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大渡口人工湿地水处理工艺

浏览量:5243 发布时间:2019-02-08


  邻苯二甲酸醋是微污染物中的一类有机化合物,主要作用是增大塑料的强度和可塑性,因此被广泛的应用在塑料中。中空纤维膜纺丝机通过膜技术进行水处理,应用于制药、酿造、餐饮、化工、市政污水回佣、医院、小区污水会用、造纸等生产生活污水处理。膜分离技术是一种广泛应用于溶液或气体物质分离、浓缩和提纯的分离技术。膜壁微孔密布,原液在一定压力下通过膜的一侧,溶剂及小分子溶质透过膜壁为滤出液,而大分子溶质被膜截留,达到物质分离及浓缩的目的。膜分离过程为动态过滤过程,大分子溶质被膜壁阻隔,随浓缩液流出,膜不易被堵塞,可连续长期使用。不仅如此,邻苯二甲酸醋还可以应用于涂料、农药、化妆品和各种香料的生产(Produce)中。近年来,邻苯二甲酸醋已经相继在食品、水、人体体液中检出。邻苯二甲酸醋具有不挥发、残留时间长等特点,可以通过(tōng guò)饮食、呼吸和皮肤接触进人人体,对人类健康有很大的影响,会导致人类许多的疾病的发生。目前国内外很多学者已经对污水及处理(chǔ lǐ)后的污水中的邻苯二甲酸醋浓度进行了测定,邻苯二甲酸醋是目前无论检出率和浓度都很高的有机微污染水体。美国环保署列出的129种需要重点控制的污染物黑名单中也包括了邻苯二甲酸醋类。我国已经将邻苯二甲酸二甲醋、邻苯二甲酸二正丁醋、邻苯二甲酸二正辛醋列为优先污染物。目前有许多河流都检测出邻苯二甲酸醋,邵晓玲等和吴平谷等对我国的污水厂及河流进行了研究,结果表明水体中邻苯二甲酸醋的浓度很大。
  人工湿地是一种高效低耗的水处理工艺,在各方面有着广泛的应用前景,在处理邻苯二甲酸(化学式HCOOH)醋方面也有着很好的效果。REYES-CONTRERAS等将两串联的人工湿地与UASB结合使用处理城市生活污水,极大的提高了邻苯二甲酸醋的去除效果。使用人工湿地处理含邻苯二甲酸醋的污水是一种十分有效的处理方法。人工湿地中基质是重要组成部分,且基质的种类多种多样。考虑到邻苯二甲酸醋类高疏水性和低溶解性的特征,可能更容易吸附到湿地的基质上。本实验从处理效果好、资源丰富等方面选择了陶粒、沸石和天然土壤3种基质为研究对象,选取邻苯二甲酸二丁醋为污水处理对象,通过基质对DBP的吸附动力学和等温吸附实验,研究3种湿地基质对DBP的吸附特性,为之后人工湿地处理含DBP的污水时的基质选择方面提供理论依据。
  1材料和方法
  1. 1材料来源
  DBP是一种具有芳香气味,溶解大多数有机溶剂和径类的无色透明液体。本实验采用的是DBP标准品,其纯度>99.0%。实验用的陶粒和沸石(用途:环保壁材水处理土壤修复剂分子筛),直径为3 -6 mm,都是从某环保公司选购,其中陶粒主要化学成分为SiO2 ,Al2 O3,沸石的主要化学成分为SiO2 、A12O3。天然土壤(质地类型:壤土、砂土、黏土)取自北京市朝阳区的兀大都公园,主要成分为SiO2 ,A12O3 、Fe2O3 、Ca
  O、K2O。
  1. 2实验方法
  1.
  2. 1基质对DBP等温吸附实验(experiment)
  准确称取105℃下干燥的3种基质各5g分别放于容积为250 mL的锥形瓶中,每种基质做3个平行样,分别准确加人150 mL质量浓度为30 、60 、 100、 300、 600和1 000 μg / L的DBP溶液,加人适量的三氯甲烷用来去除微生物对实验的干扰,将恒温振荡箱温度设置为25℃、转速设置为150 r / min ,将锥形瓶盖好塞子振荡48 h,取出过滤,测定DBP浓度。实验开始前应对所有要用的容器进行灭菌操作。吸附量计算方法:
  X=V / m                         
  式中:X指单位质量湿地基质对DBP的吸附量,mg / g;C指实验(experiment)结束后溶液中DBP浓度,mg / L;C0指加人DBP溶液的初始浓度,mg / L;v 指溶液体积,L;m指基质质量,g。中空纤维膜纺丝机外形像纤维状,具有自支撑作用的膜。它是非对称膜的一种,其致密层可位于纤维的外表面/如反渗透膜,也可位于纤维的内表面(如微滤膜和超滤膜)。对气体分离膜来说,致密层位于内表面或外表面均可。
  1.2.2基质对DBP吸附动力学实验
  准确称取105℃下干燥的3种基质各5g分别放于容积为250 mL的锥形瓶中,每种基质做3个平行样,分别准确加人150 mL质量浓度为600 μg / L 的DBP溶液,加人适量的三氯甲烷用来去除微生物对实验的干扰,将恒温振荡箱温度设置为25℃、转速设置为150 r / min,将锥形瓶盖好塞子振荡,振荡0、2、6、10、16、22、28和36 h后取出10 mL过滤,测定DBP的浓度。实验开始前应对所有要用的容器进灭菌操作。吸附量计算法:
  X=V / m                        
  式中:X指单位质量的湿地基质对DBP的吸附量,mg / g;Ct指t时刻溶液中DBP浓度,mg / L;C。指加人DBP溶液的初始浓度,mg / L;V指溶液体积,L;m指基质质量,g。
  1.
  2. 3 DBP浓度的侧定方法
  实验采用GC-MS连用进行样品检测,仪器设备型号为Agilent 7890-5977 。 GC-MS操作前使用正己烷萃取和旋转蒸发仪浓缩。测试条件为进样量1 μL ;进样口温度280 ℃;模式:分流,分流比30:1;色谱柱:DB-5 ;程序(procedure)升温.80℃保持1 min后15℃ / min升至300℃,保持1 min ;离子源温度:230℃,四级杆温度:150 ℃;扫描模式:SIM,选择离子模式,溶剂(性状:透明,无色的液体)延迟3 min,扫描离子:149 ,205和223 。
  2结果与分析
  2. 1基质对DBP的等温吸附特性
  通过实验数据(data)处理,每种基质取3个平行样的平均值(The average value),并计算标准差,标准差,绘制出经过基质吸附DBP后的等温吸附曲线,可以看出实验的标准差较小且当DBP浓度不断增加时,各基质对DBP的吸附都有不同程度的吸附。湿地中基质的种类对于湿地处理含DBP废水来说起到不同的作用,相同的初始浓度条件下,3种基质对DBP吸附量的大小顺序是:土壤>陶粒>沸石。湿地基质对DBP的吸附大致可以分为2阶段:1)随着DBP浓度的提高,湿地基质对DBP的吸附量呈现逐渐增大的趋势,此时吸附等温线较陡;2)当DBP浓度增大到一定程度时,湿地基质对DBP的吸附增长速度变得十分缓慢,吸附作用减弱,吸附作用基本趋于平衡。
表1     3 种基质对DBP的等温吸附方程和相关参数

