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不同金属盐与腐植酸的混凝及共聚络合特性研究

万俊力  
【摘要】:腐植酸广泛存在于土壤、水体之中,对环境中有机污染物的归宿和重金属离子的迁移影响极大,其有效去除是水化学领域的热点问题之一。本论文在国家自然科学基金项目的资助下,对不同金属盐混凝剂与腐植酸的混凝效果进行了全面的分析比较,并且进一步探讨了腐植酸与金属盐的化学作用机理。 分别以硫酸铝、氯化铁和聚合铝为混凝剂,进行弱酸性和中性条件下的腐植酸混凝实验。通过测定混凝前后的腐植酸浓度指标(TOC、UV_(254))、分子量分布以及ζ电位,同时运用光散射颗粒分析仪(PDA)对絮凝过程进行在线监测,分析比较三种混凝剂与腐植酸的混凝效果。腐植酸浓度分析结果表明:在pH=5.0的弱酸性条件下,硫酸铝、氯化铁以及聚合铝的最佳投药量(以摩尔数计)相当,三者对腐植酸的最高去除率比较结果为:氯化铁硫酸铝聚合铝;在pH=7.0中性条件下,聚合铝对腐植酸的去除效果明显优于硫酸铝和氯化铁,但是聚合铝和氯化铁的投量为硫酸铝的1.5倍(摩尔比)时才能达到最佳去除效果。HPLC测定结果表明:在两种pH条件下,氯化铁对MW1000范围内的腐植酸物质的去除最彻底,仅仅当pH=7.0时在MW1000范围内的去除效果略逊于硫酸铝,聚合铝在所有分子量范围的去除效果最差,尤其体现在3000-6000的分子量范围内。结合FI曲线的特征参数、ζ电位和TOC去除率可以得出:弱酸性条件下,硫酸铝的絮凝过程具有明显的四个分区,氯化铁出现类似趋势,聚合铝在较小的投药量范围内出现FI曲线的变化:中性条件下,三种混凝剂絮凝过程的变化规律较为一致,氯化铁絮凝体的沉速快而且沉降性最好,聚合铝与腐植酸形成的絮凝体尺寸最大。 运用荧光检测技术(FR)、气相色谱—质谱联用(GC-MS)、核磁共振技术(NMR)等手段分析了三种金属盐混凝剂与腐植酸的共聚络合特性。FR分析结果联系三种混凝剂的水解特性可以推断:弱酸性条件有利于铝盐和铁盐与腐植酸发生共聚络合反应;在中性条件下,铝、铁离子仍然与腐植酸发生共聚络合反应,但混凝剂自身水解反应的竞争性随pH值升高而增强,因此水解反应产生的氢氧化物不定形体对腐植酸大分子及金属盐—腐植酸络合物的吸附和网扫作用成为腐植酸去除的主要因素。GC-MS分析结果


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