改性锰矿的除砷性能研究

利用共沉淀—煅烧法对天然锰矿进行改性,研究了铁锰摩尔比(Fe/Mn)、pH、温度、共存离子对改性锰矿除砷效果的影响。采用X射线荧光光谱(XRF)、傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)对其进行表征,探究改性锰矿除砷机理。结果表明:(1)Fe/Mn为12∶1时对As(Ⅲ)有最大去除率(88.63%),4∶1时对As(Ⅴ)有最大去除率(84.25%)。(2)弱酸性、中性及弱碱性的溶液反应环境有助于改性锰矿对砷的吸附。(3)Ca~(2+)促进砷吸附,HCO_3~-抑制砷吸附。(4)改性锰矿对砷的吸附过程符合Langmuir吸附等温方程和二级动力学方程。(5)可利用Na_2CO_3溶液对改性锰矿进行再生解吸,再生5次后的改性锰矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除率分别为81.27%、75.99%。     

石灰沉淀法除砷的影响因素

以Ca(OH)2溶液为沉淀剂,处理模拟含砷废水砷酸钠溶液,考察了pH值、Ca/As摩尔比、自由沉降时间和反应温度等因素对石灰沉淀法除砷效果的影响。结果表明,在pH值为12,Ca/As摩尔比为6,沉降时间为48 h,反应温度为25℃时,石灰沉淀法除砷的效率可达到99.05%;此外,对高浓度的含砷废水,在石灰沉淀法除砷工艺中添加简单无机盐絮凝工艺,可显著降低出水总砷浓度,达到污水综合排放标准的要求。     

Fenton氧化-絮凝耦合去除水中As(Ⅲ)的机理

为了改善亚铁(Fe(Ⅱ))絮凝去除水中As(Ⅲ)的效果,对Fe(Ⅱ)/H2O2(Fenton试剂)氧化-絮凝耦合工艺进行了研究。以5 mg/L的As(Ⅲ)模拟废水为处理对象,对比了Fenton氧化-絮凝耦合处理As(Ⅲ)和单一Fe(Ⅱ)絮凝的效果。结果表明:单一絮凝对总砷的去除率只有60%左右,而氧化-絮凝耦合的去除率可达99.3%;氧化-絮凝耦合产生的絮体粒度约为单一絮凝的3倍,明显增强了絮凝沉降性能。SEM、XRD、BET测试结果表明:Fenton氧化-絮凝耦合去除水中As(Ⅲ)产生的絮体初级粒子是一种无定形纳米颗粒;氧化-絮凝耦合反应产生的Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)混合态水解形成纳米胶体,对As(Ⅴ)的絮凝吸附优于As(Ⅲ)。氧化还原电位的测定表明As(Ⅲ)被迅速氧化为As(Ⅴ),且是一种原位氧化-絮凝反应过程。     

磁性纳米吸附剂Fe3O4·ZrO(OH)2的合成及对水中氟和砷的吸附性能

用共沉淀法将ZrOCl2·8H2O包裹在磁性纳米Fe3O4表面,合成了一种针对高浓度含砷含氟废水的高效新型磁性纳米吸附剂Fe3O4·ZrO(OH)2.研究考察了吸附剂对氟和砷的吸附容量、反应平衡时间以及pH对吸附效果的影响.实验表明,磁性纳米Fe3O4·ZrO(OH)2吸附剂对水中F-和As(Ⅲ/Ⅴ)等温吸附模型符合Langmuir和Freundlich模型.对溶液中总氟和总砷的吸附容量分别可达70.42 mg/g和133.33 mg/g.通过拟二级动力学方程可得知吸附过程在20 min左右即可达到平衡.随着pH的不断增加,吸附剂对氟的吸附容量逐渐降低,而对砷的吸附量则是先增加后减少.     

