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吸附-微滤工艺处理农田尾水的试验研究

王梦娴  
【摘要】:农业面源污染是造成我国水体富营养化的主要原因之一。农田尾水作为农业面源污染的主要载体,传统工艺难以应对其水量较大的紧急情况。本研究通过对沸石进行改性获得高效去除NH_4~+-N、NO_3~--N和TP的吸附材料,通过性质表征及吸附特性的研究阐明改性沸石的吸附机理;采用吸附-微滤组合工艺,探究其对农田尾水的处理效果,并研究了膜污染特征。研究结果表明:吸附NH_4~+-N、TP和NO_3~--N的最佳改性沸石的制备条件分别为0.2mol·L~(-1) Na Cl溶液,固液比1:10,改性2 h;0.01 mol·L~(-1) La Cl_3溶液,固液比1:10,改性2 h;0.02 mol·L~(-1) CPB溶液,固液比1:20,改性24h。吸附NH_4~+-N改性沸石(MZ-Na)能力的提升主要由于Na~+通过离子交换作用置换出天然沸石(NZ)中的Mg~(2+)、Ca~(2+)等金属离子,从而形成钠型沸石;La~(3+)主要以La(OH)_3、La_2O_3的形态负载于NZ上,形成吸附TP改性沸石(MZ-La),通过络合作用实现对TP的吸附;CPB双层负载于NZ上,形成吸附NO_3~--N改性沸石(MZ-CPB),一方面使MZ-CPB表面带正电电荷,产生静电吸引作用,另一方面阴离子污染物也会与CPB中的Br~-发生阴离子交换作用。MZ-La对TP的吸附与Freundlich吸附等温模型高度拟合(R~20.99);MZ-CPB对NO_3~--N的吸附与Langmuir吸附等温模型高度拟合(R~20.97);其吸附过程均符合准二级动力学模型。采用15 g·L~(-1) MZ-CPB与8 g·L~(-1) MZ-La作为组合吸附剂处理农田尾水,NH_4~+-N和TP浓度分别由5.11 mg·L~(-1)、0.53 mg·L~(-1)降至0.19 mg·L~(-1)、0.015 mg·L~(-1),可达地表水Ⅱ类标准;出水NO_3~--N浓度由10.12 mg·L~(-1)降至2.18 mg·L~(-1),去除率为78.21%,处理效果良好。在10~60 min内,HRT对吸附-微滤工艺处理NH_4~+-N和NO_3~--N效果影响较大,但对TN和TP处理效果影响不大;综合污染物处理效果,吸附-微滤工艺的最佳HRT为10 min。不锈钢膜过滤对TP和SS去除具有明显提升作用,TP浓度经不锈钢膜过滤后可降低62.7%,与自然沉降相比,SS经不锈钢膜过滤后可降低75%,但不锈钢膜过滤对NH_4~+-N、NO_3~--N和TN浓度变化基本无影响。在不同HRT下,膜比通量随时间变化趋势相似,反应初期膜比通量下降缓慢,一定时间后膜比通量急速下降。采用物理清洗和化学清洗,不锈钢膜膜比通量可恢复至原膜比通量的92.44%。综合上述结果,采用15 g·L~(-1) MZ-CPB与8 g·L~(-1) MZ-La作为组合吸附剂,不锈钢膜为滤膜,吸附-微滤工艺可作为一项快速高效处理农田尾水的应急措施。


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