多种粘土矿物对河道污染水体营养物质的复合脱除研究

论文摘要

粘土矿物是一种新型的环境友好材料，其良好的吸附性、离子交换性和絮凝沉降性不仅能吸附水体的营养组分，降低水体的富营养化程度，而且可以起到去除水体藻类、抑制藻类生产，预防水体藻类的爆发的作用；用目前常见的几种沸石、膨润土、活性白土等粘土矿物在河道污染水体中氮磷营养物质的复合脱除进行了研究。研究表明：活性白土对TP、160目沸石对NH+4、钠基膨润土对的最大平衡吸附量分别为68.1、35.87、27.85mg/g，使用6种通用拟合吸附等温式拟合，对比后整体比较看出，Redlich-Petersen等温吸附曲线更符合实验数据，且三种粘土矿物的吸附曲线的相关系数R2都大于0.96，表面规则程度表征系数也都大于1，表明这三种粘土矿物都具有众多的吸附活性位及良好的吸附特性。在进行组合试验时，CaCO3和聚合铝盐一起对TP的去除效果俱佳，在磷酸盐的去除过程中主要存在两个主要的阶段：（i）Ca2+和PO3-4的结合，（ii）聚合铝盐的絮凝沉降作用。160目沸石或60目沸石或钠基膨润土、聚合铝盐和CaCO3三者复合对氮磷都起到了很好的去除效果；对TP起效果的主要是铝盐和CaCO3的协同作用，且它们不影响粘土矿物对NH4+的去除；对起作用的是粘土矿物的吸附或离子交换作用，而粘土矿物并不影响TP的去除；且尤以160目沸石、聚合铝盐和CaCO3三者复合效果更佳，反应前pH=6.30，反应后pH=8.33，pH略微升高，属于正常自然水体范围之内；通过对160目沸石、聚合铝盐与CaCO3正交实验可知，最优组合为160目沸石：聚合铝盐：CaCO3=50：5：1，其对TP去除率达到98.83%，对NH4+的去除率达到52.07%。研究结果寻找出了一种对水体营养物质氮磷同时存在吸附效果的组合配方，即160目沸石、聚合铝盐与CaCO3的比例为50：5：1，为河道水体生态修复的应用提供了一个更生态友好的选择，其不仅可以作为混凝剂使用，在吸附脱除的同时可以沉积河流底部覆盖底泥；也可以单独作为浮岛填料及其植物的生长介质，为植物的生长提供良好的营养环境。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 河流水体污染的成因
• 1.3 河流水体污染的特点
• 1.3.1 水体污染的时空分布
• 1.3.2 水体污染的种类
• 1.3.3 水体污染水质特点
• 1.4 河流水体污染的危害性
• 1.4.1 健康危害性
• 1.4.2 环境生态危害性
• 1.5 河道水体修复的方法
• 1.5.1 行政管理手段
• 1.5.2 污染源的控制与治理
• 1.5.3 河流水体生态修复技术
• 1.6 粘土矿物在河道水体修复中的应用
• 1.6.1 粘土矿物结构特征
• 1.6.2 粘土矿物作用机制
• 1.6.3 粘土矿物应用于底泥原位覆盖
• 1.6.4 粘土矿物作为人工浮岛基质
• 1.6.5 粘土矿物应用于渗透反应墙（PRB）净化河水
• 1.6.6 粘土矿物应用于水体除藻处理技术
• 1.6.7 粘土矿物对氮磷的吸附脱除
• 1.7 选题的意义和研究内容及创新点
• 第二章 实验方法和材料
• 2.1 实验方法及内容
• 2.2 实验分析指标及分析方法
• 2.3 实验材料及样品
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 粘土矿物对水体中氮磷的吸附脱除研究
• 3.1.1 试验材料和方法
• 3.1.2 不同振荡反应时间对氮磷脱除的影响
• 3.1.3 不同 pH 条件下对氮磷脱除的影响
• 3.1.4 不同振荡频率对氮磷脱除的影响
• 3.1.5 不同粘土用量对氮磷脱除的影响
• 3.1.6 无机钙化合物对磷酸盐的沉降研究
• 3.1.7 三种粘土矿物的吸附等温线
• 3.2 三种粘土矿物的 XRD 图谱分析
• 3.2.1 活性白土的 X 射线衍射特征图
• 3.2.2 160 目沸石的 X 射线衍射特征图
• 3.2.3 钠基膨润土的 X 射线衍射特征图
• 3.3 两种样品的配比组合对氮磷的吸附脱除研究
• 3.3.1 不同粒径沸石、钠基膨润土分别与活性白土组合对氮磷的脱除
• 3.3.2 不同粒径沸石、钠基膨润土分别与无机钙化合物组合对氮磷的脱除
• 3.3.3 碳酸钙中掺入絮凝剂对 TP 的吸附沉降效果研究
• 3.3.4 小结
• 3.4 三种样品的配比组合对氮磷的吸附脱除研究
• 3.4.1 三样品组合试验
• 3组合的正交试验'>3.4.2 160 目沸石、聚合铝盐与 CaCO₃组合的正交试验
• 3.4.3 小结
• 3.5 最优的组合比例对 COD、重金属离子的吸附脱除效果研究
• 3.5.1 最优复合比例对 COD 的吸附脱除
• 3.5.2 最优复合比例对 Cu2+、Pb2+离子的吸附脱除
• 3.5.3 小结
• 第四章 实验结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 工作展望
• 4.2.1 按配方比例成品的制作及其应用研究
• 4.2.2 防止底泥营养物质释放的研究
• 4.2.3 最优组合作为浮岛基质的应用研究
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况