零价铁复合材料去除水体中砷的研究

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自然地质过程和人为活动导致砷进入水体环境中。在还原性水体中,砷主要以亚砷酸盐形式存在且As毒性是As毒性的60100倍。本文以人工模拟含砷废水(12 mg L-1),研究了ZVI复合材料对水体中砷的去除。研究内容主要分为两个部分:(1)研究ZVI-Sand填充柱对水体中As和As的去除及砷在不同高度的填充柱中的分布;利用海藻酸钙凝胶反应将ZVI固定在石英砂上以防止铁流失,考察铁负载量、初始砷浓度以及停留时间对ZVI-Sand填充柱去除As能力的影响;(2)制备海藻酸钠基包覆ZVI微珠或丝状复合材料,考察吸附材料在不同影响因素(如pH、共存离子、反应时间和初始砷浓度)下对水体中As去除能力的影响。本研究主要得出以下结论:(1)ZVI-Sand填充柱对水体中2 mg L-1 As或As沿柱高度依次去除且柱出水口总铁累积分别为472 mg和656 mg。在14天内,ZVI-Sand填充柱对As和As去除率均达到90%以上。理论计算出ZVI-Sand填充柱各层对As的累积量沿柱高度先增加后降低,总累计量分别为440 mg和525 mg。填充柱中ZVI对As和As吸附能力沿柱高增加且对As的吸附能力高于As,其最大吸附容量分别达到70 mg g-1和77 mg g-1。(2)采用海藻酸钠固定ZVI在石英砂表面能减少填充柱中铁迁移流失。试验最初(0120个PV)铁负载量越高出水砷浓度也高。增加水力停留时间(120375个PV)和降低进水As浓度(375913个PV)能降低出水As浓度,但填充柱整体对砷的累积量降低。绿色藻类可在低浓度砷环境中生存,且高浓度铁离子抑制其生长。(3)3%的海藻酸钠添加SA:ZVI质量比为1:1的ZVI粉末为微珠制备的最佳条件。微珠表面粗糙且内部呈现三维疏松多孔海绵状结构,粒径在24 mm,微珠含铁量为35.8%。在5.09.0的pH范围内,SA-ZVI微珠通过ZVI及其腐蚀产物对砷的吸附和共沉淀作用对1 mg L-11 As去除率达到7080%。当水体中存在Ca2+、Mg2+、K+和SO42-时能促进SA-ZVI对As的吸附,HCO3-和NO3-对砷的吸附影响不大,而SiO32-和PO43-对砷的吸附产生明显抑制。SA-ZVI微珠对As的吸附符合Freundlich吸附等温过程和Pseudo second-order动力学过程,Langmuir模型拟合出最大吸附容量为25.81 mg g-1。(4)聚丙烯酸钠与海藻酸钠共包覆ZVI制得的PAAS/SA-ZVI复合丝状材料含铁量为30.5%,其表面粗糙,直径在1 mm左右。在pH为5.08.0时,PAAS/SA-ZVI对1 mg L-1 As去除率达到88%以上。水中Ca2+、Mg2+和K+能促进PAAS/SA-ZVI对As吸附,而SiO32-和PO43-则具有明显抑制作用。PAAS/SA-ZVI对As的吸附符合Freundlich多分子层吸附和Pseudo first-order动力学过程,吸附容量达到36.44 mg g-1
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