改性水滑石對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體總氮的去除性能研究

改性水滑石對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體總氮的去除性能研究第一章文獻(xiàn)綜述1.1引言隨著人類工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，我國(guó)很多地區(qū)的水中總氮含量大大超出飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。然而我國(guó)又是一個(gè)水資源十分短缺的國(guó)家，水資源總量為2.8萬(wàn)億立方米，其中地表水2.7萬(wàn)億立方米，地下水0.83萬(wàn)億立方米，扣除重復(fù)計(jì)算量0.73萬(wàn)億立方米，我國(guó)人均水資源量?jī)H占世界平均水平的四分之一，是世界13個(gè)貧水國(guó)家之一。我國(guó)范圍內(nèi)的水污染已經(jīng)到了相當(dāng)嚴(yán)重的程度，地表水和地下水中的氮主要是離子態(tài)氮，其中以NO廠N為主，其次還有，N0]—N。1.2富營(yíng)養(yǎng)化水體中氮的危害在地表淡水系統(tǒng)中，磷酸鹽通常是植物生長(zhǎng)的限制因素，而在海水系統(tǒng)中往往是氨氮和硝酸鹽限制植物的生長(zhǎng)以及總的生產(chǎn)量。導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化的物質(zhì)，往往是這些水系統(tǒng)中含量有限的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，例如，在正常的淡水系統(tǒng)中磷含量通常是有限的，因此增加磷酸鹽會(huì)導(dǎo)致植物的過(guò)度生長(zhǎng)，而在海水系統(tǒng)中磷是不缺的，而氮含量卻是有限的，因而含氮污染物加入就會(huì)消除這一限制因素，從而出現(xiàn)植物的過(guò)度生長(zhǎng)。生活污水和化肥、食品等工業(yè)的廢水以及農(nóng)田排水都含有大量的氮、磷及其他無(wú)機(jī)鹽類。天然水體接納這些廢水后，水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)增多，促使自養(yǎng)型生物旺盛生長(zhǎng)，特別是藍(lán)藻和紅藻的個(gè)體數(shù)量迅速增加，而其他藻類的種類則逐漸減少。水體中的藻類本來(lái)以硅藻和綠藻為主，藍(lán)藻的大量出現(xiàn)是富營(yíng)養(yǎng)化的征兆，隨著富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)展，最后變?yōu)橐运{(lán)藻為主。藻類繁殖迅速，生長(zhǎng)周期短。藻類及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不斷消耗水中的溶解氧，或被厭氧微生物分解，不斷產(chǎn)生硫化氫等氣體，從兩個(gè)方面使水質(zhì)惡化，造成魚(yú)類和其他水生生物大量死亡。藻類及其他浮游生物殘?bào)w在腐爛過(guò)程中，又把大量的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放入水中，供新的一代藻類等生物利用。因此，富營(yíng)養(yǎng)化了的水體，即使切斷外界營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的來(lái)源，水體也很難自凈和恢復(fù)到正常狀態(tài)。氮源農(nóng)田徑流挾帶的大量氨氮和硝酸鹽氮進(jìn)入水體后，改變了其中原有的氮平衡，促進(jìn)某些適應(yīng)新條件的藻類種屬迅速增殖，覆蓋了大面積水面。例如我國(guó)南方水網(wǎng)地區(qū)一些湖叉河道中從農(nóng)田流入的大量的氮促進(jìn)了水花生、水葫蘆、水浮蓮、鴨草等浮水植物的大量繁殖，致使有些河段影響航運(yùn)。