  本实验采用Langmuir方程和Freundlich模型模拟土壤、沸石、陶粒3种湿地基质对DBP的等温吸附过程,结果如表1和图2所示。Langmuir方程表达式为:
  1/X=1/X+)                             
  其中:X表示单位(unit)质量的湿地基质吸附DBP的量,mg / g;X琺是湿地基质对DBP的饱和吸附量,mg / g;k是常数,与结合能有关;kXm,是缓冲容量。
  Freundlich方程表达式:
  1nX=1nK+1/n?1nC                          
  式中:K是吸附常数,C是当基质吸附达到平衡时DBP的浓度,mg ? L-1;1/n表达了平衡浓度以及吸附量之间的一种线性关系。
  从表1可看出,2种方程都能很好地描述(description)3种基质对DBP的等温吸附特性,2种方程的拟合效果都达到了0. 9以上。但是相对比较来说,Freundlich方程的拟合效果比Langmuir好,反映了湿地中各基质对DBP的吸附在单层或者多层吸附之间,而且吸附表面存在着不均匀(jūn yún)性。根据Langmuir方程算出3种湿地基质对DBP的饱和吸附量顺序及大小为土壤>沸石>陶粒,这说明相对比较来说土壤对DBP的吸附能力最强,沸石次之,陶粒的效果最差。赵桂瑜研究表明湿地基质的孔隙率越小,那么它们相对比表面积可能(maybe)就越大,相对的吸附点位也就越多。湿地基质一土壤,它的孔隙率较小,吸附点位多,所以吸附能力更强。kXm表示基质对DBP吸附的缓冲容量,在一定程度上反映了湿地基质吸附DBP的缓冲能力。当kXm大时,即使废水中DBP浓度变化很大,湿地基质仍能保持较好的DBP吸附效果。由表1看出,土壤的缓冲能力更大,其次是陶粒,沸石最小。即使废水中DBP浓度变化很大时,基质土壤对废水中DBP的吸附仍然能维持较好的作用。土壤可以说是人工湿地系统较好的基质,有效地保证了出水质量。K表示吸附结合能,K值反映了吸附质与吸附剂之间结合的程度,K越大,说明结合越稳定。 K值大较好,说明不容易向环境中释放已经吸附的吸附质,减少对环境造成二次污染的可能性。从表1看出,陶粒最不容易造成二次污染,土壤较易造成二次污染,但是相对来说,土壤的再生性能是更好的。
  在Freundlich方程中,K是一种指标,可以比较吸附剂对吸附质吸附能力的大小。K值越大,表示湿地基质的吸附能力越强,吸附量越大。由表1看出,3种湿地基质对DBP的吸附能力与Langmuir方程模拟结果一致,即土壤>沸石>陶粒。
  2. 2基质对DBP吸附动力技术特性
  绘制出湿地基质对DBP吸附动力学曲线,并计算出了标准差,见图3。各湿地基质对DBP吸附的曲线呈现相似趋势(trend):随着时间增加,DBP吸附量变大,在20 h左右吸附接近平衡。时间相同时,湿地基质对DBP的吸附量大小顺序表现为:土壤>陶粒>沸石。对DBP的吸附速度大小顺序表现为:土壤>陶粒>沸石。本文采用Elovic
  H、一级反应动力学、双常数3个方程来拟合湿地基质对DBP的吸附特征,结果见图4和表2。

