非金属矿物去除污水中氮磷的研究硕士学位.doc
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1、硕士学位论文非金属矿物去除污水中氮磷的研究摘 要随着工业化程度不断加深,环境污染问题也越来越严重,水污染问题受到人们所重视,净化处理受污染的水质成为当前的热门课题。传统的污水净化处理成本过高,综合治理效果也不是很明显。本课题针对上述问题,利用天然粘土矿物累托石的吸附性能,储量多、价格便宜的特点,旨在为预防和修复水体富营养化开辟一条新的处理途径。具体来讲,本论文主要有以下两方面的内容。本文首先对天然非金属矿物(累托石、高岭土、伊利石、硅藻土、膨润土、海泡石、沸石(820目)、沸石(24mm)吸附氮磷的吸附性能进行对比试验。实验结果表明,天然粘土矿物对水体中氮磷虽然有一定去除作用,但效率不高。其次
2、,本文重点讨论了天然累托石的改性及改性累托石对氮磷的吸附性能,并对混合改性累托石吸附氮磷的影响因素进行了控制单因子变量研究。实验结果表明:经高温煅烧后的累托石,其比表面和层间距均显增大,经700煅烧过的累托石对氮磷的吸附性能最好;酸改性、碱改性、无机盐改性和有机改性可分别对累托石的结构及理化性质进行微调,改性累托石对模拟水样中氮磷的吸附性能均有所提高,但由于各种因素的相互制约,单因子改性累托石对模拟水样中氮磷吸附容量均出现阀值;通过对累托石的混合改性,其对模拟水样中氮磷的吸附性能均大大提高,其中等摩尔比混合改性的累托石对模拟水样中氮磷的吸附性能最好,N、P的吸附容量分别达到1253.44g/g
3、和1372.28g/g,对模拟水样中氮磷的去除率分别为83.56%和91.49%。体系初始pH、吸附温度、吸附时间等对等摩尔比混合改性累托石氮磷的吸附容量有较大影响。等摩尔比混合改性累托石在酸强度较小的范围内其氮磷吸附容量达到最大;当吸附温度达35时,氮磷吸附速率最大,在实验条件下的吸附容量分别为1321.53g/g 和1108.54g/g,较高温度均有利于改性累托石对水样中氮磷的吸附;当吸附时间达到130min时,改性累托石对氮磷的吸附均达到饱和。关键词:累托石,氮吸附,磷吸附,改性,水环境修复NON-METALLIC MINERAL REMOVAL OF NITROGEN AND PHOS
4、PHORUS IN SEWAGEAuthor: Yin Zhiwei Instructor: Liu HengshengABSTRACTAt present, with the development of Chinas industry, more and more serious problems of environmental problems, such as water pollution, attracting more and more peoples attention. The study of purification of contaminated water has
5、become hot topic. However, traditional eutrophication water treatment costs high and ineffective. Focus on solve these problems, in this paper, natural clay of rectorite was used as excellent materials to adsorption N and P. Firstly, the natural non-metallic mineral were used, such as rectorite kaol
6、inite, illite, diatomite, bentonite, sepiolite, zeolite (8 to 20 mesh), zeolite (2 4mm) et.al., there nitrogen and phosphorus adsorption performance were test. The experimental results show that the natural clay minerals can adsorption N, P, but the efficiency is low.Secondly, the article focuses on
7、 the natural rectorite modified and modified rectorite adsorption properties, moreover, the mixed modified rectorite adsorption nitrogen, phosphorus influencing factors were sutudied when controlling single factor variable. The experimental results show that, after high temperature calcined rectorit
8、e, its specific surface and pore volume were significantly increased, when rectorite calcined at 700 , the material had the best adsorption properties of nitrogen, phosphorus; acid-modified, alkali modified inorganic salt modification and organic modifier can fine-tune the structure and physicochemi
