复合沸石的制备及其对微污染水中氨氮和DBPs前驱物的去除性能

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近年来,由于人口的增长、经济和社会的迅速发展、以及城市化进程的加快,水源水污染问题日益严重,且呈发展趋势。由于水源水受到污染,水体中的氨氮及消毒副产物(DBPs)前驱物浓度升高,常规水处理工艺很难使水质达到饮用水标准,一旦水中氨氮和DBPs前驱物浓度过高,可能造成亚硝酸盐以及DBPs浓度升高,严重威胁着饮用水的水质安全和人体健康。因沸石具有廉价、易得和对氨氮的高选择吸附性,以及生物炭具有经济、安全和高效等优点,近年来均被广泛关注,利用沸石或生物炭对氨氮、水体中DBPs前驱物等单一污染物的吸附研究已取得诸多进展,但将上述两种材料结合起来并用于同步去除微污染水中氨氮及DBPs前驱物的去除研究却鲜有报道,亟待研究探讨。本研究对天然沸石进行改性处理,并将改性处理后的沸石结合生物炭制备成复合沸石;以改性沸石、生物炭和复合沸石为吸附剂,以氨氮、DBPs前驱物——腐植酸、富里酸和色氨酸作为目标污染物,比较各吸附剂对目标污染物的吸附性能;对氨氮、DBPs前驱物单一污染和混合污染(指氨氮与某一种DBPs前驱物混合污染)时分别开展实验,研究初始pH值、温度、沸石投加量、初始污染物浓度以及吸附时间对复合沸石吸附性能的影响;开展了复合沸石在实际微污染水中的应用研究,包括氨氮、DBPs前驱物、CODMn和浊度等指标的去除效果,并通过对处理前和处理后的水样分别进行氯化消毒实验,比较前后DBPs的产生情况,重点分析复合沸石对DBPs前驱物的去除性能。取得的主要成果如下:(1)首先在加热盐改性和微波盐改性两种改性方法中选出最佳的沸石改性方法及该方法的最佳改性条件,以经该改性方法处理的沸石为主,添加适量生物炭,制备成复合沸石,并对改性沸石、生物炭和复合沸石三种吸附剂的吸附效果进行比较。结果表明:加热盐改性方法改性的沸石吸附性能更好,该改性方法的最佳改性温度为65-70℃,且沸石粒径越小,其吸附性能越好,制备复合沸石时宜采用粒径小于100目的改性沸石;制备复合沸石时,生物炭的最佳投加量为20%(指生物炭量占改性沸石量的20%);在改性沸石、生物炭和复合沸石三种吸附剂中,复合沸石同步去除氨氮及DBPs前驱物效果最佳。(2)pH值对各目标污染物在吸附剂上的吸附有较大影响,且影响各异,为满足复合沸石同步去除各目标污染物的要求,选取吸附反应pH值为7较为合理;升温有利于吸附反应的进行,表明该吸附为吸热反应,综合考虑诸多因素,吸附反应温度选取25℃为宜;当复合沸石投加量为18g·L-1时,各目标污染物的去除效果基本能满足出水浓度标准的要求;该吸附动力学服从准二级动力学方程,吸附平衡类型与Langmuir等温吸附模型相似。(3)复合沸石对实际微污染水有着较好的处理效果,在考察的水质指标中,氨氮、CODmn和浊度的去除率分别可达58.87%、39.82%和53.12%,由于实际水样成分较为复杂,其处理效果略差于模拟水;经复合沸石处理后的水样,其DBPs生成量明显比处理前减少:氯化消毒时,当次氯酸钠与水中腐植酸浓度比为0.5和1时,原水中二溴乙酸(DBAA)生成量分别为14.98和23.41μg·L-1,经复合沸石处理后其生成量降为0,表明复合沸石对微污染水中DBPs前驱物有着显著的去除效果。
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