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铁锰泥除砷颗粒吸附剂特征-一体化污水设备
浏览: 发布日期:2018-01-23

  砷是一种有毒的类金属元素, 被国际癌症研究机构(IARC)归为A类致癌物.随着人类活动和工业的发展, 水体砷污染已成为全球性的严重环境问题.为了降低砷对人类健康的威胁, 世界卫生组织(WHO)、美国和欧盟环保局均规定饮用水中砷的浓度限值为10 μg·L-1 , 我国2007年1月1日起实施的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)将砷浓度标准由50 μg·L-1降低到10 μg·L-1.

  水体除砷方法目前主要包括吸附法、膜分离法、离子交换法和生物法等, 其中吸附法因操作简单、绿色环保而受到广泛关注, 常见吸附剂中的铁锰基吸附剂除砷效果良好, 是当前研究的热点.水厂除铁除锰生物滤池反冲洗泥(铁锰泥)含有大量铁锰氧化物, 直接随反冲洗废水排放易造成环境问题. Ociński等认为铁锰泥中含有的大量Fe(Ⅲ)(氢)氧化物和Mn(Ⅳ)氧化物, 拥有巨大的除砷潜力, 并使用其进行吸附除砷实验, 得到了很好的除砷效果.但粉末态铁锰泥吸附除砷结束后, 产生的吸附废料难以从水中回收, 带来新的环境问题, 限制了其在实际除砷工程中的应用.

  因此本实验采用在铁锰泥中添加辅料制成颗粒并焙烧强化的工艺, 将粉末态铁锰泥制成颗粒态吸附剂GA, 并对其吸附机制、性能进行了初步探索, 以期为水体净化除砷以及铁锰泥回收利用提供绿色环保的新思路.

  1 材料与方法 1.1 主要仪器和试剂

  主要仪器:电子分析天平, THZ-82恒温振荡器, AFS-8230原子荧光分光光度计(北京吉天仪器有限公司), pHSJ-3F实验室pH计(上海仪电科学仪器股份有限公司), 陶瓷纤维马弗炉(TL3014, 北京中科奥博科技有限公司)等.

  主要试剂:硼氢化钾(优级纯)、氢氧化钠(优级纯)、硫脲(优级纯)、盐酸(分析纯)、Na2HAsO4·7H2O(分析纯)、葡萄糖(分析纯)、海藻酸钠(生化纯)、硝酸钠(分析纯)、硝酸(分析纯).铁锰泥来源于水厂稳定运行阶段的生物除铁除锰滤池, 该水厂进水水质为:总铁14.9 mg·L-1、Fe2+ 10.0 mg·L-1、Mn2+ 0.8~1.0 mg·L-1.收集滤池的反冲洗废水, 静沉数日, 将沉积在底部的污泥取出, 自然风干, 用研钵磨碎后过100目筛置于干燥处备用.

  1.2 GA的制备

  分别称取质量比为10:0.5:2的铁锰泥粉末、海藻酸钠与葡萄糖, 置于研钵中研磨混匀后取出, 加入适量去离子水混匀, 制成粒径1.0~2.0 mm的颗粒, 置于阴凉通风处24 h陈化晾干后放入马弗炉中焙烧, 焙烧条件为:预热温度180℃, 预热时间20 min, 焙烧温度350℃, 焙烧时间60 min, 升温速率10 ℃·min-1.待经焙烧的颗粒冷却后, 使用去离子水冲洗3次后于100℃烘干至恒重, 得到GA.

  1.3 GA的性能 1.3.1 GA表征

  使用日本Hitachi公司S-570型扫描电镜对GA表面形貌进行表征, 加速电压20 kV.德国布鲁克公司BRUCKER D8型X射线粉末衍射仪分析GA内部物相组成, 衍射仪采用Co靶Kα射线, 管电压50 kV, 管电流50 mA, 扫描速率6(°)·min-1, 扫描范围2θ为10°~90°.使用瑞士梅特勒公司ASAP2020型物理吸附仪对GA进行比表面积分析, 分析前将GA置于200℃下脱气2 h.

  1.3.2 GA的pHpzc测定

  采用酸碱趋势法测定GA的pHpzc.方法如下:各加入100 mL浓度为0.1 mol·L-1的NaNO3溶液于一系列250 mL具塞锥形瓶中, 使用0.1 mol·L-1的NaOH和0.1 mol·L-1的HNO3溶液调节初始pH至1.4~11.9之间, 分别加入0.1 g的GA, 25℃下, 以100 r·min-1的转速恒温振荡24 h, 至溶液pH稳定, 水样经0.45 μm微孔滤膜过滤后, 测定最终的pH.

  1.4 吸附实验 1.4.1 吸附动力学实验

  称取0.8 g的GA置于1 L聚乙烯瓶中, 各加入800 mL质量浓度分别为1、10、25 mg·L-1的As(Ⅴ)溶液, 25℃下, 以100 r·min-1的转速恒温振荡.自反应开始至36 h, 间隔不同时间取5 mL水样, 经0.45 μm微孔滤膜过滤后, 使用原子荧光分光光度计测定砷的残余量.

  GA对As(Ⅴ)的吸附量计算公式为:

铁锰泥除砷颗粒吸附剂特征-一体化污水设备

(1)

  式中, q为振荡结束时吸附量, mg·g-1; c0为As(Ⅴ)的初始质量浓度, mg·L-1; c为振荡结束时溶液中剩余As(Ⅴ)质量浓度, mg·L-1; V为溶液的体积, L; m0为GA投加量, g.

  1.4.2 等温吸附实验

  称取0.1 g的GA置于一系列250 mL具塞锥形瓶中, 分梯度分别加入100 mL质量浓度范围在0.1~50 mg·L-1内的As(Ⅴ)溶液, 25℃下, 以100 r·min-1的转速恒温振荡12 h后取水样, 经0.45 μm微孔滤膜过滤后, 测定砷的残余量.

  1.5 影响因素研究

  (1) GA投加量对除砷效率的影响称取0.02、0.05、0.1、0.2、0.5及0.8 g的GA置于一系列250 mL具塞锥形瓶中, 分别加入100 mL质量浓度为10 mg·L-1的As(Ⅴ)溶液, 25℃下, 以100 r·min-1的转速恒温振荡12 h后取水样, 经0.45 μm微孔滤膜过滤后, 测定砷的残余量.

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