曝气法同步去除富锶冷矿泉水中铁和钡的效能研究

摘要

我国黑龙江省五大连池地区的偏硅酸型富锶冷矿泉是药用价值很高的天然矿泉水源,水中同时含有的钡、锶两种元素,钡元素对人体具有很大毒性,而锶元素是对人体有益的微量元素,希望实现去除钡元素而保留锶元素,但钡、锶元素属于同一主族,化学性质相似,在处理过程中很可能同时被去除。而目前的矿泉水处理工艺通常仅仅关注常见物质的去除,对于钡元素这类有毒离子的研究较少。并且大多数研究都忽略了有益元素的保留问题,常规矿泉水处理过程能否实现除钡留锶的效果仍然未知。国内外在水中钡污染去除方面的研究极少,且难以满足除钡留锶的实际需要。随着天然矿泉水的质量日益受到关注,安全有效的矿泉水处理方法亟待开发。
　　本研究以五大连池富锶冷矿泉为背景,通过实验模拟传统矿泉水处理工艺中曝气、沉淀以及过滤的过程,考察有害元素铁和钡的去除情况和有益元素锶的保留情况,通过考察气水比、各离子初始含量、重碳酸盐含量、反应终点pH值、曝气强度以及铁元素的含量等因素的影响,确定了需要重点控制的几个工艺参数值,并以五大连池实地采集的水样作为实验对象,考察该方法的可行性,为实际处理工艺设计提供了重要参考。此外,还进行了曝气法同步除铁除钡留锶的机理探究。
　　实验结果表明,各反应体系的曝气过程中,Ba元素含量变化均依附于Fe元素含量的变化,在曝气过程中逐渐被沉淀去除,在此过程中,Sr元素的含量基本保持不变,基本达到了同步除铁除钡留锶的效果。各反应体系中,当曝气时间达到20min左右,即pH值达到7.5左右时,铁、钡元素的含量达到平衡。氧气曝气对同步除铁除钡留锶没有明显优势,建议采用空气作为曝气源,以降低制水成本。曝气终点的pH值大于8.1时,钡、锶元素含量陡降。为达到最大留锶效果,建议控制反应终点pH值在8.0左右。铁元素的初始含量升高至60mg/L以上时,锶元素开始出现与钡元素类似的降低趋势。水中钡元素的最大去除量可在已知水中铁元素含量的情况下,用公式计算。
　　机理初探结果显示,曝气法同步除铁除钡的机理可能是Fe(OH)3絮体对钡离子的吸附作用,该吸附作用符合BET吸附等温模型。Fe(OH)3絮体更容易吸附离子半径大的碱金属离子。pH达到8.0以上时,钡锶离子均以碳酸盐沉淀的形式去除。

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第1章 绪 论

1.1富锶冷矿泉的成因、性质及分布

1.2钡、锶的性质及益害

1.3国内外研究现状

1.4本课题主要研究内容

1.5课题来源、研究目的和意义

第2章 实验材料与实验方法

2.1实验试剂与材料

2.2实验仪器与检测方法

2.3实验方法

第3章 重碳酸体系下曝气同步除钡除铁的效能

3.1引言

3.2重碳酸体系下曝气法除铁效能

3.3重碳酸体系下曝气法同步除铁除钡效能

3.4本章小结

第4章 重碳酸体系下曝气法同步除铁除钡留锶效能

4.1引言

4.2重碳酸体系下曝气法除铁过程对锶的保留效能

4.3曝气法同步去除富锶矿泉水中铁和钡的影响因素研究

4.4曝气法对实际富锶矿泉水的处理效果

4.5本章小结

第5章 重碳酸体系下曝气同步除铁除钡留锶机理初探

5.1引言

5.2 pH值变化对铁钡锶共存体系中物质形态的影响

5.3重碳酸盐体系下曝气法同步除铁除钡机理推测

5.4氢氧化铁絮体对碱土金属元素吸附次序分析

5.5曝气反应后期钡锶含量降低机理推测（pH＞8.0）

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

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