9、cal properties of rectorite modified rectorite simulate water samples in nitrogen, phosphorus adsorption properties were improved, but due to various factors. constraints, single-factor modified rectorite simulated water samples in nitrogen, phosphorus adsorption capacity threshold; mixture of modif
10、ied rectorite simulate water samples in nitrogen, phosphorus adsorption properties are greatly improving which an equimolar ratio of the mixed-modified rectorite simulate water samples in nitrogen, phosphorus adsorption properties of the best, N, P adsorption capacity reached 1253.44g/g, and 1372.28
11、g/g of simulated water samples in nitrogen, phosphorus The removal efficiency of 83.56% and 91.49%, respectively.The initial pH, adsorption temperature, adsorption time, etc. molar ratio of the mixed-modified rectorite nitrogen, phosphorus adsorption capacity. Equimolar ratio of modified rectorite n
12、itrogen, phosphorus adsorption capacity of nitrogen adsorption capacity in the range of small acid strength maximum; when adsorption temperature reaches 35C, the nitrogen and phosphorus adsorption rate, adsorption under the experimental conditions capacity of 1321.53g/g and 1108.54g/g, higher temper
13、atures are conducive to modified rectorite adsorption of nitrogen and phosphorus in the water sample; when controlling the adsorption time was 130 min, modified rectorite reached adsorption saturation.Key words: Rectorite, Adsorption of N, Adsorption of P, Modified, Water environment restoration目 录第
14、一章 文献综述11.1 国内水环境现状11.1.1 水体的污染11.1.2 我国水环境特点21.2 环境水富营养化的处理方法21.2.1 化学处理法21.2.2 物理处理法31.2.3 生物处理法31.3 非金属矿物处理水体富营养化方面的研究进展31.4 累托石的性质与结构特点51.4.1 物理及化学性质51.4.2 结构特点61.5 累托石粘土矿的改性71.5.1 无机改性累托石71.5.2 有机改性累托石81.5.3 其他累托石改性方法81.6 本文研究的目的、意义及内容9第二章 天然非金属矿物对氮磷的吸附研究102.1 实验仪器及试剂102.1.1 试剂与原料102.1.2 主要仪器和设
15、备112.2 实验部分112.2.1 水样中氮含量的测定112.2.2 水样中磷含量的测定122.2.3 不同非金属矿物对水样中氮磷吸附率的测定132.3 结果与讨论132.3.1 氮标准曲线132.3.2 磷标准曲线142.3.3 不同非金属粘土矿物的对模拟水样中氮的吸附性能分析152.3.4 不同非金属粘土矿物的对模拟水样中磷的吸附性能分析182.3.5 不同非金属粘土矿物的对模拟水样中氮磷的吸附性能比较202.4 本章小结21第三章 累托石的改性及改性累托石对氮磷的吸附研究223.1 实验仪器及试剂223.2 实验部分223.2.1 累托石改性223.2.2 改性累托石对模拟水样中氮磷的
