我國前期經(jīng)濟(jì)粗放式的快速增長累積了大量的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),導(dǎo)致河流突發(fā)重金屬污染事件頻發(fā),同時(shí)又由于相應(yīng)的應(yīng)急處置技術(shù)和方案決策體系不完善,造成了巨大的生態(tài)經(jīng)濟(jì)損害和惡劣的社會(huì)環(huán)境影響。本文針對(duì)目前突發(fā)重金屬污染應(yīng)急處置過程中存在的污染物難以從水中有效移除、傳統(tǒng)顆粒狀吸附材料袋裝堆積式施用流阻大且傳質(zhì)效率低和應(yīng)急響應(yīng)不及時(shí)等關(guān)鍵問題,以國家十二五重點(diǎn)防控的重金屬銅離子為目標(biāo)污染物,以吸附移除技術(shù)系統(tǒng)為研究方向,研發(fā)了以大宗廉價(jià)生物質(zhì)天然黃麻為基體的低流阻纖維狀吸附材料及其快速制備工藝、能提高現(xiàn)有顆粒狀吸附材料傳質(zhì)效率、可快裝投放的應(yīng)急吸附裝置、以及可揭示響應(yīng)時(shí)間效應(yīng)的應(yīng)急處置決策分析模型。本文研究了微波輔助羧基改性黃麻的快速制備工藝。采用氫氧化鈉溶液對(duì)黃麻進(jìn)行了微波輔助預(yù)處理,通過單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)曲面法得到優(yōu)化后的工藝條件:預(yù)處理時(shí)間為17 min,預(yù)處理溫度為96℃,堿液濃度為16%;與高溫堿煮工藝相比,微波輔助堿預(yù)處理工藝縮短了反應(yīng)時(shí)間(縮短了約70%)和降低了堿液濃度(由20%降至16%)。采用均苯四甲酸酐對(duì)上述預(yù)處理后的黃麻進(jìn)行了微波輔助接枝改性,通過單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)曲面法得到優(yōu)化后的工藝條件:均苯四甲酸酐與預(yù)處理黃麻的質(zhì)量比為2.8,接枝反應(yīng)時(shí)間為18 min,接枝反應(yīng)溫度為120℃;微波輔助下的初始接枝反應(yīng)速率約是水浴加熱下的18.6倍。結(jié)果表明:微波輔助法制備的羧基改性黃麻斷裂強(qiáng)度要高于水浴加熱法制備的產(chǎn)物。開展了羧基改性黃麻的吸附性能研究,并對(duì)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了吸附模型的分析。羧基改性黃麻在銅離子溶液初始pH值為6.0±0.2、初始濃度為100 mg/L、吸附溫度為25℃等條件下對(duì)銅離子的吸附量為43.98 mg/g,共存離子(K(I),Na(I),Ca(II)和Mg(II))對(duì)銅離子的吸附干擾較小,且儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)其吸附性能無顯著性影響,經(jīng)用EDTA-2Na再生四次后仍保持85%的吸附量并趨于穩(wěn)定。羧基改性黃麻對(duì)一些國家十二五規(guī)劃重點(diǎn)防控的重金屬離子吸附效果較好,吸附量大小順序?yàn)?Ni(II)Mn(II)Cu(II)Zn(II)Cd(II)Pb(II),對(duì)鉛離子的吸附量為159.51 mg/g。吸附動(dòng)力學(xué)研究表明:吸附過程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,且主要由化學(xué)吸附控制;由Langmuir吸附等溫線模型可知,吸附過程為單分子層吸附,羧基改性黃麻在25℃下對(duì)銅離子的平衡吸附量為44.84 mg/g(原麻為4.23 mg/g)。對(duì)河流突發(fā)銅污染的應(yīng)急吸附工藝進(jìn)行了研究,分別建立了固定纖維吸附工藝(包括固定床工藝和固定纖維簾工藝)、振蕩流化顆粒吸附工藝和流化顆粒吸附工藝。固定床工藝的研究結(jié)果表明:羧基改性黃麻固定床的動(dòng)態(tài)吸附量約是原麻的4.2倍,利用Thomas、Yoon-Nelson和BDST模型能分別較好地估算固定床對(duì)銅離子的動(dòng)態(tài)吸附量、50%的穿透時(shí)間和10%的穿透時(shí)間;固定纖維簾工藝的研究結(jié)果表明:固定纖維簾比吸附壩所產(chǎn)生的水力壅高更小,水頭損失更少,現(xiàn)場(chǎng)適用性更強(qiáng),且具有較好的除銅效果。振蕩流化顆粒吸附工藝的研究結(jié)果表明:當(dāng)濾袋填充度為50%(半充滿)、振蕩速度為17 r/min、銅離子初始濃度為100 mg/L和濾袋間距和水深的比值為1:5時(shí),工藝中001*7樹脂對(duì)銅離子的動(dòng)態(tài)吸附量可達(dá)65.80 mg/g。流化顆粒吸附工藝的研究結(jié)果表明:當(dāng)樹脂的投加量為0.5 g/L、表觀液速為1.18 cm/s、銅離子初始濃度為100 mg/L時(shí),工藝中001*7樹脂對(duì)銅離子的動(dòng)態(tài)吸附量可達(dá)92.03 mg/g。采用量綱分析法分別建立了可估算振蕩流化吸附和流化吸附工藝中材料用量的傳質(zhì)模型,為應(yīng)急處置提供量化的工程實(shí)施依據(jù)。在上述研究所獲取的相關(guān)技術(shù)參數(shù)基礎(chǔ)上,從污染物在河流中的擴(kuò)散規(guī)律及其環(huán)境經(jīng)濟(jì)危害與污染控制費(fèi)用的動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)角度出發(fā),構(gòu)建了以應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間為決策變量、以應(yīng)急處置費(fèi)用(表征污染損失)最小化為目標(biāo)函數(shù)、以水質(zhì)達(dá)標(biāo)和物資準(zhǔn)備時(shí)間為約束條件的突發(fā)水污染應(yīng)急處置決策模型,并采用情景分析的方法,將物資獲取、運(yùn)輸、裝卸與裝配等的時(shí)間因素對(duì)應(yīng)急處置費(fèi)用的影響進(jìn)行了量化分析,揭示了應(yīng)急處置準(zhǔn)備工作各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)施時(shí)間、以及污染現(xiàn)場(chǎng)條件對(duì)應(yīng)急處置費(fèi)用的影響程度,為污染事件相關(guān)責(zé)任人清晰地展示事故應(yīng)急響應(yīng)延誤的嚴(yán)重后果,也可為決策者在應(yīng)急處置戰(zhàn)略點(diǎn)選擇、應(yīng)急處置技術(shù)方案選擇、以及應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫構(gòu)建方面提供量化的信息支持。本文的研究結(jié)果豐富完善了河流突發(fā)重金屬污染應(yīng)急處置技術(shù)及決策分析體系,具有重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境意義。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：X522
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文度和表觀液速等對(duì)工藝除銅性能的影響，研究工藝的傳質(zhì)規(guī)律。最后，提出工藝在實(shí)際應(yīng)用中的設(shè)計(jì)方法。(4) 基于響應(yīng)時(shí)間效應(yīng)的應(yīng)急決策分析在上述研究所獲取的相關(guān)技術(shù)參數(shù)基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于響應(yīng)時(shí)間的應(yīng)急處置決析模型；通過對(duì)該模型進(jìn)行典型情景分析，將應(yīng)急物資準(zhǔn)備時(shí)間按照物資獲運(yùn)輸、裝卸和裝配等時(shí)間因素對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響進(jìn)行量化分析。本文研究的技術(shù)路線如圖 1-1 所示。

