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水处理的净化与研究发展姓名：龚鹏成年级：2010级专业：给排水11001班指导老师：颜学敏摘要：目前水污染越来越严重，想要靠它的自净能力去处理几乎已经是不可能，所以我们要研究一些材料去进行水处理与水净化，本文主要研究了一些材料对水的处理与净化，希望我们周围的环境能够变得好些，人与环境和谐相处。关键词：水处理金属离子吸附活性炭羟基磷灰石微污染水光催化氧化铝二氧化钛活性炭纤维生物活性炭微污染原水苯酚生物降解纳米磁性材料共沉淀法随着社会的发展，污染是免不了的，尤其是水污染—我们的生命之源全世界范围内快速地工业化发展导致大量含有各种有毒物质的污染水排出，污染物主要包括重金属离子、染料、苯酚以及表面活性剂类物质。污染水中大量重金属离子的存在对人体和生态环境都造成了极大的危害。工业化进程中使用的大量金属及化工药品排入水域，导致污染水中重金属离子的含量越来越高，造成了严重的环境问题。人们从认识到重金属废水的危害至今已开发出多种治理重金属废水的技术，总的来说可以归结为物理吸附法和化学交换法，相应地越来越多具有特殊性能的水处理材料在不断地被开发出来。羟基磷灰石分子式为Ca10(PO4)6(OH)2，其结构广泛替代的特点以及其高效、价廉、不易产生二次污染的优点使其作为一种新型的离子交换型水处理材料受到越来越多的关注。但是粉体羟基磷灰石的直接工业应用存在着很大的困难；活性炭作为广泛应用的吸附型材料，其最大特点是具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积(500～3000m2/g)以及独特的表面官能团(如羧基、羰基、羟基和内酯等)，通过与吸附的金属离子形成离子键或共价键，产生吸附金属离子，如汞、铅、铁、银、镍、铬、锌、钴等的作用。但是其对重金属离子的吸附容易饱和，处理能力比较有限，因此需要频繁再生和更新活性炭，使用成本比较高。由于水处理环境的复杂性，通常利用单一的某种材料进行交换或者吸附难以达到满意的修复效果，需要耦合其它技术或者将不同功能的材料复合在一起才能达到良好的效果。我们在水处理时对多孔碳-羟基磷灰石复合材料在不同条件下探索对各种离子的处理效果及处理机理，简单研究了使用不同粘结剂复合成型的工艺以及成型效果。从而确定了碳-羟基磷灰石复合材料与单一材料相比，在金属离子处理，特别是低原始浓度的金属离子的处理能力上具有巨大的优势。为进一步制备出具有广阔市场前景的水处理复合材料奠定了研究基础。然而，水处理不仅仅只限于一种材料的研究。纳米二氧化硅是一种无机功能材料，由于它具有较低的密度、较大的比表面积、优良的化学和热稳定性、无毒性以及与其它材料良好的兼容性被广泛应用于许多领域。本文采用共沉淀法制备纳米Fe,3O,4，选用NaOH作为沉淀剂，加入到Fe'3+和Fe'2+的混合溶液中，制得了纳米磁性Fe,3O,4。以纳米Fe,3O,4颗粒作吸附剂，研究其用量、粒径、吸附温度以及pH值几个因素对Hg'2+吸附效果的影响，考察了纳米Fe,3O,4颗粒对水中Hg'2+的吸附性能，并对吸附结果的重现性和吸附机理进行了研究。确定了最佳的吸附条件：纳米Fe,3O,4的用量0.06g、粒径6nm；纳米Fe,3O,4对Hg'2+吸附的最佳温度为19℃、最佳pH值为3.5，此pH值不需要经过酸或碱调节，便于控制；纳米Fe,3O,4颗粒对水中Hg'2+的吸附去除率随其用量的增加、粒径的减小而增大。