酸矿废水中As在介质中迁移行为及模拟研究

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酸性矿井水(Acid Mine Drainage,AMD)是矿山开采过程中含硫矿物氧化产生的对环境和人类有害的低pH值废水。本文采用骨炭作为可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier,PRB)填充材料处理污染水溶液中As,并主要运用一维对流扩散(One-Dimensional Convection-Dispersion Equation,CDE)模型对比分析As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在骨炭中的迁移行为。结果表明:(1)用Langmuir等温吸附模型拟合求得As(Ⅲ)和As(Ⅴ)最大吸附量(Qmax)分别为0.827mg和0.337mg/g;(2)随着初始As浓度从2mg/L增加到50mg/L,单位骨炭吸附As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的量分别提高26和13倍;(3)骨炭对As滞留能力随循环次数增加而降低,用CDE模型拟合实验数据获得的滞留因子表明As(Ⅴ)的滞留能力是As(Ⅲ)的1.38-2.20倍;(4)共存阳离子在骨炭表面形成包覆层,从而增强骨炭对As滞留能力,其中Fe(Ⅲ)>Mn(Ⅱ)>Al(Ⅲ),且As(Ⅴ)与阳离子共存时出现二次吸附;共存阴离子会降低As滞留能力,其Si(Ⅵ)和P(Ⅴ)分别对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)影响最强;(5)骨炭对As的吸附能力随柱床高度升高而增加,利用柱床服务深度模型能够预测213mL/h流速下任意柱床高度的穿透时间;(6)213mL/h流速下的骨炭对As的滞留能力均强于107mL/h和532mL/h流速;(7)Mn(Ⅱ)包覆骨炭和先通Mn(Ⅱ)溶液都能极大促进骨炭对As(Ⅴ)的滞留能力,用Thomas模型拟合得到Mn(Ⅱ)包覆骨炭三次最大吸附量分别为0.14、0.30和0.35mg/g;(8)Mn(Ⅱ)胶体能增强骨炭对As(Ⅴ)的滞留能力,用CDE模型拟合获得相关系数为0.97,滞留因子Rf是单一As(Ⅴ)的2.3倍;(9)解吸实验显示0.1mol/L的NaOH解吸能力要强于蒸馏水,单一As(Ⅴ)解吸程度高于As(Ⅲ),三次累计解吸平均值分别为0.59和0.41。
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