原位铁（氢）氧化物去除受污染水中钼离子的效能与机理

摘要

钼是动植物必需的一种微量元素，也是一种重要的自然资源，广泛应用于钢铁工业、石油及化学工业、复合材料、农业、医学等领域。随着钼矿资源的不断开发，由于开采技术粗放、尾矿处理不当、选矿废水不合理排放等原因造成钼矿周围水体的钼污染问题日益突出。人体长期摄入过量的钼会导致诸如肠胃功能失调、生长迟缓、贫血、甲状腺机能减退、骨骼和关节畸形、不孕不育、肝肾功能异常等疾病的发生，严重时甚至导致死亡。因此，有必要采取有效的技术手段来去除水中过量的钼。混凝沉淀过滤工艺是饮用水处理传统工艺，具有造价低、效果好、操作简单、管理方便等优点，并且对水中多种金属离子具有良好的去除效果。因此，本文选取多种水处理常用的铁盐作为混凝剂，研究铁盐原位水解形成的铁氧化物(氢氧化物)对水中钼离子的去除效果、影响因素和反应机理，以期为水中钼离子去除的生产实践提供理论依据和数据支持。
　　研究表明，氯化铁、硫酸铁、X-硫酸铁三种混凝剂原位水解形成的铁氧化物(氢氧化物)均对Mo(Ⅵ)的去除具有良好的效果。在以纯水为背景水的条件下，三者对Mo(Ⅵ)的去除都表现出随pH的增加而先增大后减小的规律。不同pH下铁盐混凝剂对Mo(Ⅵ)的去除效果受三方面因素的影响：①铁的去除率；②铁盐絮体的Zeta电位；③Mo(Ⅵ)的形态。三个因素共同作用，导致不同pH下铁盐混凝剂对Mo(Ⅵ)去除效果的不同。
　　在铁盐除Mo(Ⅵ)的各种影响因素中，水温和离子强度对三种铁盐的除Mo(Ⅵ)效果都没有明显影响；钙离子不会影响氯化铁和X-硫酸铁的除Mo(Ⅵ)效果，却会对硫酸铁除Mo(Ⅵ)产生抑制作用；共存阴离子(包括腐殖酸)对铁盐混凝剂除Mo(Ⅵ)的影响涉及三个方面：①共存阴离子对铁去除率的影响；②共存阴离子对Mo(Ⅵ)在铁盐絮体表面吸附的竞争作用；③共存阴离子对铁盐絮体 Zeta电位的影响。三方面的影响共同作用，导致不同阴离子对铁盐混凝剂除Mo(Ⅵ)效果的不同影响。
　　以硫酸铁为代表研究了铁盐混凝剂的除Mo(Ⅵ)机理，发现Mo(Ⅵ)被吸附到硫酸铁絮体表面而形成内层表面络合物。在低硫酸铁投量下，硫酸铁絮体的共沉淀作用并不明显；而在高硫酸铁投量下，共沉淀对Mo(Ⅵ)的去除具有一定作用。
　　实验发现，X1.0-硫酸亚铁溶液(也即X-硫酸铁溶液)的除Mo(Ⅵ)效果远高于纯硫酸亚铁溶液，具有和硫酸铁溶液相当的除Mo(Ⅵ)效率，并且在足够长的时间内其除Mo(Ⅵ)效果不随陈化时间的增加而降低。原因是药剂X的添加使硫酸亚铁溶液中大部分的Fe2+被氧化成Fe3+，并且溶液酸性增强，Fe3+不易水解。
　　在以实际水为背景水的条件下，三种铁盐混凝剂对水中Mo(Ⅵ)的去除效果大致相当，都表现出随pH的增加而降低的规律。为同时保证高效的除Mo(Ⅵ)效果和尽量低的药剂投加量，宜将混凝过程的pH控制到5.0，待Mo(Ⅵ)从水中去除后再将被处理水调回中性。当Mo(Ⅵ)初始浓度为0.7mg/L时，为使处理后水中Mo(Ⅵ)浓度满足《生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》的要求(≤0.07 mg/L)，三种混凝剂的投加量都要至少15 mg/L(以Fe计)。单从药剂投加成本来看，投加15 mg/L(以Fe计)三种药剂的成本(包括酸碱调节药剂)分别为：氯化铁0.2229元/吨水、硫酸铁0.3403元/吨水、X-硫酸铁0.059元/吨水。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 钼的性质、存在形式、污染状况及危害

1.3 钼离子的去除方法

1.4 铁盐絮凝剂在水处理中的应用

1.5 研究的目的、意义和研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验试剂与仪器

2.2 实验试剂的配制与保存

2.3 实验方法

2.4 分析检测方法

2.5 技术路线

第3章 氯化铁原位铁(氢)氧化物对水中钼离子的去除

3.1 引言

3.2 不同类型混凝剂对水中钼离子的去除效果

3.3 pH对氯化铁除钼的影响

3.4 钼初始浓度对氯化铁除钼的影响

3.5 离子强度和碱度对氯化铁除钼的影响

3.6 共存离子对氯化铁除钼的影响

3.7 氯化铁絮体表面基团研究

3.8 氯化铁絮体表面组分分析

3.9 聚合氯化铁对钼离子的去除效果

3.10 氯化铁对实际水中钼离子的去除效果

3 . 11 本章小结

第4章 硫酸铁原位铁(氢)氧化物对水中钼离子的去除

4.1 引言

4.2 水温对硫酸铁除钼的影响

4.3 pH对硫酸铁除钼的影响

4.4 不同投量硫酸铁对钼离子去除效果

4.5 离子强度和碱度对硫酸铁除钼的影响

4.6 硫酸铁对钼离子的去除机理

4.7 不同pH下硫酸铁和氯化铁除钼效果对比

4.8 共存离子对硫酸铁除钼的影响

4.9 硫酸铁絮体表面基团研究

4.10 硫酸铁絮体表面组分分析

4 . 11 硫酸铁对实际水中钼离子的去除效果

4.12 本章小结

第5章 X-硫酸铁原位铁(氢)氧化物对水中钼离子的去除

5.1 引言

5.2 纯硫酸亚铁对水中钼离子的去除效果

5.3 X1.0-硫酸亚铁对水中钼离子的去除效果

5.4 X1.0-硫酸亚铁高效除钼效果原因分析

5.5 pH对X-硫酸铁除钼的影响

5.6 离子强度和碱度对X-硫酸铁除钼的影响

5.7 背景离子对X-硫酸铁除钼的影响

5.8 X-硫酸铁对钼离子的吸附等温曲线

5.9 Mo (VI)在X-硫酸铁絮体上的解吸研究

5.10 X-硫酸铁絮体表面基团研究

5.11 X-硫酸铁絮体表面组分分析

5.12 X-硫酸铁对实际水中钼离子的去除效果

5.13 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢

个人简历