鐵錳復(fù)合氧化物催化氧化去除地下水中氨氮研究.pdf

1、據(jù)最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，地下水供水量約占城市總供水量的22％左右，是飲用水水源的重要組成部分。對(duì)于地下水依賴程度較高的西北地區(qū)，地下水水質(zhì)污染狀況日趨嚴(yán)峻，其中氨氮、鐵、錳等污染物超標(biāo)較為普遍。因此，對(duì)飲用水地下水源中氨氮、鐵、錳的去除是當(dāng)前我國飲用水安全保障所面臨的重要問題。研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期運(yùn)行的鐵錳地下水過濾處理系統(tǒng)中，濾料表面形成的復(fù)合氧化物濾膜對(duì)氨氮的去除具有接觸催化氧化作用。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在中試石英砂濾柱運(yùn)行初始

2、階段，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水原水中亞鐵離子的達(dá)標(biāo)去除。在穩(wěn)定的進(jìn)水條件下，濾柱持續(xù)運(yùn)行20天及40天后，出水中錳、氨氮污染物先后實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)去除；濾柱過濾周期于運(yùn)行60天左右達(dá)到最長(zhǎng)，約180h，隨后逐漸下降至50h左右；經(jīng)臭氧氧化處理后，濾柱過濾周期可延長(zhǎng)至處理前的4倍左右；⑵利用掃描電子顯微鏡（SEM），電子能譜（EDS）、X衍射（XRD）及液氮吸附法（BET）等手段對(duì)各運(yùn)行時(shí)期石英砂濾料表面形貌、化學(xué)組成及晶型結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征分析，結(jié)果表明：隨

3、著濾柱運(yùn)行的持續(xù)，石英砂生料表面逐漸形成非晶態(tài)復(fù)合氧化物濾膜結(jié)構(gòu)，濾料比表面積增加，孔道特性得以改善；濾膜形成初期，其元素組成以鈣、鎂、鋁等元素為主，濾料成熟后，濾膜為由鐵錳氧化物與碳酸鹽類物質(zhì)構(gòu)成的復(fù)合氧化物結(jié)構(gòu)；⑶利用臭氧滅活與投加疊氮化鈉兩種方法，對(duì)成熟濾料表面可能存在的生物硝化作用進(jìn)行抑制，考察氨氮去除情況。結(jié)果表明，臭氧氧化滅活對(duì)濾柱內(nèi)氨氮去除效果無顯著影響，疊氮化鈉投加48h后，濾柱內(nèi)氨氮去除效果即可恢復(fù)至投加前水平，濾料表

4、面存在氨氮接觸催化氧化過程；⑷通過實(shí)驗(yàn)，考察了不同運(yùn)行時(shí)間下濾料表面氨氮、錳、溶解氧等物質(zhì)單因素吸附特性，利用X光電子能譜（XPS）及程序升溫脫附（TPD），考察了濾料表面錳、氨氮、溶解氧的化學(xué)吸附位與溶解氧的吸附態(tài)。結(jié)果表明，隨著運(yùn)行時(shí)間的持續(xù)，各反應(yīng)物于濾料表面吸附作用均得到改善，而吸附類型及吸附位隨濾膜組成變化亦發(fā)生相應(yīng)的變化。成熟濾料表面錳離子、氨氮吸附位分別為 Mn-O結(jié)構(gòu)中氧原子，及以金屬氧化物形式存在的Fe，Mn原子。溶解

5、氧在成熟濾料表面吸附位為Si，F(xiàn)e，Mn原子，吸附類型為弱化學(xué)吸附，吸附態(tài)為O2-；⑸利用填料籃間歇反應(yīng)器，研究了錳、氨氮及氨氮氧化中間產(chǎn)物亞硝氮三種物質(zhì)在成熟濾料表面接觸催化氧化的L-H（E-R）反應(yīng)機(jī)理。結(jié)果表明，錳離子接觸催化氧化過程為吸附態(tài)錳離子與游離態(tài)溶解氧分子之間的反應(yīng)，錳離子吸附過程為速率控制步驟；氨氮接觸催化氧化過程為游離態(tài)氨氮與吸附態(tài)溶解氧之間反應(yīng)，溶解氧吸附過程為反應(yīng)過程速率控制步驟；亞硝氮接觸催化氧化過程為吸附態(tài)亞