含锰改性活性炭联合植物对路域水体富营养化修复效果研究.pdf
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1、第 卷第 期 年 月 中 国 锰 业 .收稿日期:作者简介:谢洪波()男浙江金华人正高级工程师主要从事公路工程等方向工作含锰改性活性炭联合植物对路域水体富营养化修复效果研究谢洪波(浙江省商业集团有限公司浙江 杭州)摘 要:为研究改性活性炭联合植物对路域水体富营养化修复效果以纤维化活性炭()为原料双氧水、氢氧化钠、铁的氧化物、硫酸锰为改性剂联合水生植物水葱()对富营养化水体进行修复 研究了吸附剂投加量、改性吸附剂物理结构参数及红外光谱图测定了改性活性炭联合植物修复富营养化水体水体中总氮()、总磷()、吸附量和去除率 根据实验结果得出 种材料均对水体中、的去除率显著 其中/联合处理的效果最好随着处
2、理时间的增加 的额浓度呈现下降的趋势 种材料对、的处理能力大小为/含锰吸附剂对富营养物质的单位吸附量大小顺序为 吸附剂的加入量为.的时候吸附剂对、和 的单位吸附量分别为./考虑到吸附能力和富营养物质的去除率以及吸附剂的使用成本和效果推荐吸附剂的加入量为 .关键词:锰活性炭水生植物水葱路域水体富营养化中图分类号:文献标识码:./.前 言社会经济的不断发展和农业种植的不断扩大水肥一体化实施的大面积推广导致河流、湖泊、路域水体的富营养化问题趋于严重水体中的氮、磷、氨氮等指标都超出了现行饮用水的标准水质的恶化使得水体的透明度和 值下降自然环境遭遇严重破坏 目前对于富营养化水体的处理方式分为物理、化学和
3、生物 种处理方法 化学法能够快速地改善水体但易残留大量的化学物质在水体中且保持时间较短 物理法中常采用活性炭一类的生物质原料如稻草、秸秆、椰壳等经过高温碳化处理后的多孔结构物质有效地吸附水体环境中的污染物 活性炭具备较大的比表面积和孔隙度且物性稳定具有特殊结构等特点可以采用不同的方法对其改性提高其吸附性能 生物法是通过改善水体中的生态系统结构结合微生物和水生植物改善水体能够长时间保持水体的洁净度和透明度该方法是较为生态的水体处理方法 水生植物在生长过程中可以利用富营养化水体中的营养物质并将其固定在植物体内改善总氮()、总磷()、氨氮()等指标 长期种植水生植物能够净化水体维持水体的透明度并且抑
4、制藻类的繁殖达到修复水体的效果 目前研究较多的水生植物有石昌蒲、黄菖蒲、美人蕉、泽泻、荇菜、水葱、中华天胡荽肚兜萍、大漂等水生植物对水体的净化及其根际效应是一种生态的水体净化方法值得推广应用研究针对路域富营养化水体水体中的、等指标超标采用纤维化活性炭材料()经过二次化学改性包括双氧水、氢氧化钠、硫酸亚铁铵、六水氯化铁、硫酸锰等联合水生植物(水葱)研究改性活性炭联合水生植物对路域水体富营养化修复的有效性 探究该方法对路域水体中的、去除效果寻找经济环保、有效的富营养化水体修复方法和修复剂为水体净化剂处理提供参考中 国 锰 业第 卷 实验部分.实验材料.活性炭原料选择活性炭按照来源分为煤质类的活性炭
