论文摘要
我国饮用水源污染严重,特别是有机污染物,如果不能在混凝过程中去除,在后续的消毒过程中可能会与氯作用生成毒害更强的消毒副产物,对人体健康构成威胁。因此,混凝过程是保障饮用水安全的一个重要过程。但常规混凝剂及混凝方法对有机污染物去除效果有限,难以达到新颁布的生活饮用水卫生标准的要求。因此,开发高效、廉价、使用方便及不存在二次污染的多功能混凝剂具有重要意义。本文通过对新生态二氧化锰与有机物间的作用特性及机理研究,旨在为饮用水处理提供一种经济简便的除污染方法。在中性pH条件下,采用硫酸锰与高锰酸钾在线投加的方式制备新生态二氧化锰,通过原子力显微镜、红外光谱及比表面积等分析手段对新生态二氧化锰的微观结构形态进行了表征。结果表明,新生态二氧化锰颗粒呈现不规则的球形,粒径小于100nm,颗粒产生瞬间即发生凝聚。新生态二氧化锰表面富含羟基,比表面积大。通过研究新生态二氧化锰与苯酚的反应规律,发现溶液pH影响新生态二氧化锰与还原性有机物的作用。在中性pH条件下新生态二氧化锰与苯酚间主要发生吸附作用,而在强酸性条件新生态二氧化锰与苯酚发生氧化还原反应,苯酚的去除率也明显提高,但新生态二氧化锰不能将苯酚彻底氧化,会生成苯醌和联苯酚等中间产物。以新生态二氧化锰为吸附剂,以苯胺、苯酚、硝基苯和苯甲酸四种有机物为目标物,研究新生态二氧化锰对这些有机物的吸附性能和作用机理。结果表明,新生态二氧化锰对所选择的四种有机物的吸附能力为:苯胺>苯酚>硝基苯>苯甲酸。通过对有机物分子结构的比较,正负离子对新生态二氧化锰吸附效能的影响分析,发现新生态二氧化锰的比表面积及静电作用对其吸附作用有重要影响。一般情况下,新生态二氧化锰的比表面积越大,其对有机物的吸附能力越强,新生态二氧化锰更易于吸附带正电荷的有机物;有机物的疏水作用次之,有机物的疏水性越强,有利于其在新生态二氧化锰表面吸附。新生态二氧化锰对有机物的吸附更符合Langmuir吸附等温模型。以新生态二氧化锰作为混凝剂和助凝剂,考察新生态二氧化锰对微污染水中有机物的去除效能,并考察混凝条件对其混凝效果的影响。结果表明,新生态二氧化锰具有较好的有机物去除能力,如投加10mg·L-1二氧化锰,UV254的去除率约为40%以上,TOC的去除率接近20%。新生态二氧化锰混凝去除有机物的速率非常快,有机物的去除主要发生在混凝过程的快速搅拌阶段。而将新生态二氧化锰作为助凝剂投加（投量0.3 mg·L-1）,强化硫酸铝混凝作用,UV254和TOC的去除率能够提高20%以上。以单宁酸作为天然有机物的代表,研究新生态二氧化锰对大分子有机酸的去除效能及新生态二氧化锰在高锰酸钾强化混凝去除天然有机物中的作用规律。结果表明,与苯甲酸不同,新生态二氧化锰对单宁酸具有较好的吸附去除效能,而且钙离子能够促进新生态二氧化锰对单宁酸的吸附作用,说明有机酸的分子量对新生态二氧化锰的吸附作用有影响。高锰酸钾对单宁酸的氧化作用不是单宁酸去除的主要因素,新生态二氧化锰吸附才是单宁酸去除的主要作用。新生态二氧化锰对松花江微污染水的混凝试验结果表明,新生态二氧化锰对实际微污染水具有很强的除有机物能力,如投加10mg·L-1的新生态二氧化锰,UV254的去除率最高达到40%以上,TOC的去除率最高也可以达到20%以上,但是混凝后水的浊度、溶解锰的含量都稍高于生活饮用水的标准。若将其作为助凝剂投加（1.37mg·L-1）,强化硫酸铝的混凝作用,硫酸铝投量为10mg·L-1时,UV254的去除率可以提高20%以上,TOC的去除率可以提高10%左右,处理后水样的浊度、溶解锰和溶解铝含量都能够达到生活饮用水的标准。实际水加标实验表明,新生态二氧化锰混凝对松花江水中的苯酚、硝基苯和苯胺都有一定的去除,去除率能够达到20%以上,但是对苯甲酸的去除效果较差。实际水体中的钙离子对新生态二氧化锰混凝作用的影响弱于其在蒸馏水中。新生态二氧化锰对实际水中TOC的饱和吸附量明显大于其在蒸馏水中对小分子有机物的饱和吸附量。