有机物对三价铁去除磷酸根影响的模型与实验研究

摘要

随着国民经济的快速发展和工业化进程的加速，水体富营养化已成为全世界共同面临的环境难题之一，为有效控制水体富营养化，应控制水体中的磷含量。本文在综述国内外除磷工艺的基础上，研究了在有机物存在条件下，三价铁去除水体中磷酸盐的物理化学过程。
　　本研究主要内容包括：⑴研究了均相环境中，模化有机物柠檬酸对三价铁去除磷酸盐的分子模型。研究发现三价铁对磷酸盐的去除性能很大程度上取决于pH值和竞争有机物的浓度，pH值在6-8之间是三价铁除磷的最佳pH范围;当溶液处于较高的碱性环境下，一定浓度的三价铁去除磷酸盐的能力会随柠檬酸加入而降低。采用基于物料守恒的分子模型模拟得到了经验分子式为Fe1.6H2PO4(OH)3.8的沉淀产物。⑵研究了在环境pH条件下，溶解性微生物产物(SMP)、羟基氧化铁(HFO)和磷酸盐构成的两相多组分溶液中，SMP对HFO吸附磷酸根的影响。结果表明，pH的升高和SMP浓度的增加都会抑制HFO对磷酸盐的吸附，并通过扩散双电层模型(DLM)和电荷分布多位络合模型(CD-MUSIC)模型得到了络合反应平衡常数，log10K分别为15.1±0.11和12.1±0.5，进而完善了相关表面络合模型的平衡常数数据库。⑶研究了多种模化有机物、磷酸盐和HFO组成的两组多组分体系，研究了不同条件下HFO对磷酸盐的吸附能力。研究表明：pH是影响吸附的一个主要因素，HFO吸附磷酸盐的能力随着pH的升高而降低；比较了有机物不同浓度对吸附性能的影响，研究发现高浓度的有机物不利于磷酸盐的去除；比较了不同有机物对HFO吸附磷酸根的影响，研究发现不同的官能团与磷酸盐竞争固体表面电荷位的能力不同，三种模化有机物按影响从大到小排列为醋酸＞草酸＞磺基水杨酸。

目录

声明

摘要

1．1 磷的来源与危害

1．2 磷的存在形式

1．3 污水除磷的方法

1．3．1 生物法除磷

1．3．2 化学沉淀法除磷

1．3．3 电解法除磷

1．3．4 吸附法除磷

1．4 铁系氧化物除磷的应用

1．4．1 作用机制

1．4．2 有机物对羟基氧化铁除磷的影响

1．5 本文的研究意义、目的、创新点及主要内容

1．5．1 研究的意义

1．5．2 研究的目的

1．5．3 研究的创新点

1．5．4 研究的主要内容

第二章 实验部分

2．1 实验仪器和主要试剂

2．1．1 实验的主要仪器

2．1．2 实验的主要试剂

2．2 实验方法

2．2．1 实验中的控制条件

2．2．2 羟基氧化铁的制备

2．2．3 实验中使用的模型

3．1 引言

3．2 实验方法

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 pH值对三价铁去除磷酸盐的影响

3．3．2 柠檬酸对三价铁吸附磷酸根的影响

3．3．3 质量守恒模型

3．3．4 pH、柠檬酸对磷酸盐形态的影响

3．4 本章小结

4．1 引言

4．2 实验方法

4．2．1 pH和SMP对吸附结果的研究

4．2．2 SMP的提取方法

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 pH和SMP对羟基氧化铁吸附磷酸盐的影响

4．3．2 模型选择和参数讨论

4．4 本章小结

5．1 引言

5．2 实验方法

5．2．1 初始pH值对吸附结果的影响

5．2．2 不同有机物浓度对吸附结果的影响

5．3．1 pH对羟基氧化铁吸附磷酸根的影响

5．3．2 有机物浓度对羟基氧化铁吸附磷酸根的影响

5．3．3 不同有机物官能团对羟基氧化铁吸附磷酸根的影响

5．3．4 羟基氧化铁的表征

5．4 本章总结

第六章 结果与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间学术成果