吸附剂及与生物反应器耦合对水中砷的去除效应研究

摘要

随着工业的快速发展，砷污染成为现代社会最严重的水污染问题之一，其治理一直是水环境领域研究的重大课题。本文采用了活性炭、改性活性炭、磁性氧化铁以及活性污泥分别处理不同浓度的含砷废水，探究其吸附动力学和吸附热力学方程，分析吸附机理，除此之外还探究了砷在活性污泥上的迁移转化规律。为了进一步改善活性污泥对砷的处理效果，将3种物理吸附剂添加到活性污泥中，与活性污泥作用单独去除砷进行比较，从实验数据中分析得出下面的结论:
　　所研究的三种吸附剂对水中的砷都具有一定的去除效果，但吸附剂种类不同，其对砷的吸附效率不同。同时探究了初始浓度、吸附剂用量、吸附平衡时间对吸附效果的影响作用。3种吸附剂随着溶液中含砷浓度的增大，去除率略有下降。活性炭和改性活性炭在150分钟基本达到吸附平衡状态，磁性氧化铁在20分钟左右达到吸附平衡状态。活性炭、改性活性炭、磁性氧化铁随着投加量的增大，去除率增大。吸附剂的吸附动力学与热力学研究说明，在实验的浓度与温度控制范围中，活性炭、改性活性炭、磁性氧化铁对砷的吸附和二级动力学模型以及Langmuir等温吸附模型相吻合。
　　活性污泥处理水中砷是一种生物去除方法。活性污泥对砷的去除是一个相对迅速的吸附过程，在2小时左右里吸附质在固液相的表面基本达到平衡状态。并且在活性污泥最大吸附量范围里，吸附量随初始砷浓度的变大而变大。在研究的浓度和温度控制范围中，活性污泥对砷的去除与二级动力学模型以及Langmuir等温吸附模型、Freundlich等温吸附模型相吻合。因此，活性污泥对砷的吸附是一个相对复杂的过程，包含许多种不同的吸附原理。
　　活性炭、改性活性炭、磁性氧化铁与活性污泥耦合后，对0.25mg/L砷溶液的去除率比活性污泥单独作用效果好，其中磁性氧化铁与活性污泥耦合后的效果最好，并且可以持续较长时间，能达到稳定状态。其与二级动力学模型以及Langmuir等温吸附模型、Freundlich等温吸附模型相吻合，并且吸附剂耦合活性污泥后仍对砷吸附表现出具有良好的亲和力。同时磁性氧化铁与活性污泥耦合后的最大吸附饱和量最大，提高了处理水中砷的能力。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 水体中砷污染来源及危害

1．1．1 含砷废水的来源

1．1．2 砷的危害

1．2 目前水体砷的污染现状

1．3 水体除砷技术的国内外发展现状

1．3．1 吸附法除砷

1．3．2 混凝法除砷

1．3．3 离子交换法除砷

1．3．4 膜技术除砷

1．3．5 生物法除砷

1．4 本课题的研究内容及意义

1．4．1 本课题研究目的及意义

1．4．2 本课题研究的主要内容

1．4．3 本课题研究的技术路线

第2章 实验部分

2．1 实验仪器与试剂

2．1．1 实验仪器

2．1．1 实验试剂

2．2 主要实验方法

2．2．1 物理吸附实验

2．2．2 生物实验

2．2．3 耦合过程

2．3 处理及分析方法

2．3．1 活性污泥处理方法

2．3．2 消解泥样

2．3．3 As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的测定

2．3．4 其它水质指标

第3章 吸附剂对砷的吸附研究

3．1 吸附剂对砷的吸附性能研究

3．1．1 砷模拟液初始浓度对去除效果影响

3．1．2 吸附时间对去除效果影响

3．1．3 吸附剂投加量对去除效果影响

3．2 吸附剂吸附砷的动力学和热力学研究

3．2．1 吸附剂吸附砷的动力学研究

3．2．2 吸附剂吸附砷的热力学研究

3．3 吸附剂的吸附机理分析

3．3．1 吸附剂扫描电镜分析

3．3．2 吸附剂傅里叶红外光谱分析

第4章 活性污泥对砷的去除研究

4．1 活性污泥的生化指标

4．1．1 活性污泥常用生化指标的意义及其对污泥的影响

4．1．2 活性污泥的微生物指标

4．2 活性污泥去除砷的性能研究

4．3 活性污泥去除砷的动力学和热力学研究

4．3．1 活性污泥去除砷的动力学研究

4．3．2 活性污泥去除砷的热力学研究

4．4 活性污泥去除砷的机理分析

4．4．1 活性污泥红外光谱分析

4．4．2 不同浓度的总砷在活性污泥固、液相中的分配规律

4．4．3 砷在活性污泥的中的迁移转化过程

4．4．4 As(Ⅲ)、As(Ⅴ)在活性污泥中迁移转化规律

第5章 吸附剂耦合活性污泥对砷的去除研究

5．1 吸附剂耦合活性污泥处理砷的性能研究

5．2 吸附剂耦合活性污泥处理砷的动力学与热力学

5．2．1 吸附剂耦合活性污泥处理砷的动力学

5．2．2 吸附剂耦合活性污泥处理砷的热力学

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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