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聚合硫酸铁混凝消除水中有机氯的研究

发布日期:2020-04-07 10:20:31来源:巩义市盛世净水材料有限公司

聚合硫酸铁(PFS)絮凝剂对水中有机氯农药(OCPs)进行强化混凝处理,并运用响应曲面法(RSM)优化分析了影响OCPs去除率的混凝条件,如p H值、原水浊度、混凝剂投加量和OCPs的初始浓度诸因素.结果表明,各影响因素交互作用显著,佳混凝条件组合为:p H=5.0、原水浊度=150NTU、PFS投加量为12mg/L、OCPs初始浓度为200ng/L,在此条件下,PFS絮凝剂可有效去除水中OCPs,经模型验证实验得到佳条件下去除率α-HCH为82.23%、β-HCH为71.15%、γ-HCH为77.28%、δ-HCH为86.27%、p,p’-DDE为93.78%,与RSM预测值基本相同.结合絮体分形维数和Zeta电位对混凝效果的机理进行了探讨,表明各因素均达到了适宜水平.

有机氯农药(OCPs)具有杀虫力,在20世纪蓬勃发展成为主要的农药品种[1-2].作为典型的持久性有机污染物,具有高毒性、难降解性、生物富集性,可导致“三致效应”,能使人神经中毒,也能干扰人的内分泌系统[3].目前,OCPs的广泛使用导致全球大气、水体、土壤的普遍污染[4-7],水环境的污染对水质安全保障与健康风险控制提出了技术挑战.因此,寻求去除水中OCPs的技术方法对提高水质安全保障有着其重要的意义.OCPs性质稳定,难以被化学降解和生物降解,加之在水环境中的浓度很低,所以用化学法和生化法不能有效将它们除去.但其辛醇-水分配系数高,一般为疏水性化合物,在水中溶解度低,易转移至沉积物中或吸附于有机及无机固相物质的表面,因而可以考虑用混凝的方法将其从水中分离除去.本课题组的前期研究证明,在混凝中OCPs在絮体上发生吸附共沉淀作用而被除去,其去除率与浊度去除率有很好的相关性[8-9],因此欲得到较高的OCPs去除效果,就必须提供优的混凝除浊条件.“强化混凝”概念自20世纪90年代美国水工协会提出以来[10],以去除水中天然有机物为目标研究不断深化,通过对传统混凝工艺的优化逐渐成为安全饮水净化过程中去除难降解有机污染物的给水处理单元技术[11-12].强化混凝研究的关键问题在于如何确定优的混凝条件,通常选用的单因素法难以反映混凝过程各影响因素之间的交互作用和关系.响应曲面法(RSM)是一种综合实验设计和数学建模的优化方法,通过对具有代表性的局部各点进行实验,采用多元二次回归方程拟合各因素与结果间的函数关系,终通过对回归方程的分析来寻求优水平值[13-15].响应曲面法具有精密度高、预测性能好等优点被广泛应用于实验设计与工艺优化研究[16-18],但在强化混凝优化设计研究方面尚无文献报道.本文运用RSM对强化混凝实验进行实验设计和数据统计分析,基于Box-Behnk设计综合考察各影响因素的交互作用,从而确定关键影响因素和佳混凝条件,并结合絮体的分形维数和微粒的Zeta电位对此条件下OCPs的去除效果和机理进行了探讨.1材料与方法1.1仪器与材料主要仪器:VarianCP-3800型气相色谱仪(美国瓦里安公司)、HACH2100P型便携式浊度仪(美国哈希公司)、Orion828型pH测试仪(美国奥立龙中国公司)、JB-2型恒温磁力搅拌器(上海雷磁新经有限公司)、JJ-4A六联同步自动升降搅拌机(武汉恒岭科技有限公司)、NanoZS90型Zeta电位仪(英国马尔文公司)、CFX1001型“咖啡象”数码显微影像分析仪(福州泉通电子有限公司).主要材料:有机氯农药标准品(标准物质中心)、聚合硫酸铁AR级、甲醇、正己烷、二氯甲烷均为GR级、高岭土CP级.1.2试验方法1.2.1水样的制备量取1L自来水于烧杯中,投加一定量的5%高岭土浊液和1mL一定浓度的OCPs标准溶液并搅拌1h,再静置12h使OCPs在水相和颗粒物之间达到动态平衡分布.1.2.2混凝实验将制备好的水样置于六联搅拌器混合搅拌,在不同条件下投加PFS,快速(120r/min)搅拌2min,慢速(50r/min)搅拌15min,静置15min后测定上清液浊度,并经固相萃取装置萃取后用5mL二氯甲烷和10mL正己烷依次进行洗脱,氮气吹脱浓缩至1mL,测定OCPs浓度.实验重复3次,取其平均值.1.2.3OCPs测试分析方法OCPs采用VarianCP-3800型气相色谱仪分析测定,具体测定条件:1升温程序:初始温度100,保持1min;以20/min升温至180。

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