① 廢水中的主要污染物及其分類
廢水中的污染物種類主要有:固體污染物、有機污染物、營養性污染物、酸鹼污染物、有毒污染物、油類污染物、生物污染物、感官性污染物、熱污染物和放射性污染物等。
廢水污染指標一般可以分為物理性、化學性和生物性污染指標。
廢水溫度過高而引起的污染稱為熱污染,其危害主要有以下幾點:
色度能引起人的感官上的不適,是一種感官性污染指標。
將有色廢水用蒸餾水稀釋後與蒸餾水在比色皿中對比,一直稀釋到兩水樣沒有色差。此時廢水的稀釋倍數就是色度。
在各類水質標准中對色度有著明確的規定。
嗅和味同色度一樣屬於感官性指標。水的臭味來源於還原性硫和氮的化合物、揮發性有機化合物和氯氣燈污染物。含鹽分也會給水帶來異味,比如氯化鈉帶鹹味、硫酸鎂帶苦味。
廢水排放對臭味也作了相應的規定。
固體污染物常用 懸浮物 和 濁度 兩個指標來表示。
固體午安無在水中以的溶解態(直徑小於1nm),膠體態(1-100nm),懸浮態(>100nm)三種形式存在。
懸浮物 是一項重要的水質指標,它的存在不但會使水質混濁,而且會使管道堵塞、磨損,由於大多數廢水中都含有懸浮污染物,所以去除懸浮物是一項基本任務。
濁度 是對水的光導性的一種測量,其值可表示水中膠體和懸浮物的含量。
廢水中有機污染物種類非常多,工程中一般以 生化需氧量(BOD) 、 化學需氧量(COD) 、 總需氧量(TOD) 、和 總有機碳(TOC) 等指標來定量描述水中的有機污染物含量。
在有氧的條件下,由於微生物的活動,降解有機物所需的氧量,稱為生化需氧量,單位為單位體積廢水所消耗的氧氣(mg/L)
在實際測定中,一般採用BOD 5 來表示,即在20℃經5天培養需要消耗的溶解氧量。
BOD 5 作為有機物濃度指標基本上反映出了能被微生物氧化分解的有機物的量,較為直接、確切的的說明了為題。
但是也存在缺點:
化學需氧量指在酸性條件下,用強氧化劑將有機物氧化為CO 2 、H 2 O,所消耗的氧量。氧化劑一般採用重鉻酸鉀。
使用重鉻酸鉀作為氧化劑稱為COD Cr
使用高錳酸鉀作為氧化劑稱為COD Mn
COD能在較短的時間內較精確的測定出廢水中耗氧物質的含量,但廢水中還原性無機物也消耗部分氧,造成誤差
如果廢水中的成分相對穩定,那麼COD和BOD之間存在一定的比例關系。一般來水COD>BOD 20 >BOD 5 >COD Mn 。
其中 BOD 5 /COD的比值作為衡量廢水是否適宜生化法處理的指標:比值越大,越容易被生化處理,一般大於0.3才適宜採用生化處理。
有機物的主要元素有C、H、O、N、S等。在高溫下燃燒後將分別產生CO 2 、H 2 O、NO 2 和SO 2 ,所消耗的氧量稱為總需氧量(TOD),一般情況下TOD>COD。
有機物都含有碳,通過測定廢水中的總含碳量可以表示有機物含量。
有毒有機物大多是人工合成的有機物,難以被生化降解,並且大多是較強的「三致」物質(致癌、致畸、致突變),毒性很大。
油類污染物包括「石油類」和「動植物油」。油類污染物能在水面上形成油膜,隔絕大氣於水面,破壞水的復氧條件,還能附著於土壤顆粒表面和動植物體表,影響養分的吸收和廢物排出。
PH主要指示水樣中的酸鹼性。一般要求廢水處理後的PH應在6-9之間。
廢水中的P和N是植物和微生物的主要營養元素。當廢水排入水體中,使N和P的濃度分別超過0.2mg/L和0.02mg/L時,就會引起水體的富營養化。