16、吸附性能测试233.3 结果与讨论243.3.1 热改性累托石对模拟水样中氮磷的吸附性能分析243.3.2 酸改性累托石对模拟水样中氮磷的吸附性能分析263.3.3 碱改性累托石对模拟水样中氮磷的吸附性能分析273.3.4 盐改性累托石对模拟水样中氮磷的吸附性能分析293.3.5 有机改性累托石对模拟水样中氮磷的吸附性能分析313.3.6 混合改性累托石对模拟水样中氮磷的吸附性能分析343.4 本章小结36第四章 混合改性累托石吸附氮磷的影响因素374.1 实验仪器及试剂374.2 实验部分374.2.1初始pH条件实验374.2.2吸附温度条件实验384.2.3吸附时间条件实验384.2.4
17、混合累托石的表征384.3 结果与讨论394.3.1 初始PH值对等摩尔混合改性累托石吸附性能的影响394.3.2 温度对对等摩尔混合改性累托石吸附性能的影响414.3.3 吸附时间对等摩尔混合改性累托石吸附性能的影响434.3.4 混合改性累托石的表征及吸附机理初步探索454.3.5 累托石在景观水体中的应用研究474.3.6 改性累托石再生利用484.3.7 氮磷吸附试验中干扰因素分析494.4 本章小结50第五章 结论与建议515.1 研究成果515.2 尚未解决的问题及建议51致 谢53参考文献54 2013.5 中国地质大学(武汉)硕士学位论文 7第一章 文献综述1.1 国内水环境现
18、状一直以来,我国都有水体污染严重、水资源非常短缺和洪涝灾害等多方面问题。同时水污染还加速了水资源短缺、生态环境破坏,导致洪涝灾害频发。在1999年的中国环境状况公报的报道表明,当前国内大多数水系及部分地区的地下水都受到了不同程度的污染1,在以后很长的时间以内,水污染及水资源短缺将会是我们国家水环境面临的非常重要问题。因此,研究无机非金属矿物净化污水对于我国实施可持续发展战略具有重要意义。1.1.1 水体的污染伴随着人们生活用水量的增加和工农业发展,工业及生活上的废水排放量在飞速地增加,没有经过处理的废水任意排放,不但污染了水源,同时又造成了水资源的短缺。据资料分析,70年代初时,全国日均排放废
19、水量已经超过了l108 m3,其中有80%以上没有经过处理直接排入到水域中,使水库、湖泊、河流遭受到了非常严重的污染5,十二五以来,随着我国工业化程度的加深,工业、农业、生活污水排放量逐年增加。从目前全国水环境状况看,我国水环境面临着严重挑战。我国水资源主要污染物为氮磷元素和由氮磷引起的富营养化而产生的藻类。因为氮磷营养元素的富集,2007年太湖、巢湖以及滇池都发生了大规模的蓝藻爆发事件2,湖水变臭,使上百万附近居民没有干净水可用,严重的影响了人们的正常生活和生产。(1) 水体富营养化氮磷是水体富营养化的重要因素。当水体总氮浓度高于0.2mgL-1时即可认为水体富营养化。特别是对于流动缓慢的海
20、湾、湖泊,更容易造成富营养化污染,使得自来水处理成本大大提高,严重的可造成水体环境缺氧或产生硫化氢等有毒有害物质,致使生物缺氧或中毒死亡3。因此,为了预防水体富营养化,必须减少氨氮的污染,同时加大对高浓度、较集中的氨氮废水处理和微污染水体中氨氮的处理。(2) 磷污染排放到湖泊中的磷绝大部分来源于畜牧业、生活污水和工厂废水及山林耕地肥料的流失。以生活污水为例,每人每天磷排放量大致在1.43.2g。其中各种洗涤剂的磷含量约占70%左右4。此外,漱洗水与炊事以及在粪尿中磷也有不同程度的含量。在水域的磷流入量中,生活污水占到了43.4%,磷酸盐工业废水占到了20.5%5。与生活污水相比,含磷工业废水总
21、量较小,但浓度却较大,水量也较集中,因此处理好高浓度含磷废水对湖泊水体改善富营养化效果有比较明显的效果,同时也要做好对微污染水质中磷的处理,从两方面确保水体环境的安全。(3) 氮污染氮污染的来源很多,而且排放量很大。比如石油化工、无机化工、钢铁、制药废水、化肥、玻璃制造和食品工业等排放的不同浓度的含氮废水;日常生活中的污水、垃圾填埋场渗滤液、动物排泄物、肉类加工及饲养业等产生的废水也含有大量的氮。废水中的氮大部分以氨氮、硝酸盐氮、有机氮和亚硝酸盐氮四种形式存在6。工业废水中的氮大部分存在形式是氨氮。而生活污水中的氮主要存在形式则是有机氮和氨氮,其中有机氮占到生活污水的4060%,氨氮则占506
22、0%,而亚硝酸盐氮以及硝酸盐氮不到5%7。因此,氨氮是排入水体的氮的主要形式。全球每年氨氮排放量大约4107t,它排放浓度高、分布集中,造成了对环境的严重污染。1.1.2 我国水环境特点我们国家现在的水资源总量为2.621012 m3,平均每人的占有量仅仅为世界人均水量的1/4,在全世界排到了第100名以后,同时我国是世界上12个贫水的国家之一。其中水资源状况具体表现在:(1)农用耕地需水量大,农业用水量十分紧张;(2)人口增加和城市化用水标准的提高使水资源供需矛盾越来越明显;(3)工业用水量增长很快,但对污水的处理和重复用水能力低,用水效益不甚理想;(4)水质污染严重,用水方式落后,水资源浪
23、费惊人;(5)地表水减缩明显,地下水开采过量水位迅速降低,导致部分地区地面沉降,引发了很多环境地质灾害。1.2 环境水富营养化的处理方法水体富营养化的常见处理方法主要有三种:化学法、物理法及生物处理法8。1.2.1 化学处理法应用化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈现溶解、胶体状态的污染物或者将其转化为无害物质的方法。在化学处理法中,通过投加药剂产生化学反应为基础的处理方法有氧化还原、中和、混凝等;而以传质作用为基础的处理方法则有吸附、汽提、吹脱、萃取、离子交换以及电渗析和反渗透处理方式使用的膜分离技术。用于传质作用的处理方法既具有化学作用,又具有与其相关的物理作用,所以也可以从化学分离法中
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