離子在污泥上的吸附是非均相的擴散過程。吸附熱力學(xué)試驗結(jié)果表明,溫度的升高有利于吸附反應(yīng)的進行,凈水廠污泥對P和重金屬離子的吸附為自發(fā)的、吸熱的、熵增的反應(yīng)。(5)對污泥的表征結(jié)果表明,凈水廠污泥中主要含有羥基、酰胺基團,且吸附后的凈水廠污泥的羥基和酰胺基團對應(yīng)峰減弱。凈水廠污泥表面比較粗糙,且分布著許多大小不一的裂縫。在裂縫中存在著大小不一且具有一定深度的孔道結(jié)構(gòu)。比表面積為36.69 m~2/g,總孔體積為0.06234cm~3/g,總孔吸附平均直徑為6.79nm。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X52
【部分圖文】：

雨水生物截留池結(jié)構(gòu)示意圖

圖 3-1 膨潤土投加量對磷吸附效果的影響：(a)為對照溶液，(b)為人工雨水Fig 3-1 The impacts of different dose of bentonite on the removal of phosphorus in the solution: (a) controlsolution; (b) artificial stormwater由圖 3-1 可看出，當(dāng)膨潤土的投加量由 2g（20g/L）增加至 10g（100g/L）時，膨潤土對溶液中 P 的去除率不斷升高。在對照溶液和人工雨水中，當(dāng)投加量為 2g（20g/L）時，膨潤土對 P 的去除率分別為 8.45%和 4.96%，膨潤土對 P 的的吸附量為 0.084 mg/g和0.050 mg/g；當(dāng)投加量為10（g100g/L）時，膨潤土對P的去除率分別為23.34%和20.26%，膨潤土對 P 的的吸附量為 0.047 mg/g 和 0.041 mg/g。膨潤土對人工雨水中的 P 去除率明顯低于對照溶液，原因可能是人工雨水中加入了其它陰離子，例如NO3 和Cl ，這些陰離子會與PO43 競爭吸附點位，導(dǎo)致 P 的去除率下降。試驗結(jié)果表明，天然膨潤土對水中 P的吸附量較低，去除效果較差，去除率最高時的用量為 100 g/L，若用于實際工程可能需要搭配其他種類吸附效果較好的填料使用。

圖 3-2 溶液 pH 值對膨潤土磷吸附效果的影響： (a)為對照溶液，(b)為人工雨水Fig 3-2 The impacts of different pH values on the removal of phosphorus by bentonite in the solution: (a)control solution; (b) artificial stormwater由圖 3-2 可看出，溶液 pH 值對膨潤土的 P 吸附效果有一定的影響。在兩種不同的溶液中，膨潤土對 P 的去除率都存在先上升后下降的大致趨勢。在對照溶液和人工雨水中，pH 值分別為 7 和 6 時，膨潤土具有最好的 P 去除效果，對應(yīng)的去除率分別為 22.73%和 21.46%，而在 pH 分別為 5 和 9 時，膨潤土對溶液中 P 的去除率最低，分別為 14.30%和 10.27%。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是當(dāng)溶液 pH 值過低時，膨潤土的晶體結(jié)構(gòu)會受到破壞，其晶格中八面體離子的溶解度大于四面體，堿金屬離子、堿土金屬離子溶解較快，其次是鐵離子，因此膨潤土對 P 的吸附能力降低。當(dāng)溶液 pH 值為中性時，膨潤土中有一部分交換性陽離子析出，例如 Mg2+、Ca2+、Al3+等，因而在對照溶液中 pH = 7 時去除率最高。而當(dāng) pH 值過高，溶液呈現(xiàn)堿性時，溶液中大量的 OH—與PO43 發(fā)生競爭性吸附，因此降低了膨潤土對 P 的去除率[54]。

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7 芮e

本文編號：2815206