重金屬在天然水體中含量很低,重金屬有毒物主要有汞、鉻、鎘、鉛、砷。
無機非金屬有毒物主要有氰化物、氟化物、含硫化合物、亞硝酸根等
廢水中放射性物質主要來源於鈾、鐳、等放射性金屬生產和使用
生物性污染指標主要指廢水中的致病微生物,主要有細菌總數、大腸桿菌、和病毒。
② 用CTAB改性膨潤土從低濃度廢水中吸附去除U(Ⅵ)
鈾是一種天然放射性重金屬元素,環境中如存在鈾,會對人及動植物造成輻射傷害,因此,含鈾廢水需經處理後才能排放。鈾在水溶液中主要以U(Ⅵ)形式存在。常見的含鈾廢水處理方法包括電化學法、離子交換法、化學沉澱法、膜分離法、吸附法等。吸附法因其效率高、操作簡單、環保及能耗低等優勢而得到廣泛應用。膨潤土,作為一種以蒙脫石為主要成分的含水材料,因其價格低廉、性質穩定、比表面積大、多孔、陽離子交換容量大、膨脹性強、吸附能力強等特點,可用作吸附材料。但未經改性的膨潤土通常帶有負電荷,其吸附陽離子的能力較差。對此,通過改性膨潤土可以提高其吸附能力,用於吸附去除有害物質。
CTAB(十六烷基三甲基溴化銨)作為陽離子表面活性劑,可以將大量疏水官能團引入膨潤土層間,改善膨潤土的表面性能和結構,從而提高其對水體中污染物的吸附能力。本研究採用CTAB改性膨潤土,並用於從低濃度廢水中吸附去除U(Ⅵ),旨在為含鈾廢水的處理提供一種可用吸附劑。
改性膨潤土的具體制備過程包括:對天然鈣基膨潤土進行研磨、篩分,使其過50目篩;然後加入適量碳酸鈉,再加入350 mL超純水,進行磁力攪拌後,靜置陳化,製得鈉基膨潤土;接下來,將鈉基膨潤土置於1000 mL燒杯中,並於333.15 K水浴鍋上加熱攪拌。為使CTAB溶解,採用乙二醇作為輔助劑,並將其加入燒杯中,保持水溫333.15 K,繼續攪拌4小時。之後,於室溫下靜置48小時,進行抽濾、離心洗滌,直至洗滌液用1%硝酸銀溶液檢測無沉澱,最後將濾餅在328.15 K烘箱中烘乾,完成CTAB改性鈉基膨潤土的制備。
在吸附U(Ⅵ)的過程中,我們分別將改性前、後的膨潤土加入模擬廢水中,室溫下進行振盪一定時間。實驗結果顯示,改性膨潤土對U(Ⅵ)的吸附去除率和吸附量分別達到了92.58%和2.02 mg/g,是改性前的3.78倍,去除效果顯著。後續試驗均採用改性膨潤土作為吸附劑。
研究還探討了廢水pH、改性膨潤土用量、吸附時間、初始U(Ⅵ)質量濃度及溫度等因素對吸附過程的影響。結果顯示,廢水pH值在1.17至3之間,改性膨潤土用量在0.3至0.8 g/L之間,吸附時間為355分鍾,初始U(Ⅵ)質量濃度在10 mg/L范圍內,以及溫度在室溫至453.15 K之間,均對吸附效果產生顯著影響。此外,實驗還對吸附動力學及等溫線進行了研究,發現吸附過程符合準二級動力學模型,並以化學吸附為主;室溫下,吸附反應更符合Langmuir等溫吸附模型,以單分子層吸附為主,最大吸附量為27.25 mg/g。
綜上所述,CTAB改性膨潤土從廢水中吸附去除U(Ⅵ)是可行的,且在適宜條件下,U(Ⅵ)的去除率可達96.95%,吸附過程符合準二級動力學模型,以化學吸附為主;室溫下,吸附反應更符合Langmuir等溫吸附模型,以單分子層吸附為主,最大吸附量為27.25 mg/g。這為含鈾廢水的處理提供了一種高效、環保、低成本的吸附劑選擇。