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壳聚糖/羧甲基纤维素钠对水体中有机物混凝吸附性能的研究

宋翠芳  
【摘要】:近年来,随着工业的高速发展,水体中有机污染问题日益凸显,水环境更加复杂。混凝是给水处理工艺中的重要环节,其中混凝剂决定着最终出水水质和运行成本。天然有机高分子絮凝剂因其高效安全无毒已成为研究热点,其对水体中污染物尤其是有机物的去除效果和机理值得深入研究。因此本文以天然有机高分子聚合物壳聚糖(CS)和羧甲基纤维素钠(CMC)为原材料,将原位复凝聚技术应用于给水处理,探究CS/CMC复凝聚胶体对水体中悬浊物和有机物的混凝效果和去除机理。主要研究结果如下:(1)CS和CMC的最佳复凝聚条件为:p H为4,复凝聚质量比为1。通过红外光谱分析可知,CS/CMC复凝胶是通过CS的氨基(-NH_3~+)与CMC(-COO~-)的羧基的静电作用生成。(2)CS/CMC对高岭土悬浊液、腐殖酸(HA)和高岭土-盐酸四环素(TC-HCl)混合液的混凝结果显示,CS/CMC对三种污染物都有良好的混凝效果。最佳混凝条件下,CS/CMC对高浊水(250~1000 NTU)的浊度去除率均在99%以上,对HA的去除率可达97.6%,对高岭土-盐酸四环素(TC-HCl)混合液中TC-HCl和浊度的去除率最高分别为38.67%和99.98%。通过Zeta电位、粒径及红外分析可知,CS/CMC混凝高岭土的机理为电中和作用和吸附架桥作用;CS/CMC混凝HA的机理为压缩双电层、电中和和吸附架桥等多种机制共同作用;CS/CMC对TC-HCl的去除机理为TC-HCl与高岭土的吸附共沉淀机制。(3)以CS/CMC混凝高岭土的沉积物(CCK)为吸附剂,通过吸附实验研究CS/CMC混凝处理高岭土-TC-HCl混合液时对TC-HCl的吸附过程。在CCK投加量为1.75 g/L,TC-HCl初始浓度为5 mg/L,p H为4.9,吸附时间为480 min时,CCK对TC-HCl去除率最高达98.46%。CCK对TC-HCl的吸附过程符合准二级动力学模型,吸附过程主要是化学吸附;Freundlich等温模型、Elovich和颗粒内扩散模型拟合结果一致,CCK对TC-HCl为多分子层不均匀吸附。热力学结果表明,热力学参数为:ΔH~0=19.42k J/mol,ΔS~0=76.71 J/(mol·K),ΔG~0=-3.05 k J/mol(293.15 K),吸附过程是吸热并且自发的。(4)分别用CS/CMC和聚合氯化铝(PAC)对黄河水、黄河水-HA和黄河水-TC-HCl进行混凝实验,结果表明,CS/CMC和PAC对三者均有一定的处理效果。最优条件下,CS/CMC对三者的浊度去除率均在99.7%以上,HA去除率为95.15%,TC-HCl去除率为56.72%。PAC对三者的浊度去除率范围为99.52~99.75%,HA去除率为91.27%,TC-HCl去除率为17.30%。CS/CMC对溶解性有机物的去除效果明显优于PAC,其对TC-HCl的去除率可高出39.42%。与PAC相比,CS/CMC投加量少,处理效果好,沉降速度快,且无二次污染。


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