5、、生物质类活性炭、合成材料类的活性炭和其他类别的活性炭按照形态分为颗粒类的、粉末类的和纤维类的活性炭本研究选用纤维类活性炭作为原料 纤维类的活性炭是沥青及有机类的化合物通过反应生成主要成分为六边形结构的环状碳元素基本不含灰分环状的六边形结构以柱状的形式堆叠形成纤维状有大量的微孔绝大部分微孔的直径在.左右 孔径较多且分布密集均匀进行吸附的行程短具备较大的比表面积吸附速度快再生能力强其主要指标见表 表 纤维活性炭主要指标比表面积/()吸碘值/()亚甲基蓝值/()孔容积/()平均孔径/.主要试剂双氧水(分析纯)、硫酸锰(分析纯)、工业硝酸()、七水硫酸亚铁(分析纯)、六水氯化铁(分析纯)、氢氧化钠(
6、工业级)、硫酸(分析纯).实验用水生植物实验用的水生植物采购于花卉市场根据前期的调研 选择容易成活 且 长 势 良 好 的 水 葱()作为富营养水体联合处理的水生植物 实验之前把水葱用去离子水反复浸泡洗涤去除植物自身携带的杂质和一些氮磷等营养物质.实验设备傅里叶变换红外光谱仪()、紫外分光光度计()、电热鼓风烘干箱()、酸度计()、恒温振荡器()、电加热反应器()、比表面积分析仪()、电子天平().实验设计.改性活性炭制备在 烧杯中加入 纤维性活性炭()和 的双氧水浸泡 后除去活性炭中的杂质、有机物质和灰分 过滤后在固体活性炭中再加入 浓度为的硝酸并搅拌反应 后第 次过滤获得的固体加入 /的
7、溶液搅拌并加热至 反应 后第 次过滤滤渣用去离子水洗涤至 为中性得到初步改性的活性炭()最后在鼓风干燥箱中烘干 备用配制/的七水硫酸亚铁铵溶液、/的六水氯化铁溶液、/的硫酸锰溶液各 然后把 种溶液在 的烧杯中混合均匀称取 改性活性炭加入到烧杯中搅拌加热反应 自然冷却后过滤该反应物滤饼用去离子水反复洗涤至中性得到最终改性的活性炭()最后在鼓风干燥箱中烘干 备用.改性活性炭加入量对水体修复效果取石屏县异龙湖周边还田人工湿地富营养化水体作为实验用水水质指标 为./为.为./氨氮为./为./为./根据实验需求调整 为/为/为/设置 个样品分别取 实验用水分别加入.改性剂然后置于振荡器中进行振荡连续反应
8、 后取吸附完成的水体检测其中的、指标.改性活性炭联合植物修复实验实验开始前首先对水生植物 进行培养定值培养时间为 待 定值成活后选取长得较好的且大小相对一致的 移植到实验所用的塑料容器中 用打孔的聚氯乙烯泡沫固定在水槽中漂浮于水面 实验用的塑料设备尺寸为 的敞口塑料实验池富含富营养化的水体 整个塑料装置放置于大棚中接受自然光照防止雨水落入实验的过程中不断补充蒸馏水以保持容器中的水量 不同处理的水槽底部用 塑料透水球装入不同的吸附剂每个球装填的量为 每个水槽投入的吸附剂为 整个实验的周期为 每隔 对水体取样分析检测其中的总氮、总磷、氨氮的含量 结果与讨论.改性活性炭吸附剂红外光谱图谱经过双氧水改
9、性后的活性炭红外光谱见图 从图 可以看出 个伸缩振动点图中 的峰形谱属于活性炭的酚羟基基团(包括 和)、基团的伸缩振动所导致的图谱该峰第 期谢洪波:含锰改性活性炭联合植物对路域水体富营养化修复效果研究出现在 和 吸附剂中 在 出现了一个伸缩振动这个点的振动主要是由于醛基、酮类、羧基基团和内酯基团的产生了碳氧双键的振动 到 的峰段属于芳香烃环的伸缩振动在 峰段对照数据图谱查询该峰谱属于醚的长链的结构氧化物的碳氧碳对称伸缩振动、醇类的碳氧伸缩振动以及 的弯曲振动现象 图 中的红外吸收光谱图显示经过改性的 比未改性的 的吸收能量大且吸收峰明显证明该改性方法对原有的活性炭改性有效且在官能团和结构上发生
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