纳米零价铁颗粒除磷反应机理

从溶液化学与固相表征两方面对纳米零价铁(NZVI)去除水中磷酸根(PO3-4)的机理进行初步探究。分别研究不同初始p H值、溶解氧(DO)对NZVI除磷效果的影响,结果表明,酸性环境(p H为3.0~7.0)有利于NZVI除磷,且初始p H值越低,磷去除率越高;好氧环境较厌氧环境更利于磷的去除,DO8.0 mg/L时对磷酸根的去除率是厌氧条件(DO0.1 mg/L)下的2倍。采用Na OH对反应后含磷NZVI进行解析,发现磷解析率不到30%,说明吸附并非NZVI除磷惟一作用机理。微米铁、NZVI和Ca(OH)2等7种不同去除材料中以Ca(OH)2的共沉淀作用去除率最大(99.9%),NZVI次之(87.2%),表明NZVI除磷机理中还存在共沉淀作用。采用多种固相表征手段对NZVI除磷前后进行分析:扫描电子显微镜(SEM)显示反应后出现不规则颗粒;X射线衍射(XRD)表明Fe3(PO4)2是主要反应产物;X射线光电子能谱(XPS)分析未发现磷被还原成低价态。研究表明,NZVI可有效去除水中磷酸根,主要去除机理包括:NZVI对磷酸根的吸附作用、NZVI在水中腐蚀产生的Fe2+离子对磷酸根的化学沉淀作用及铁氢氧化物与磷酸根的共沉淀作用。     

除氟活性铝氧化物(AlO_xH_y-F_n)的吸附除砷性能

以活性铝氧化物AlOxHy处理某高氟地下水的中试实验获得的吸附剂废料AlOxHy-Fn为对象,考察其对三价砷(As(Ⅲ))和五价砷(As(Ⅴ))吸附去除性能,并对吸附机理进行了探讨。研究显示,AlOxHy-Fn为多孔无定型且具有不规则表面的絮状结构,比表面积为218.88 m2/g,零电荷点pHZPC在pH为8左右;AlOxHy-Fn可快速吸附As(Ⅲ)和As(Ⅴ),且反应24 h后的平衡吸附量分别为0.60和3.41 mg/g,朗格缪尔模型可以很好地描述As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在AlOxHy-Fn表面的吸附,且As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最大吸附容量分别为13.63和63.27 mg/g;AlOxHy-Fn在pH=4~10范围内对As(Ⅴ)去除率在90%以上,As(Ⅲ)在中性和弱碱性pH范围内吸附效果较好,但去除率仍在32%以下。AlOxHy-Fn表面性质、砷形态分布特征等对As(Ⅲ)与As(Ⅴ)的吸附有重要影响,电负性As(Ⅴ)较电中性As(Ⅲ)更容易吸附在AlOxHy-Fn表面。AlOxHy-Fn吸附除砷过程中,在pH为6时氟溶出量最低(0.40 mg/g),过高或过低pH均会导致氟溶出量增大;氟溶出量与As(Ⅴ)吸附量之间有明显正相关关系(R2=0.97),但与As(Ⅲ)吸附量无相关关系;铝溶出量在pH为4~10范围内均很低。将AlOxHy-Fn回用作为除砷吸附剂去除工业含砷废水的砷具有良好的技术经济可行性,且将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ)是提高去除效果的重要手段。     

天然有机物对零价铁去除水体中砷的影响研究

在研究零价铁对水体中砷去除动力学的基础上,着重探讨了天然有机物腐殖酸对零价铁除砷的影响.并对零价铁的腐蚀产物进行了分析.结果表明,水体中的砷可以通过在零价铁腐蚀产物上的吸附得到快速去除.腐殖酸显著降低了砷的去除率,这归因于腐殖酸与零价铁腐蚀产生的铁离子形成络合物,阻止了Fe(OH)3(或Fe(OH)2)沉淀的产生.腐殖酸浓度越高.砷的去除率越低.1.00 mg腐殖酸最多可以络合约0.75 mg铁离子.当铁离子与腐殖酸的络合达到饱和后,零价铁进一步腐蚀产生的铁离子可形成Fe(OH)3(或Fe(OH)2)沉淀,这些沉淀物可吸附水体中的腐殖酸和砷,从而加速砷的去除.冷冻干燥后的零价铁腐蚀产物的结构以无定型为主,含有少量的结晶化合物,包括γ-Fe2O3、γ-FeO(OH)和Fe3O4等.腐殖酸的存在可进一步增加腐蚀产物中的无定型成分.光电能谱(XPS)分析结果显示,吸附在腐蚀产物上的砷为5价,没有发现5价砷被还原成3价砷.在应用零价铁修复砷污染水体时,应考虑腐殖酸的影响.     

