凹凸棒土吸附与强化混凝去除水中嗅味物质的效能研究

论文摘要

随着城市人口的日益增多、工业的迅速发展,各种污染物和化学药品肆意排入河流、湖泊等地表水水体,饮用水水源被严重污染,使国内一些水体处于富营养化状态,富营养化水体中生长的藻类能释放出具有土霉味的次生代谢产物,引起水体嗅味问题,常规饮用水处理技术不能有效地解决饮用水中出现的嗅味问题。因此有必要开发饮用水新型深度处理技术,解决日益严峻的饮用水嗅味问题。凹凸棒土是天然矿物原料,来源广泛,价格低,且吸附能力强,广泛应用于水处理行业。本论文在表征凹凸棒土的物理化学性质及结构的基础上,研究了其吸附去除水中典型嗅味物质二甲基异冰片（2-MIB）及土嗅素（GSM）的效能。首先,以水体中典型的嗅味物质2-MIB及GSM为代表,考察了pH、温度、水力条件、竞争吸附等因素对凹凸棒土吸附去除水中嗅味物质2-MIB及GSM的影响,以确定出凹凸棒土吸附水中2-MIB及GSM的最佳条件。其次,又以水中一种典型嗅味物质GSM为代表,研究了凹凸棒土对水中嗅味物质的吸附等温线和吸附动力学,利用三种常用的吸附等温线模型对试验数据进行线性拟合,利用假一级、假二级、假三级动力学方程对试验数据进行线性拟合,确定出能更好地拟合试验数据的数学模型。最后在吸附试验的基础上,研究了凹凸棒土强化混凝、高锰酸钾强化混凝及高锰酸钾与凹凸棒土联用工艺去除水中2-MIB及GSM的效果。由试验结果可知,Freundlich吸附等温线能较好地拟合凹凸棒土对GSM的吸附热力学试验数据,不同温度拟合曲线所得决定系数均大于0.95,凹凸棒土对水中GSM的吸附是放热过程,低温可促进凹凸棒土对水中GSM的吸附;凹凸棒土能快速吸附水中嗅味物质GSM,15min对GSM的吸附量可达到平衡时的60%以上,30min可达80%以上,2h后吸附趋于平衡,假二级动力学模型能最好地拟合2h内凹凸棒土对GSM的吸附动力学,不同初始浓度拟合曲线的决定系数均大于0.99。凹凸棒土强化混凝过程中,凹凸棒土的吸附作用对水中典型嗅味物质2-MIB及GSM的去除起了主用贡献;高锰酸钾与凹凸棒土联用工艺中,高锰酸钾的强氧化性和凹凸棒土的吸附作用共同去除水中嗅味物质2-MIB及GSM,高锰酸钾在水溶液中接触氧化时间越长,水中2-MIB及GSM的去除率越高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 水体嗅味问题
• 1.1.1 水体嗅味污染现状
• 1.1.2 水体嗅味物质的分类
• 1.1.3 水体嗅味物质的来源
• 1.2 嗅味物质的分析方法
• 1.2.1 感官分析法
• 1.2.2 仪器分析法
• 1.3 嗅味物质常用的去除控制技术
• 1.3.1 化学氧化法
• 1.3.2 活性炭吸附技术
• 1.3.3 联用工艺
• 1.4 凹凸棒土吸附
• 1.4.1 凹凸棒土的结构与性质
• 1.4.2 凹凸棒土常见的改性方法
• 1.4.3 凹凸棒土在水处理中的应用
• 1.5 课题的研究目的、意义和主要内容
• 1.5.1 课题来源
• 1.5.2 课题的研究目的和意义
• 1.5.3 课题研究的主要内容
• 第2章 试验材料和研究方法
• 2.1 试验材料与设备
• 2.1.1 试验主要试剂和材料
• 2.1.2 试验用水
• 2.1.3 试验仪器和设备
• 2.2 水中典型嗅味物质2-MIB和GSM的测定方法
• 2.2.1 水中2-MIB和GSM的分析方法
• 2.2.2 储备液及标准溶液的配置
• 2.3 吸附剂及其表征
• 2.3.1 吸附剂的来源及其热改性
• 2.3.2 吸附剂的表征
• 2.4 凹凸棒土吸附去除水中2-MIB及GSM的试验
• 2.4.1 凹凸棒土投加量及种类
• 2.4.2 吸附影响因素试验
• 2.4.3 吸附等温线试验
• 2.4.4 吸附动力学试验
• 2.5 强化混凝去除水中2-MIB和GSM的试验
• 2.5.1 单独混凝沉淀去除水中2-MIB和GSM的试验
• 2.5.2 凹凸棒土强化混凝去除水中2-MIB和GSM的试验
• 2.5.3 高锰酸钾强化混凝去除水中2-MIB和GSM的试验
• 2.6 高锰酸钾与凹凸棒土联合去除2-MIB和GSM的试验
• 2.6.1 试验工况的选择
• 2.6.2 pH值
• 第3章 凹凸棒土的理化性质研究及表征
• 3.1 引言
• 3.2 凹凸棒土的化学成分分析
• 3.3 凹凸棒土的SEM形貌分析
• 3.4 凹凸棒土的FT-IR谱图分析
• 3.5 凹凸棒土比表面积和孔隙度分析
• 3.6 凹凸棒土的XRD谱图分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 凹凸棒土吸附水中嗅味物质的效能及影响因素
• 4.1 引言
• 4.2 凹凸棒土种类及投加量的确定
• 4.3 凹凸棒土对水中2-MIB及GSM的吸附影响因素
• 4.3.1 pH的影响
• 4.3.2 温度的影响
• 4.3.3 水力条件的影响
• 4.3.4 竞争吸附的影响
• 4.4 凹凸棒土对水中GSM的吸附等温线
• 4.4.1 吸附等温线模型的选择
• 4.4.2 吸附热力学参数计算
• 4.5 凹凸棒土对水中GSM的吸附动力学
• 4.5.1 凹凸棒土对水中GSM吸附动力学模型
• 4.6 本章小结
• 第5章 强化混凝去除水中2-MIB及GSM的效能分析
• 5.1 引言
• 5.2 单独混凝沉淀去除水中2-MIB及GSM的效能分析
• 5.3 凹凸棒土强化混凝工艺去除水中2-MIB及GSM的效能分析
• 5.3.1 凹凸棒土和混凝剂投加量的影响
• 5.3.2 凹凸棒土投加顺序的影响
• 5.3.3 pH的影响
• 5.4 高锰酸钾强化混凝工艺去除水中2-MIB及GSM的效能分析
• 5.4.1 高锰酸钾投加量的影响
• 5.4.2 pH的影响
• 5.4.3 预氧化时间的影响
• 5.5 高锰酸钾与凹凸棒土联用工艺
• 5.5.1 联用工艺去除水中2-MIB及GSM的效能分析
• 5.5.2 pH的影响
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