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生物炭负载纳米零价铁及其强化改性对离子交换浓水中硝酸盐氮的去除研究

田京通  
【摘要】:随着我国在工业和农业方面的快速发展,使得硝酸盐氮的污染成为当前所面临的不可忽视、亟待解决的问题。自来水厂离子交换膜处理后的产物,浓水中所含有的高浓度硝酸盐氮的污染问题也日益严重。作为一种新型的处理技术,生物炭改性材料用于硝酸盐氮的处理,成为了学者们近些年在环境领域研究的热点。本研究首先通过湿法在厌氧条件下制备了两种不同比例的纳米零价铁/生物炭复合材料(BC-nZVI)和纳米零价铁/铜/生物炭复合材料(BC-nZVI-Cu),再通过一系列的序批实验,探究了不条件下硝酸盐氮的去除效果。并在此基础上,通过连续流实验来模拟了对实际离子交换浓水的处理,为处理实际浓水提供了科学参考。本文的主要结果如下:(1)BC-nZVI材料的质量比影响硝酸盐氮的去除率,其中BC1-nZVI2对硝酸盐氮的去除率达到最高的99.10%。当硝酸盐氮初始浓度为150 mg L~(-1)时,BC1-nZVI2对硝酸盐氮的最大去除量为495.2 mg g~(-1)。BC1-nZVI2的最佳投加量为10 g L~(-1),初始pH值对BC1-nZVI2去除硝酸盐氮的影响较大,中性或趋于中性条件有利于向氮气转化,而过酸或者过碱则有利于向氨氮的转变。BC1-nZVI2的老化时间越久,复合材料硝酸盐氮的去除率越低。(2)BC1-nZVI2-Cu10为最佳的铁铜比材料,其对硝酸盐氮的去除率为99.03%,反应后的产物中氨氮的含量BC1-nZVI2降低,且反应速率升高。BC1-nZVI2-Cu10的最佳投加量为6.6 g L~(-1)。初始pH值对BC1-nZVI2-Cu10去除硝酸盐的影响小于BC1-nZVI2,在pH为11时,BC1-nZVI2-Cu10对硝酸盐氮的去除率为90.72%,溶液中的SO_4~(2-)对BC1-nZVI2-Cu10去除硝酸盐氮基本无影响,当溶液中存在PO_4~(3-)时,BC1-nZVI2-Cu10对硝酸盐氮的去除率最低为46.50%。(3)连续实验中,当BC1-nZVI2-Cu10作为填充材料时,硝酸盐氮的去除率最高达到81.40%,BC1-nZVI2和BC1-nZVI2-Cu10两种材料对应的穿透时间(t_(0.8))分别为第五天和第七天。填充层高度越高,对应的穿透时间(t_(0.8))就越长。流速越大穿透时间越短,且硝酸盐氮的去除率就越低。


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