【摘 要】
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金属阴离子污染物在未经有效处理直接排放对环境引起的毒性威胁与安全危害,一直以来引起了社会的广泛关注。强化絮凝技术由于成本低、操作简便,已广泛的应用于污水和废水处理领域。然而,现有絮凝技术在去除金属阴离子污染物方面仍然存在两大难题,一是对金属阴离子污染物去除效率较低,二是絮凝过程产生污泥,形成新的固体废物污染。本文围绕以上两大技术难题,从金属阴离子污染物的强化絮凝入手,构建不同价态金属阴离子污染物优
【基金项目】
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国家自然科学基金(编号:51425405和51378487); 水体污染控制与治理科技重大专项(2015ZX07202-013和2017ZX07402001); 中国科学院青年创新促进会(CAS 2014037)
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金属阴离子污染物在未经有效处理直接排放对环境引起的毒性威胁与安全危害,一直以来引起了社会的广泛关注。强化絮凝技术由于成本低、操作简便,已广泛的应用于污水和废水处理领域。然而,现有絮凝技术在去除金属阴离子污染物方面仍然存在两大难题,一是对金属阴离子污染物去除效率较低,二是絮凝过程产生污泥,形成新的固体废物污染。本文围绕以上两大技术难题,从金属阴离子污染物的强化絮凝入手,构建不同价态金属阴离子污染物优先去除的高分子絮凝剂指标,从分子结构特性关系解决金属阴离子污染物高效去除的难题;进一步结合絮凝污泥资源化的需求,通过絮凝污泥资源化预处理过程的研究与优化,研发用于金属阴离子污染物强化絮凝的资源化助凝剂,以及污泥资源化在电化学储能的再利用,为解决金属阴离子污染物的絮凝高效去除与资源化途径提供技术支撑。主要研究内容和结果如下:(1)从金属阴离子污染物的强化絮凝入手,构建不同价态金属阴离子污染物优先去除的高分子絮凝剂指标,即单位电荷密度(SCD)。通过SCD值优化高分子絮凝剂分子结构特性,进一步强化不同价态金属阴离子污染物的絮凝去除,并通过对污染物去除的统计分析及絮体的表征探究强化絮凝机理。研究结果表明,高分子絮凝剂的SCD值越高,金属阴离子污染物去除率越高。研究表明SCD值较高的聚阳离子絮凝剂因具有更多的正电荷吸附位点及较多的聚合物线圈,可以通过高效的电中和作用与架桥作用吸附污染物,聚合物链通过桥接吸附部分污染物。(2)进一步结合絮凝污泥资源化的需求,通过絮凝污泥资源化高温碳化预处理过程的研究与优化,将污泥材料作为金属阴离子污染物强化絮凝的助凝剂,与聚合硫酸铁(PFS)协同应用于强化絮凝领域。在强化去除Fe(CN)63-污染物的过程中,加入污泥资源化的助凝材料明显提高了 Fe(CN)63-污染物的去除效果,其中经700℃碳化后的污泥材料使得Fe(CN)63-的去除率高达99.50%。且与其他絮凝技术相比,使金属阴离子污染物的水处理成本也有一定的降低。(3)利用酸化及KOH高温活化的处理技术,将絮凝污泥转化为多孔的碳基复合材料用于电化学储能的再利用,并考察不同处理过程对絮凝污泥资源化材料电化学性能的影响。研究结果表明,经HNO3酸化及KOH活化处理后,污泥材料电极展现出优异的储能性能与优越的循环稳定性,表明了絮凝污泥资源化材料具有一定的储能再利用潜力。
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