吸附条件范文（精选5篇）

吸附条件 第1篇

关键词：涂铁陶粒,含镍废水,去除率

一、实验部分

1.1、实验材料

1.1.1实验仪器

721型分光光度计, 电动振荡器, 分析天平, 烘箱, 马弗炉。

1.1.2实验试剂

镍废液 (200mg/L) :称取分析纯NiSO4 6H2O 0.895g, 用水溶解后稀释到1L。其它浓度用此液稀释配得。镍标准溶液 (50mg/L) :称取分析纯NiSO4?6H2O 0.224g, 用水溶解后稀释到1L。其它浓度用此液稀释配得。5%NaOH:称取分析纯NaOH 5g, 溶解于水中, 用容量瓶定容到100mL。1%丁二酮肟:称取1g丁二酮肟 (AR) , 用5%的NaOH溶解至100mL3%过硫酸铵:称取3g过硫酸铵 (AR) 于一烧杯中, 加蒸馏水溶解之后, 转移至100mL容量瓶, 用蒸馏水稀释, 摇匀。2.5moL/L FeCl3:称取103.44g FeCl3 (AR) 于烧杯中, 用水溶解, 并定容到250mL, 存放在棕色瓶内保存。

1.1.3涂铁陶粒的制备

首先用盐酸[1]为0.2moL/L溶液浸泡陶粒36h, 其次在用蒸馏水进行相应的水洗, 然后在用离子进行水洗, 且水洗至pH值稳定, 不在升高, 最后在110℃下进行干燥, 干燥后备用。

进行实验时所采用的方法是加热蒸发法。该方法首先是取陶粒400mL放置于1000mL的烧杯当中, 其次在加入FeCl3为160mL5moL/L的溶液, 进行搅拌均匀。然后在变温加热套中进行蒸发脱水, 脱水之后在放进烘箱, 在100℃的烘箱下加热8～15h, 最后在将试样移到马弗炉中, 其温度为600℃时进行加热, 时间为4h。再次的加入FeCl3为170mL5moL/L的溶液, 进行搅拌均匀。然后再次在变温加热套中进行蒸发脱水工艺, 脱水之后再次将其放入烘箱为100℃时进行加热。每4h加热后, 在将其放到空气中进行冷却, 冷却时间为18h。通过这样的循环工艺的数次, 就可以使涂铁陶粒的表面不会在出现返潮的现象[2]。

1.2、显色剂用量的确定

1.2.1实验方法

按顺序将试剂移入50mL容量瓶, 用蒸馏水定容, 以空白溶液为参比, 显色后测定其吸光度。第一种试剂加入顺序:5.00mL Ni2+标准溶2.00mL丁二酮肟3.00mL过硫酸铵3.00mL NaOH, 第二种试剂加入顺序:5.00mL Ni2+标准溶液3.00mL NaOH3.00mL过硫酸铵2.00mL丁二酮肟1.2.2试剂用量的确定

1.2.2.1丁二酮肟用量的确定

采用第一种试剂加入顺序, 分别取丁二酮肟0.20 mL、0.40m L、0.60 mL、加入不同的量的丁二酮肟。

1.2.3.2氧化剂用量的确定

改变过硫酸铵的加入量, 以同一空白溶液为参比, 测定吸光度。分别取过硫酸铵0.80 mL、1.00mL、2.00 mL、3.00mL、4.00mL。不同的过硫酸铵加入量,

1.2.3.3 NaOH用量的确定

本实验采用3.00mL NaOH。

1.3、测定方法

pH值使用pH试纸测定, 镍溶液的浓度使用丁二酮肟分光光度法进行测定。

1.4、标准曲线的测定

通过用镍标准溶液把含有镍的标准溶液进行不同浓度的稀释。镍标准液取10mL, 分别加入到丁二酮肟为4mL 1%、NaOH为6mL 5%、过硫酸铵为6mL 3%之中, 在用水溶液稀释到50mL。显色30min之后, 以空白色的溶液为参比, 在470nm处, 运用1mm的比色皿, 进行测定其吸光度。

1.5、吸附实验步骤

移取浓度为25mg/L的含镍试液50mL置于150mL锥形瓶中, 加入0.5g涂铁陶粒 (陶粒) , 在振荡器上振荡45min, 稍放置, 过滤, 测其吸光度。镍的含量按标准曲线法测得。取适量滤液测定pH值和残余镍含量并按下式计算镍去除率:

去除率= (C0-C) /C0100%

1.6、出水镍的测定

取5mL处理后的含镍溶液, 按标准曲线的测定方法加入相应试剂, 显色, 测其吸光度。用标准曲线所得方程, 求出出水的含镍浓度。

二、结果与讨论

2.1、吸附剂用量对镍去除率的影响

移取浓度为25mg/L的含镍溶液100mL, 置于250mL锥形瓶中。调节废液的pH值到6.8, 分别加入不同量的涂铁陶粒 (陶粒) , 放在振荡器上, 在室温下振荡50min略搅拌, 静置10min后过滤, 按照标准曲线测定的方法依次加入显色剂显色, 显色25min, 测其吸光度。

