不同种类吸附剂对二级出水中磷及典型有机物吸附性能研究

发布时间：2020-03-30 22:04

【摘要】：随着经济社会的高速发展,水资源短缺问题日益突出,成为限制社会发展的重要因素。城市污水厂二级出水水量稳定,有机物成分相对简单,主要为腐殖酸、蛋白质、多糖等,因此,城市二级出水深度处理回用可有效缓解水资源短缺的压力。城市二级出水中含有一定量的磷(P)与化学需氧量(COD),如果直接排放,会对地表水造成污染。综合以上原因,本课题的主要研究内容是对城市二级出水进行深度处理去除P和有机物。本文主要采用超滤前加吸附预处理工艺对二级出水进行深度处理,所选取吸附剂有:有机钛吸附剂、阴离子交换树脂(4200CL、IRA900CL)、大孔吸附树脂(XAD4、XAD7HP、XAD16N)以及传统粉末活性炭,吸附前后二级出水过超滤系统,对比滤膜污染程度,旨在选出一种高效、经济、环保的吸附剂为后续污水厂二级出水深度处理提供理论依据,主要研究内容与得到的结论如下:1、分别探究有机钛吸附剂、阴离子交换树脂(4200CL、IRA900CL)、大孔吸附树脂(XAD4、XAD7HP、XAD16N)、粉末活性炭等7种吸附剂对水中P、腐殖酸、蛋白质和多糖的吸附效果。由实验结果可得出,在较优反应条件下:有机钛吸附剂、4200CL、IRA900CL对P的去除率分别为:91.4%、86.3%。、84.2%,粉末活性炭对P的去除率为45.4%,而XAD4、XAD7HP、XAD16N对P的去除率均不到30%;有机钛吸附剂对腐殖酸的去除率可达到77.9%,4200CL、IRA900CL对腐殖酸的去除率仅为25.2%和37.5%,其余四种吸附剂效果更差。有机钛吸附剂、4200CL、IRA900CL对蛋白质的去除率分别为:81.9%、48.8%、27.3%;粉末活性炭对多糖的去除率为18.3%,其余6种吸附剂对多糖的吸附效果均较差,只能达到10%左右。2、对有机钛吸附剂、阴离子树脂(4200CL、IRA900CL)三种吸附剂的再生性能进行探究,实验结果表明:有机钛吸附剂、4200CL、IRA900CL经过10次再生后,对P的去除率分别由98.3%、92.1%、89.6%降至92.3%、65.5%、8.0%;对腐殖酸的去除率分别由83.8%、35.2%、45.4%降至 81.5%、8.2%、39.7%;对蛋白质的去除率分别由 85.6%、51.0%、29.6%降至33.9%、5.9%、4.0%;对多糖的去除率分别由11.1%、9.0%、10.0%降至8.8%、6.1%、8.9%。3、分别对有机钛吸附剂、4200CL、IRA900CL三种吸附剂进行SEM、比表面积、红外光谱等表征,结果表明:有机钛吸附剂呈现絮状结构,两种阴离子树脂为球体,有机钛吸附剂的比表面积、单点总孔容积大于两种阴离子树脂,且有机钛吸附剂化学性质更稳定。4、探究有机钛吸附剂、4200CL和IRA900CL对某污水厂二级出水的吸附性能。结果表明:有机钛吸附剂对二级出水中P的去除率可达到90%,对TOC的去除率可达到80%以上,对大分子有机物和小分子有机物吸附效果良好,对荧光物质(包括类富里酸物质、类糖化蛋白物质和微生物代谢产物)去除效果明显,且再生性能优良,经过10次重复使用后,吸附效果仍稳定。相比于有机钛吸附剂,4200CL和IRA900CL不仅表现出来一般的吸附性能,且再生能力差。5、研究某污水处理厂二级出水经过三种吸附剂吸附前后对超滤膜的污染状况。二级出水过超滤系统,经过2个循环后跨膜压差达到4.5bar,有机钛吸附剂吸附后的二级出水经过10个循环后跨膜压差只达到0.9bar,4200CL吸附后二级出水经过9个循环后跨膜压差达到3.5bar,IRA900CL吸附后二级出水经过7个循环后跨膜压差达到3.5bar。
【图文】：

外观图,吸附剂

表面积和连续的孔径，具有优良的物理、化学和温度稳定性。Amberlite XAD4 大孔吸附树脂可以通过适当的再生循环使用多次，该树脂可从极性溶剂吸附憎水性的物质或易挥发物质。其真密度为：1.01-1.03，含水量：54%-60%，堆积密度：680g/L，粒径范围：0.49-0.69mmAmberlite XAD7HP 为聚合的大孔吸附树脂，白色球体,不溶于一般的酸碱和有机溶剂甲基丙烯酸类物质构成其基本骨架，类似于 XAD4，其具有大的表面积和连续的孔径，且具有优良的物理、化学和温度稳定性。其真密度为：1.06-1.08，含水量：61%-69%，堆积密度655g/L，粒径范围：0.56-0.71mm。XAD16N 为聚合的大孔吸附树脂，白色球体，不溶于一般的酸碱和有机溶剂，非离子状态，呈现出疏水性，由于其具有显著的大孔结构，其吸附性能好，具有高的比表面积，表面具有芳香结构的特性。真密度为：1.015-1.025，含水量 62%-70%，粒径范围：0.6-0.75mm孔隙率大于 0.6mL/mL。粉末活性炭是通过对木屑、椰壳、煤质等精加工而合成的一种物质。其具有吸附性能好脱色除味能力强、经济耐用等优点，产品广泛应用于食品、医药、水处理等领域。但粉末活性炭存在的最大的问题是吸附速率慢、二次污染严重。本实验所选粉末活性炭是由山西恒鑫达昌活性炭有限公司所生产，，含水量为 8%。

SEM图,吸附剂,有机钛,等温线

图 3.33 三种吸附剂 SEM 图Fig.3.33 SEM figure of three adsorbents由图 3.33 可看出有机钛吸附剂呈絮状体，主要成分为 C、O、Ti 和小部分的 S 元素，在吸附 P 后外观并未发生明显改变，EDX 结果显示检测到了 P 元素，说明 P 吸附于有机钛吸附剂表面，吸附剂经过 HCL 的活化，所以检测到了 CL 元素的存在；4200CL 树脂整体呈球状，具有很光滑的表面，光泽度较好，主要成分是 C、O、CL，较小的 4200CL 树脂的半径约 190μm，较大半径为 239μm。吸附 P 后，在树脂表面可以明显看到堆积的小颗粒，EDX结果检测除了 P 元素外还有 Ca 元素，可能来源于吸附液中的 CaCL；IRA900CL 是表面较粗糙的不规则球体，其半径大于 4200CL，主要成分是 C 和 CL，吸附 P 后，其表面变得粗糙EDX 结果检测到了 P 和 Ca 的存在。3.4.2 比表面积分析通过测定相对压力下的吸附量，得到不同的吸附等温线，从而研究吸附剂表面结构和孔的性质。吸附等温线主要分为五种，如图 3.34 所示，Ⅰ型等温线又称为 Langmuir 型等温线这类吸附剂样品的外表面积比孔内比表面积小很多，吸附容量受孔体积影响；Ⅱ型等温线又
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703

【参考文献】