实验的重现性良好；纳米Fe,3O,4颗粒吸附水中Hg'2+以物理吸附为主。该吸附过程符合Freundlich吸附方程，显示了很强的纳米效应，是一种具有较好应用前景的Hg'2+吸附剂。鉴于一般模板法存在的问题以及Pickering乳液法制备复合粒子的优点，研究了纳米Fe,3O,4粒子稳定的Pickering乳液为模板合成磁性空心二氧化硅微球。通过SEM、TEM和XRD等手段对磁性空心二氧化硅球进行了表征，结果表明：产品为空心结构，分散性良好，大小在2-3微米左右，壁厚约为90-100nm，每个空心球都具有较强的磁性。这非常有利于用外加磁场对磁性空心二氧化硅进行分离。研究表明2-甲基吡啶的用量、硅烷偶联剂的用量及硅源对合成的磁性空心球结构和外貌有重要影响。研究表明磁性空心SiO,2对水中的Hg'2+具有较强的吸附作用，以聚甲基三乙氧硅烷为硅源制备的空心球对汞离子的吸附能力优于以正硅酸乙酯为硅源制备的空心球的吸附能力．还研究了纳米磁性材料对水中的重金属铬离子以及含有苯酚的有机污染水的吸附。处理效果与重金属汞离子相比，具有一定的差距，有待于进一步的研究，寻求吸附的最优化实验条件。目前，出现了新一代水处理研究为臭氧-生物活性炭纤维研究，它是为了进一步提高和发展水的深度处理技术，在臭氧一生物活性炭(O,3-BAC)的基础上，用性能更好的活性炭纤维(ACF)作为微生物载体，代替BAC中的颗粒活性炭，进而形成新一代生物炭水处理技术：臭氧一生物活性炭纤维，并研究其应用于微污染原水和模拟苯酚废水处理的性能。经过微生物培养、驯化、分离、筛选以及在炭吸附柱挂膜，进而形成生物活性炭纤维处理柱。从微污染原水中经驯化筛选得到芽孢杆菌属(Bacillus)和恶臭假单胞菌(Pseudomonasputida)两株菌种，在生物活性炭纤维柱上取样经筛选得到菌种五株，经显微镜观察及对氨氮、亚硝酸盐氮的去除情况初步确定为硝化菌(Nitrifyingbacteria)，还有芽孢杆菌属(Bacillus)和气生真菌(Aericolousmycelium)，另两种经全自动微生物鉴定仪鉴定为恶臭假单胞菌(Pseudomonasputida)和睾丸酮丛毛单细胞菌(Comamonastestosteroni)。经筛选得到除酚工程菌为恶臭假单胞菌和气生真菌。选择了四种不同活性炭纤维材料作为载体材料，考察它们的生物相容性，分析研究了孔结构性质对生物挂膜效果的影响，发现增加中孔孔容和中孔面积有利于微生物的固定。通过扫描电镜技术观察了微生物在活性炭纤维(ACF)上的生长状况，发现微生物的种类和数量随运行时间的增加而增多。结果表明ACF的生物相容性很好，能形成有效的生物活性炭纤维(BACF)。利用BACF对微污染原水进行处理，氨氮、亚硝酸盐氮、UV,254有机物的最佳去除率分别达到90﹪或以上，运行较长时间后仍然能保持较好的去除效果。通过对比实验研究了生物活性炭纤维去除污染物的机制，研究表明生物炭运行初期仅物理吸附发挥作用，因此去除率较低；而随着运行时间的延长，炭上生物膜的形成导致生物降解作用增强，从而去除效率逐渐增大。研究了pH值、温度、流速等BACF运行条件对处理效果的影响，并通过优化实验，确定了最佳的运行参数。同时为了延长BACF使用寿命和提高处理效果，对生物活性炭纤维进行了反冲洗再生。