在這些水生植物死亡后，細(xì)菌將其分解，從而使其所在水體中增加了有機(jī)物，導(dǎo)致其進(jìn)一步耗氧，使大批魚(yú)類死亡。最近，美國(guó)的有關(guān)研究部門(mén)發(fā)現(xiàn)，含有尿素、氨氮為主要氮形態(tài)的生活污水和人畜糞便，排入水體后會(huì)使正常的氮循環(huán)變成“短路循環(huán)”即尿素和氨氮的大量排入，破壞了正常的氮、磷比例，并且導(dǎo)致在這一水域生存的浮游植物群落完全改變，原來(lái)正常的浮游植物群落是由硅藻、鞭毛蟲(chóng)和腰鞭蟲(chóng)組成的，而這些種群幾乎完全被藍(lán)藻、紅藻和小的鞭毛蟲(chóng)類所取代。1.3富營(yíng)養(yǎng)化水體中氮的處理現(xiàn)狀物理方法和化學(xué)方法，主要講述目前常用的處理方法，存在的優(yōu)缺點(diǎn)，然后引出水滑石吸附法的優(yōu)勢(shì)。1.4水滑石研究概況1.5本文研究目的及主要內(nèi)容第二章實(shí)驗(yàn)方法2.1實(shí)驗(yàn)試劑2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備2.3實(shí)驗(yàn)分析方法2.3.1硝酸鹽的測(cè)定2.3.2氨氮的測(cè)定2.4水滑石的制備及表征2.4.1水滑石的制備2.4.2水滑石的表征方法XRD表征、傅里葉變換紅外分析（FT-IR）、Zeta電位、比表面積BET等。2.5吸附實(shí)驗(yàn)第三章水滑石對(duì)硝酸鹽的吸附性能研究3.1不同金屬組成的水滑石吸附性能比較3.2Mg/Al摩爾比對(duì)吸附硝酸鹽性能的影響3.3水滑石用量對(duì)吸附硝酸鹽性能的影響3.4pH對(duì)吸附硝酸鹽性能的影響3.5溫度對(duì)吸附硝酸鹽性能的影響3.6初始濃度對(duì)吸附硝酸鹽性能的影響3.7吸附動(dòng)力學(xué)研究3.8吸附等溫線研究3.9水滑石吸附硝酸鹽前后表征分析3.10本章小結(jié)第四章水滑石對(duì)氨氮的吸附性能研究4.1水滑石用量對(duì)吸附氨氮性能的影響4.2pH對(duì)吸附氨氮性能的影響4.3溫度對(duì)吸附氨氮性能的影響4.4初始濃度對(duì)吸附氨氮性能的影響4.5吸附動(dòng)力學(xué)研究4.6吸附等溫線研究4.7水滑石吸附氨氮前后表征分析4.8本章小結(jié)第五章富營(yíng)養(yǎng)化水體中陰離子對(duì)水滑石吸附氮的影響5.1實(shí)驗(yàn)方法混合陰離子吸附實(shí)驗(yàn)：水滑石+N+P+腐殖酸；固定溫度為23€；固定濃度為N=25mg/L,P=25mg/L，腐殖酸=25mg/L。5.2吸附動(dòng)力學(xué)研究15€，測(cè)定N;23€，測(cè)定N;31r，測(cè)定n；39°C，測(cè)定N;根據(jù)不同溫度下吸附過(guò)程的動(dòng)力學(xué)方程模擬得到反應(yīng)系數(shù)K，計(jì)算起始吸附速率，再根據(jù)Arrhenius方程求算出Ea，從而得到四種因子的反應(yīng)活化能。5.3吸附等溫線研究N=10，25，50mg/L;測(cè)定N;計(jì)算出最大吸附量，探究哪種物質(zhì)有利于吸附。5.4水滑石吸附氮前后表征分析紅外：吸附前水滑石；單獨(dú)吸附N后水滑石；同時(shí)吸附三種物質(zhì)后的水滑石；5.5本章小結(jié)第六章結(jié)論時(shí)間安排前期準(zhǔn)備：看文獻(xiàn)定下水滑石的制備方法，并了解水滑石的相關(guān)性能以及吸附理論，了解相關(guān)表征方法和表征圖片能說(shuō)明的問(wèn)題，了解實(shí)驗(yàn)分析的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)模型。實(shí)驗(yàn)安排：第一周：制備水滑石材料，進(jìn)行水滑石對(duì)硝酸鹽的初試實(shí)驗(yàn)，看吸附效果；第二周：改進(jìn)水滑石制備方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定