砷形态转化及其环境效应研究

砷在水环境中的形态转化受到许多物理化学因素的制约,并产生毒害程度不同的环境效应。对多种因素进行研究,寻找将高毒的As(Ⅲ)向低毒的As(Ⅴ)转化的有利条件,并控制As(Ⅴ)向As(Ⅲ)的转化。结果表明,自然敞口放置3d的As(Ⅲ)溶液中没有As(Ⅴ)的出现,As(Ⅲ)向As(Ⅴ)的转化是一个缓慢的过程。锰矿、粉煤灰等天然矿物能氧化As(Ⅲ),从而降低毒性。酸性或碱性条件都有利于As(Ⅲ)向As(Ⅴ)的转化,转化率超过90%。温度、可见光、超声波等外界条件对砷形态转化有一定影响。紫外光照射3d后的As(Ⅲ)完全转化成As(Ⅴ),且As(Ⅴ)没有向As(Ⅲ)转化,因此紫外光是降低砷毒性的有利条件。Fe2+能将As(Ⅴ)还原,升高水体砷的毒性;而Fe3+能将As(Ⅲ)氧化,并生成氢氧化物将砷吸附。     

除氟活性铝氧化物（AlOxHy-Fn）的吸附除砷性能

以活性铝氧化物AlOxHy处理某高氟地下水的中试实验获得的吸附剂废料AlOxHy-Fn为对象,考察其对三价砷（As（Ⅲ））和五价砷（As（Ⅴ））吸附去除性能,并对吸附机理进行了探讨。研究显示,AlOxHy-Fn为多孔无定型且具有不规则表面的絮状结构,比表面积为218．88m2／g,零电荷点pHZPC在pH为8左右;AlOxHy-Fn可快速吸附As（Ⅲ）和As（Ⅴ）,且反应24h后的平衡吸附量分别为0．60和3．41mg／g,朗格缪尔模型可以很好地描述As（Ⅲ）和As（Ⅴ）在AlOxHy-Fn表面的吸附,且As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的最大吸附容量分别为13．63和63．27mg／g;AlOxHy-Fn在pH=4～10范围内对As（Ⅴ）去除率在90％以上,As（Ⅲ）在中性和弱碱性pH范围内吸附效果较好,但去除率仍在32％以下。AlOxHy-Fn表面性质、砷形态分布特征等对As（Ⅲ）与As（Ⅴ）的吸附有重要影响,电负性As（Ⅴ）较电中性As（Ⅲ）更容易吸附在AlOxHy-Fn表面。AlOxHy-Fn吸附除砷过程中,在pH为6时氟溶出量最低（0．40mg／g）,过高或过低pH均会导致氟溶出量增大;氟溶出量与As（Ⅴ）吸附量之间有明显正相关关系（R2=0．97）,但与As（Ⅲ）吸附量无相关关系;铝溶出量在pH为4～10范围内均很低。将AlOxHy-Fn回用作为除砷吸附剂去除工业含砷废水的砷具有良好的技术经济可行性,且将As（Ⅲ）氧化为As（Ⅴ）是提高去除效果的重要手段。     

低浓度含砷污酸处理工艺的比较研究

比较研究了石灰中和法和石灰-铁盐法对硫化后含低浓度砷(20～50 mg/L)污酸的处理效果。结果表明,单纯采用石灰法,废水难以达标排放;而两段石灰-铁盐(氯化铁)法满足达标排放的同时,一段及二段沉淀物的浸出液中砷、镉、铜、铅和锌含量均低于危险废物鉴别标准要求(GB 5085.3-2007);其最优工艺参数为一段终了pH=2,反应时间为2 h,二段终了pH=8、Fe/As=8、反应时间为60 min、氧化剂投加量(Ca(ClO)2/As)为6∶1;正交实验结果中各参数对铁盐除砷效果影响顺序为终了pH>反应时间>Fe/As>氧化剂投加量。