  表2     3 种基质对DBP的吸附动力学方程和相关参数
  一级反应动力学方程:
  1n Ct=a一k1 t                      
  Elovich方程:
  X=a+k2 1nt                          
  双常数方程:
  1nX=a+k3 lnt                        
  式中:t 是反应时间,h;Ct 是t时刻溶液中DBP的浓度,mg / L;X是单位质量湿地基质吸附DBP的量,mg / g;a是常数,与起始浓度有关;k1、k2、k3是吸附速率常数。
  从表2看出,Elovich和双常数方程拟合效果较好,一级反应动力学方程的拟合效果较差,其中双常数方程拟合效果更好。根据湿地基质对DBP吸附的快慢,将吸附过程分为3个阶段,表明湿地基质固相面存在着高、中、低能量的吸附位点。吸附0一2h,吸附曲线较为陡峭,上升快,各湿地基质对DBP的吸附快;2一20 h,吸附上升速度较小;20一36 h,基质对DBP的吸附很小,此时湿地各基质对DBP的吸附已经接近或者达到饱和。具体参见污水宝商城资料或
  3结论
  1)人工湿地基质的去污效果和选择的基质物理性质有很大关系,不能忽略,应该作为人工湿地基质筛选的依据。不同浓度,不同种类的污染物应该选择相应的基质。综合考虑可以看出,土壤很适合做人工湿地的主要基质,而且经济实用。
  2 ) Freundlich和Langmuir模型都较好地模拟出湿地基质对DBP的吸附特征。3种基质对DBP的理论饱和吸附量分别为土壤>沸石>陶粒。土壤对DBP的吸附性能更好。3种基质对DBP的缓冲能力大小依次为土壤>陶粒>沸石,即当人工湿地进水的DBP浓度变化较大时,维持处理工艺出水水质的能力大小为土壤>陶粒>沸石。当需要考虑到二次污染时,陶粒是最适合处理含DBP废水的。
  3)3种湿地基质对DBP的吸附速率大小为土壤>陶粒>沸石(用途:环保壁材水处理土壤修复剂分子筛)。
  4 ) Elovich和双常数方程都可以较好的模拟基质对DBP的吸附动力学特征,但是比较来看,双常数方程更适合拟合基质对DBP的吸附过程。膜生物反应器膜分离技术与生物处理技术有机结合之新型态废水处理系统。以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池,在生物反应器中保持高活性污泥浓度,提高生物处理有机负荷,从而减少污水处理设施占地面积,并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量。主要利用沉浸于好氧生物池内之膜分离设备截留槽内的活性污泥与大分子有机物。膜生物反应器系统内活性污泥(MLSS)浓度可提升至8000~10,000mg/L,甚至更高;污泥龄(SRT)可延长至30天以上。

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