对氨氮、亚硝酸盐氮、总磷、锌离子和UV,254有机物的去除机理进行了初步地探讨。实验结果表明BACF柱内存在反硝化过程，从而有助于生物硝化反应的进行和防止亚硝酸盐氮的积累。BACF柱内的假单胞菌对于单环芳烃和多环芳烃均具有较好的降解作用，从而可以有效地去除UV,254含苯环类有机物，假单胞菌属于聚磷菌，所以对总磷的去除也比较明显。同时BACF柱内存在的真菌对微污染原水中的锌离子有很好的吸附效果。利用臭氧氧化与生物活性炭纤维结合的组合工艺情况，即O,3-BACF技术对含酚废水进行处理。探讨了苯酚浓度、pH值、温度等因素对处理效果的影响，从而确定了最佳运行参数。考察了苯酚和总有机碳(TOC)去除率的相关性，并对苯酚降解的中间产物进行了分析。通过定期地对O,3-BACF装置进行反冲洗再生，以恢复和保持生物活性炭纤维的活性。研究发现反冲洗再生所需的时间很短，而且再生后的炭柱在运行1~2天后就基本恢复了原来的处理能力。对臭氧氧化苯酚的反应动力学进行了研究，结果表明，苯酚浓度随臭氧氧化时间的变化符合表观一级反应动力学关系式，并确定了不同苯酚浓度下的反应速率常数。单一菌种去除苯酚效果有很大差异，在驯化初期，对苯酚的降解能力及其微弱，降解率仅为10﹪，而经驯化后的菌株对苯酚去除率几乎能达到了100﹪。在温度25～35℃时，去除率随温度的升高而增大，在．35℃时降解最好，此时微生物大量繁殖，酶的量也增加，缩短了降解时间。pH值在中性范围内对苯酚的去除率较高，过高或过低均因为抑制微生物生长，从而影响苯酚的降解。通过曝气，溶解氧的增加显著地缩短了驯化时间，有利于苯酚的去除。另外，水处理还包括水的净化，在这里，我主要说一下二氧化钛，氧化铝对水的净化作用。这是以氧化铝为载体负载二氧化钛，将其用于微污染水的光催化氧化处理中，发现该材料的光催化氧化性能优良、安全可靠，实验表明该材料对源水CODCr的去除率可以达到95.5％。采用溶胶-凝胶法，得到氢氧化铝凝胶，于500℃下煅烧，制备出以γ型晶体为主的三氧化二铝载体，其比表面积可达226m2/g。将氧化铝浸泡于钛酸丁酯的乙醇混合溶液中，对其浓度、浸渍材料的煅烧活化温度、活化时间、紫外光光照时间作为试验四因素，通过设计正交实验，得出制备该光催化剂的最适宜条件。同时，制备载银活性炭用于微污染水处理光催化氧化的后续处理，主要起吸附水中杂质及杀灭细菌的作用。将达到一次极限处理量的二氧化钛-氧化铝的催化剂回收再生，再用于水处理中。对氧化铝载体及载体表面上二氧化钛的存在形态进行了研究。通过X衍射测定(XRD)、扫描电镜测试(SEM)、比表面积和孔径分布测定，显示Al2O3为γ型晶体为主，比表面积为226m2/g。TiO2在Al2O3上以颗粒形式存在，晶型主要为锐钛矿(Rutile)型，大小介于微米与纳米级之间。能谱分析显示：载体氧化铝表面上负载的二氧化钛的量为62mg/g(Al2O3)时，具有最佳催化效果。本文先采用光催化氧化法对微污染水取进行处理，得到一次处理水，再用载银活性炭吸附法对该一次处理水二次处理，从而得到最终出水。经国家水质监测网(贵阳水质监测站)对最终出水检测，其主要水质指标：耗氧量、氨氮、氯化物、三氯甲烷、四氯化碳、电导率均达到桶装直饮水水质标准(GB17323-1998)。上面所说的就是我对水处理研究与净化的看法。参考文献：有关羟基磷灰石的论文出版于2003年有关光催化的论文出版于2007年有关氧化铝二氧化钛对水净化的处理出版于2005年