Fe-Si+Mg-Al滤料去除饮用水中消毒副产物的研究

论文摘要

本文针对因自来水厂加氯和臭氧消毒引起的饮用水中有害消毒副产物超标的情况,在实验室规模下和水厂中试装置中分别研究了利用毫米级Fe-Si+Mg-Al合金混合滤料去除饮用水中消毒副产物氯仿、三氯乙酸和溴酸盐的技术,采用頂空气相色谱法、原子吸收光谱法和分光光度法等测试手段考察了合金不同配比、目标物初始浓度、进水流速以及滤层高度等因素对脱氯降解效果的影响,以及降解处理后自来水中的金属离子、色度和水质指标的变化情况；应用塔费尔直线外推法、电偶电流积分电量法和线性极化法等方法模拟测试了混合滤料主要消耗物Mg-Al在自来水中的腐蚀速率；在水厂中试装置上,研究了Fe-Si+Mg-Al滤层的净水效果、电位在线监测、水流阻力及反冲洗等技术工艺条件。研究发现,活泼金属合金Mg-Al颗粒与铁合金之间的电偶作用,可以使得合金颗粒混合物长期保持较负电位状态,从而表现较高的脱氯活性；而使用Fe-Si合金颗粒替代铁粉,可以有效抑制铁的氧化,从而避免了处理后水体色度的增加；补加消耗的Mg-Al合金颗粒,可使滤层的连续工作寿命显著提高。实验结果表明,在水厂中试装置中,Fe-Si和Mg-Al的体积比为1：1～1：3、滤层厚度在20-30cm的Fe-Si+Mg-Al滤层,在10m/h的进水流速下,反冲周期为6天,在100天内滤层电位处于-700mV--635mV之间,对1001μg/L的氯仿超标水的降解率高于50%,出水的色度、铁离子含量和铝离子含量等水质指标,均符合国家标准。该滤层在去除四氯化碳、三氯乙酸和溴酸盐时,亦表现出良好的去除效果。通过电化学极化实验,使用Fe-Si+Mg-Al电偶电极模拟测试出Mg-Al在自来水中的腐蚀速率为0.07～0.3mm/a,其理论寿命在3年以上。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 饮用水消毒副产物的种类、危害与消除方法
• 1.1.1 种类及危害
• 1.1.2 去除方法
• 1.2 基于零价铁技术去除水中卤代物的研究进展
• 1.2.1 单金属体系
• 1.2.2 二元金属体系
• 1.2.3 Fe-Si+Mg-Al滤层材料的设计思想
• 1.3 电化学理论
• 1.3.1 极化曲线的测量
• 1.3.2 金属腐蚀速率的电化学计算
• 1.4 论文的研究内容及意义
• 第二章 Fe-Si+Mg-Al滤层材料的生产加工
• 2.1 Fe-Si滤材和Mg-Al滤材的生产加工
• 2.1.1 Fe-Si滤材的生产加工工艺方法
• 2.1.2 Mg-Al滤材的生产加工工艺方法
• 2.2 Fe-Si滤材和Mg-Al滤材的分析表征
• 2.2.1 滤层材料及其表面成分的分析方法
• 2.2.2 滤层材料分析结果
• 2.3 小结
• 第三章 电化学性能测试
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 腐蚀速率测定
• 3中强极化曲线'>3.1.2 在不同浓度CHCl₃中强极化曲线
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 腐蚀速率
• 3溶液中的极化曲线'>3.2.2 在不同浓度CHCl₃溶液中的极化曲线
• 3.3 小结
• 第四章 实验室规模Fe-Si+Mg-Al对消毒副产物的降解效果研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验试剂
• 4.1.2 实验仪器与装置
• 4.1.3 实验步骤
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 对降解含氯消毒副产物的研究
• 4.2.2 对降解溴酸盐的研究
• 4.2.3 反冲实验
• 4.3 小结
• 第五章 现场中试研究
• 5.1 现场中试装置及方法
• 5.1.1 中试装置
• 5.1.2 实验部分
• 5.2 密云水库原水加氯消毒出现氯仿超标的风险评价
• 5.3 滤层运行工艺条件优化
• 5.3.1 滤层厚度
• 5.3.2 滤层配比
• 5.3.3 滤料粒径
• 5.3.4 滤料反冲洗与分层情况
• 5.3.5 滤料中混合活性炭的脱氯及反冲情况
• 5.4 滤层性能在线监测及滤层有效使用寿命
• 5.4.1 Zn替代参比电极的电位稳定性能及适用性
• 5.4.2 滤层有效使用寿命
• 5.4.3 补加Mg-Al滤料的降解效果研究
• 5.4.4 吨水处理物耗
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 作者和导师简介
• 附件