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 我国的水源有机污染现状1.2 国内外饮用水除污染技术及发展现状1.2.1 吸附法1.2.2 生物预处理1.2.3 膜技术1.2.4 强化混凝1.3 课题的提出1.4 二氧化锰的研究现状1.4.1 二氧化锰的氧化作用1.4.2 二氧化锰的吸附作用1.4.3 二氧化锰的催化作用1.4.4 综述小结1.5 本课题研究的目的与意义1.6 本课题的研究内容第2章 试验材料与方法2的制备方法'>2.1 新生态MnO2的制备方法2的表征方法'>2.2 新生态MnO2的表征方法2.2.1 原子力显微镜测定方法2.2.2 比表面积测定方法2.3 吸附方法2.3.1 实验材料2.3.2 试验方法2.3.3 分析方法2.4 混凝试验2.4.1 实验材料2.4.2 混凝方法2.4.3 分析方法2的表面特性及微观结构'>第3章 新生态MnO2的表面特性及微观结构3.1 原子力显微镜的测定结果3.1.1 新生态二氧化锰的微观表面形貌3.1.2 陈化的胶体水合二氧化锰的微观形貌3.1.3 浓度对新生态二氧化锰微观形貌的影响2微观形貌的影响'>3.1.4 共存离子对新生态MnO2微观形貌的影响2的pHZPC测定'>3.2 新生态MnO2的pHZPC测定2的比表面积'>3.3 新生态MnO2的比表面积3.4 新生态二氧化锰的红外光谱2的活性'>3.5 新生态MnO2的活性3.6 本章小结第4章 新生态二氧化锰与苯酚间的作用4.1 新生态二氧化锰对苯酚的氧化反应2与苯酚作用后的波长扫描曲线'>4.1.1 不同pH值下新生态MnO2与苯酚作用后的波长扫描曲线2对苯酚的氧化产物'>4.1.2 新生态MnO2对苯酚的氧化产物2氧化作用的影响'>4.1.3 高价正离子对新生态MnO2氧化作用的影响2氧化作用的影响'>4.1.4 高价负离子对新生态MnO2氧化作用的影响4.2 机理探讨4.3 本章小结第5章 新生态二氧化锰对小分子有机物的吸附作用5.1 四种有机物的物理化学性质简介5.1.1 苯胺的物理化学性质及其环境影响5.1.2 硝基苯的物理化学性质及其环境影响5.1.3 苯甲酸的物理化学性质及其环境影响5.2 吸附等温线5.2.1 固体自溶液中的吸附特性5.2.2 有机物在固体表面的吸附2对四种有机物的吸附等温线'>5.2.3 新生态MnO2对四种有机物的吸附等温线5.3 新生态二氧化锰吸附作用的影响因素5.3.1 吸附时间对新生态二氧化锰吸附有机物的影响5.3.2 pH对新生态二氧化锰吸附有机物的影响5.3.3 吸附剂浓度对新生态二氧化锰吸附有机物的影响5.3.4 碱土金属离子对新生态二氧化锰吸附有机物的影响5.3.5 铝离子对新生态二氧化锰吸附有机物的影响5.3.6 磷酸根离子对新生态二氧化锰吸附有机物的影响5.3.7 固体颗粒对新生态二氧化锰吸附有机物的影响5.3.8 腐殖酸对新生态二氧化锰吸附有机物的影响5.4 机理分析5.4.1 新生态二氧化锰与四种有机物间的作用力分析5.4.2 新生态二氧化锰对金属离子的吸附5.4.3 金属离子对新生态二氧化锰微观结构的影响5.5 本章小结第6章 新生态二氧化锰对有机物的强化混凝作用6.1 水质条件的影响6.1.1 钙离子的影响6.1.2 碱度的影响6.1.3 固体颗粒浓度的影响6.1.4 温度对新生态二氧化锰混凝作用的影响6.2 搅拌时间的影响2投量的影响'>6.3 新生态MnO2投量的影响6.4 高锰酸钾投加顺序的影响6.5 新生态二氧化锰的强化混凝作用6.5.1 新生态二氧化锰投量的影响6.5.2 新生态二氧化锰与硫酸铝的投加顺序6.5.3 搅拌条件的影响6.6 本章小结第7章 新生态二氧化锰对单宁酸的去除作用7.1 高锰酸钾强化氯化铝混凝对单宁酸的去除7.2 高锰酸钾强化混凝作用讨论7.2.1 高锰酸钾与新生态二氧化锰对单宁酸去除效能比较7.2.2 高锰酸钾及新生态二氧化锰与单宁酸的反应7.2.3 新生态二氧化锰与单宁酸的络合反应模型7.2.4 钙离子对新生态二氧化锰去除单宁酸的影响7.3 本章小结第8章 新生态二氧化锰对实际微污染水的强化除污染作用8.1 新生态二氧化锰的混凝作用8.1.1 高锰酸钾与新生态二氧化锰的投量比8.1.2 新生态二氧化锰混凝作用对有机物的去除效能8.1.3 新生态二氧化锰混凝作用对浊度的影响8.1.4 新生态二氧化锰混凝作用后水中的溶解锰8.2 新生态二氧化锰的强化混凝作用8.2.1 新生态二氧化锰强化混凝作用对有机物的去除效能8.2.2 新生态二氧化锰强化混凝作用后其它水质指标的变化8.3 新生态二氧化锰混凝对小分子有机物的去除8.4 本章小结结论参考文献攻读学位期间发表的学术论文致谢个人简历
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