圖 2-1 固定床吸附反應(yīng)器的模型圖Fig. 2-1 The schematic diagram of lab-scale fixed bed adsorptio2.2.5.2 固定纖維吸附簾實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中所用的河流模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)由水槽(1400×100×150 mm心泵等組成，水位可由水槽外壁的水位計(jì)讀出，水槽中的流速節(jié)，實(shí)驗(yàn)時(shí)水箱內(nèi)裝有 20 L 銅離子溶液�？紤]到纖維狀材料具度、流體阻力比緊密堆積小很多，因此可以讓纖維狀材料的一架上形成掛簾，另一端在水中保持松散狀，組成固定纖維吸附簾纖維狀材料蠕動(dòng)泵出水溶液玻璃纖維玻璃纖維原液水

壩和固定纖維吸附簾前后所產(chǎn)生的水位差來獲得二者產(chǎn)生。除銅實(shí)驗(yàn)時(shí)，開啟離心泵后，水箱中的模擬含銅地表水被水槽中將經(jīng)過纖維狀材料的吸附作用后，回流至水箱，定子的濃度。流化顆粒吸附工藝實(shí)驗(yàn)化吸附反應(yīng)器（如圖 2-3 所示）主要由電機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置、掛桿和濾袋等組成，其相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如表 2-4 所示，可通，水箱的材質(zhì)為有機(jī)玻璃，內(nèi)徑尺寸（50×20×60 cm） 50 L 銅離子溶液�；椒磻�(yīng)器的工作原理是在傳統(tǒng)濾袋的基礎(chǔ)上，通過機(jī)向上發(fā)生往復(fù)振蕩，從而使濾袋內(nèi)吸附材料發(fā)生流化，更了傳質(zhì)吸附效率，達(dá)到快速削減水中污染物的目的。

本文編號(hào)：2831493