黃河泥沙對(duì)砷污染物的吸附規(guī)律及動(dòng)力學(xué)模擬研究.pdf

1、黃河是世界上罕見(jiàn)的多泥沙河流，大量的泥沙顆粒因其巨大的比表面積對(duì)水體中污染物產(chǎn)生吸附作用而備受關(guān)注。砷（As）作為一種劇毒致癌物質(zhì)，毒性類(lèi)似重金屬。水源地中各種原因?qū)е律楹砍瑯?biāo)或達(dá)到臨界值對(duì)人類(lèi)健康具有很大的風(fēng)險(xiǎn)，因此，研究黃河泥沙吸附As污染物對(duì)安全供水具有重要的意義和學(xué)術(shù)價(jià)值。本文在研究泥沙級(jí)配和紊動(dòng)條件對(duì)As吸附影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，以紊動(dòng)條件下的黃河細(xì)沙為研究對(duì)象，研究了溫度、pH值、初始As污染物濃度、泥沙粒徑及振速對(duì)吸附的影響

2、，以及共存離子Fe3+和Mn2+對(duì)泥沙吸附砷的吸附特征。在此基礎(chǔ)上，研究了黃河細(xì)沙對(duì)黃河兩個(gè)水源地原水中As的吸附規(guī)律，用吸附動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了模擬，揭示了吸附機(jī)理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴泥沙級(jí)配和紊動(dòng)條件對(duì)吸附的影響：泥沙吸附As的平衡時(shí)間隨泥沙級(jí)配的不同而不同，泥沙級(jí)配越大，平衡吸附時(shí)間越短，粗沙、中沙和細(xì)沙的平衡吸附時(shí)間分別為：30、45、60min；泥沙濃度相同時(shí)，吸持率隨著泥沙級(jí)配的減小而增加，呈現(xiàn)出細(xì)沙＞中沙＞粗沙

3、的規(guī)律。⑵通過(guò)細(xì)沙對(duì)砷的平衡吸附試驗(yàn)，采樣正交試驗(yàn)優(yōu)選出最佳吸附條件為：pH=8，溫度=20℃，初始砷污染物濃度為0.1mg·L-1，泥沙粒徑＞0.3mm，振速＞120r·min-1。發(fā)現(xiàn)在最佳試驗(yàn)條件下影響泥沙吸附的因素有：在試驗(yàn)的pH值范圍內(nèi)（6～9.5），pH值在6～7之間不利于泥沙對(duì)砷的吸持，pH值＞8時(shí)，吸持效果較好；當(dāng)10℃升高至15℃時(shí)，吸持率隨溫度升高而下降，至15℃時(shí)降至最低，至20℃時(shí)基本趨于穩(wěn)定；初始砷濃度在0.1

4、mg·L-1～0.4mg·L-1范圍內(nèi)，泥沙對(duì)砷吸持量隨著初始砷污染物濃度的增高而增大；泥沙粒徑和振速影響不大。⑶分別加入共存離子以及Fe3+、Mn2+共存時(shí)，吸附飽和時(shí)間由原來(lái)的60min增加到了90min；水樣中加入單獨(dú)加入Mn2+后，砷的吸持率在Mn2+濃度為0.2～0.4mg·L-1時(shí)達(dá)到最大值，在Mn2+濃度為1.0mg·L-1時(shí)降到最低；水樣中單獨(dú)加入Fe3+濃度為0.3～0.4mg·L-1時(shí)最不利于泥沙對(duì)As的吸附；當(dāng)Mn

5、2+和Fe3+共存時(shí)，有效的抵消了相互的干擾，表現(xiàn)為整體的吸附率持續(xù)上升的現(xiàn)象；同時(shí)，在共存離子濃度達(dá)到1.0～1.5mg·L-1時(shí)，泥沙對(duì)As污染物的吸附己基本達(dá)到極限。⑷黃河側(cè)滲水中加入共存離子后產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附作用，從而降低了泥沙對(duì)As的吸附，其中但Fe3+的競(jìng)爭(zhēng)吸附影響要要低于Mn2+離子，F(xiàn)e3+和Mn2+共同存時(shí)較任何一種單獨(dú)存在時(shí)的吸附量要大；黃河地表水中加入Fe3+和Fe3+、Mn2+共存時(shí)均表現(xiàn)為降低了泥沙對(duì)As的吸附，而

6、共存離子Mn2+可以提高泥沙對(duì)As的吸附。⑸三種水源泥沙吸附動(dòng)力學(xué)模擬中，相關(guān)系數(shù)均在0.990以上，具有較好的線(xiàn)性相關(guān)性，平衡吸附量與方程擬合參數(shù)也非常接近，準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能較為準(zhǔn)確地描述吸附過(guò)程，說(shuō)明該過(guò)程中存在化學(xué)吸附。⑹通過(guò)對(duì)三種水源泥沙顆粒SEM圖像觀(guān)察發(fā)現(xiàn)：同一水源，有共存離子存在與As單獨(dú)存在相比，吸附后的泥沙顆粒表面的孔隙因被填充而大大減少；與離子水相比，其他兩種水源因成分復(fù)雜，泥沙吸附的污染物多樣，從而使泥沙顆粒表面