紫色母岩复合聚合硫酸铁去除景观水体氮磷研究

摘要

随着经济的发展以及人们生活水平的提高，供人类娱乐及美化居住环境的景观水体越来越多。然而，由于大部分景观水体属于封闭或半封闭排水系统，农业污染废水、渔业污水、生活污水以及大气污染降水等污染源流入其中后易造成景观水体富营养化，甚至出现发“绿”、发“臭”等不良现象，严重影响周边居民的生活及城市环境。因此，研发行之有效的景观水体处理技术已成为目前急需解决的问题。
　　众多研究表明，城市景观水体富营养化的根本原因是由于氮磷营养盐含量超标。因此，削减水体中氮磷含量是景观水体富营养化治理的重点，尤其是作为水体富营养化控制性因素的磷元素。目前，景观水体治理最常用的方法是吸附法和絮凝法，而吸附剂及絮凝剂的选择对去除效果具有重大影响。传统吸附剂钢渣、粉煤灰、沸石等具有来源广、价格低的优点，但对景观水体的治理效果较差。对传统吸附剂进行改性可显著提高其对景观水体的净化效果，但改性具有成本高，易造成二次污染的缺点。因此，研究髙效、廉价、环境友好型吸附剂已成为景观水体处理的重要工作。紫色母岩是广泛分布于西南地区的一种沉积岩，其矿物成分比砾石复杂，含有较多的黏粒矿物，能够吸附水体中的磷素。本课题组已有研究表明利用紫色母岩作为基质或覆盖材料均可有效治理景观水体氮磷污染。作为一种无机髙效絮凝剂，聚合硫酸铁（PFS)具有絮凝速度快、絮凝效果好等优点。本课题组通过预实验发现将紫色母岩与PFS复合使用，可有效去除景观水体总氮(TN)及总磷（TP)。因而，本研究选择PFS作为絮凝剂，西南地区典型的4种紫色母岩作为吸附剂，研究PFS与不同种类紫色母岩复合对西南大学崇德湖景观水体TN及TP的去除效果，并深入探讨其去除机理，为景观水体的治理提供一种髙效低成本的方法。获得主要结果如下：
　　(1)在相同实验条件（反应体系：1L。搅拌参数：380 rm in_1下搅拌2 min;100 rm in_1下搅拌l O m i n;静置时间3 h)下比较4种紫色母岩（J3p、J2 S、TJ、J3s)、PFS单独处理以及4种紫色母岩（J3p、J2s、Tif,J3s)分别和PFS复合处理对景观水体TN及TP的去除效果。结果表明，PFS对水体TN、TP的去除率分别为15.11％、62.83%；4种紫色母岩中J3p对TN、TP的吸附效果最好，对水体TN、TP的吸附率分别为42.56%、20.35%;4种复合处理剂中J3p+PFS复合处理剂对TN、TP的去除效果最好，对TN、TP的去除率分别为50.84%、81.41%。复合处理剂对水体TN、TP的去除效果均比单一处理剂好，说明复合使用时，PFS发挥了可髙效去除TP的优点，而紫色母岩发挥了可髙效去除TN的优点，因此复合使用可高效去除水体中的TN、TP。为最终能够确定一种优化处理方法，选择J3P+PFS最优复合处理剂进行下一步的条件优化实验。
　　(2)复合处理剂去除景观水体TN、TP的影响因素研究表明，J3p+PFS复合处理剂的最优投加量、最优处理温度以及最优初始水样pH值分别为J3p6 g-L\PFS SOmg-L1,30℃,9。通过优化实验条件，可以提髙J3p+PFS复合处理剂对水体TN、TP的去除效果。在最优条件下，J3p+PFS复合处理剂对水体TN、TP的去除率最髙，分别为54.10%、86.48%，表明J3p+PFS复合处理剂是一种新型复合处理剂，可应用于景观微污染水体的治理。
　　(3)优化复合处理剂对景观水体TN、TP去除研究表明：处理后景观水体Zeta电位显著上升，但仍小于0;叶绿素a含量显著下降；水体微生物的种类及含量均显著下降；X-射线衍射分析发现处理景观水体时，J3P+PFS复合处理剂与水体中的污染物质发生反应，其内部的方解石（CaC03)以及赤铁矿(Fe203)被活化，移动到絮体表面；红外光谱分析得出J3p+PFS复合处理剂去除水体TN、TP时，起主要作用的是-OH、-O C、Fe-OH-Fe以及Fe-O基团和离子吸附作用；电镜扫描及能谱分析发现Jsp+PFS复合处理剂与景观水体中污染物质反应形成的絮体表面更加紧实，大部分金属元素含量下降，且出现P元素的能谱峰。综合分析可知，J3p+PFS复合处理剂在去除水体TN、TP过程中既发挥了PFS的絮凝作用，又发挥了J3p的吸附作用及改变水体微生物群落结构的作用，絮凝机理主要是电性中和作用，吸附机理主要是物理化学吸附作用。其中，J3p+PFS复合处理剂通过物理吸附作用降低水体微生物及叶绿素a的含量，从而降低水体TN含量;JaP+PFS复合处理剂通过物理及化学作用吸附水体中的磷素，从而降低水体TP含量。

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