2.2、酸度对镍去除率的影响

移取浓度为25mg/L的含镍溶液100mL, 置于250mL锥形瓶中。调节废液的pH值, 加入0.6g的涂铁陶粒 (陶粒) , 放在振荡器上, 在室温下振荡50min, 静置10min后过滤, 按照标准曲线测定的方法依次加入显色剂显色, 显色25min, 测其吸光度。随pH升高镍去除率增大, 当pH≥4时, 去除率变化较为平稳, 趋于稳定;但在pH>11时, 由于部分形成氢氧化镍沉淀对镍的去除更为有利, 但是此时为化学法处理含镍废水, 因此, 本试验的吸附法更适用于p H 4-10的含镍废水的处理。

2.3、接触时间对镍去除率的影响

移取浓度为25mg/L的含镍溶液50mL, 置于150mL锥形瓶中。调节废液的pH值到6.5, 加入0.5g的涂铁陶粒 (陶粒) , 在室温下, 改变放在振荡器上振荡时间, 稍放置后过滤, 按照标准曲线测定的方法依次加入显色剂显色, 显色25min, 测其吸光度。陶粒对Ni2+吸附较为迅速, 随接触时间的延长, 镍的去除率增大。当接触时间大于30min时, 镍去除率达到稳定。为保证有较好的去除效果, 本试验选择接触时间为45min。

2.4、温度对镍去除率的影响

移取浓度为25mg/L的含镍溶液50mL, 置于150mL锥形瓶中。调节废液的pH值到6.5, 加入0.5g的涂铁陶粒 (陶粒) , 用恒温水浴控制不同的温度, 放在振荡器上振荡45min, 稍放置后过滤, 按照标准曲线测定的方法依次加入显色剂显色, 显色25min, 测其吸光度。

2.5、镍浓度对镍去除率的影响

在镍与涂铁陶粒, 陶粒重量比不变的条件下, 陶粒的用量随着随镍浓度在试验范围内增大而增加。测定其它变量时, 选用了进水浓度为25mg/L进行试, 使用涂铁陶粒的去除效果要比用陶粒作吸附剂去除镍的效果好, 去除率要低出15～18%左右。

三、结论

(1) 陶粒对镍的去除效果比涂铁陶粒要差很多, 对浓度在200mg/L以内的含镍废水, 按陶粒与镍的重量比为400∶1投加吸附剂进行处理, 除去率较稳定。

(2) 本方法对酸度适应范围比较大, 可直接处理p H值12pH值≥4的弱酸性及的弱碱性含镍废水, 且处理后出水的pH值为7～8接近中性。

(3) 陶粒价格经济, 处理方法简易, 涂铁陶粒易于制备, 因此具有很强的实用性。

(4) 温度对吸附效果的影响不大, 可在室温下进行, 故实验条件简单, 易于操作, 有很强的可应用性。

(5) 在分别使用涂铁陶粒和陶粒作吸附剂的实验中, 最佳的接触时间均为45min。

(6) 涂铁陶粒作吸附时对镍的去除效果比用陶粒作吸附剂的效果好, 且去除率可相对提高16%-22%左右。

参考文献

[1].刘雪雁.污染物治理综合实验.长春工业大学, 2006, 5:10-11.

吸附条件 第2篇

将不同配比的活性氧化铝、硅藻土和氧化锌混合得到吸附剂载体,考察了载体的组成和扩孔剂对吸附剂脱硫性能的影响.结果表明,当载体中的χAl2O3,SiO2和ZnO质量比为2∶1∶2,以分子量为1 000的聚乙二醇为扩孔剂,扩孔剂的.质量为载体质量的15%时,吸附剂脱硫效果较好.采用等体积超声一常规浸溃相结合的方法制备负载活性组分Ni和Co的脱硫吸附剂,在常温常压下考察了浸溃液浓度、浸溃时间、干燥方式和还原温度等条件对吸附剂吸附脱硫效果的影响,得到合适的吸附剂制备条件为一次浸溃采用硝酸镍溶液,浓度为1.0 mol/L,二次浸溃采用硝酸钴溶液,浓度为0.4 mol/L,先超声浸渍0.5 h,然后常规浸溃5.5 h,微波干燥15 min,320℃还原2 h,在此条件下得到的吸附剂的穿透硫容可达4.02 mg/g.

作 者：王凌云 王兰芝 侯凯湖 Wang Lingyun Wang Lanzhi Hou Kaihu  作者单位：河北工业大学化工学院,天津,300130 刊 名：化学反应工程与工艺  ISTIC PKU英文刊名：CHEMICAL REACTION ENGINEERING AND TECHNOLOGY 年，卷(期)： 24(2) 分类号：O622.7 TQ424.2 关键词：载体   扩孔剂   超声波浸渍   微波干燥   吸附脱硫  

吸附条件 第3篇

吸附树脂是一种化学惰性、多孔和球形状体, 具有很好的吸附和再生性能。用于果汁吸附的树脂是一种专用树脂, 果汁中的疏水性化合物多酚物质及色素化合物, 被物理吸附并保持在树脂的骨架上, 由此去除果汁中的多酚物质, 提高色值。

本文在浓缩苹果汁生产工艺的基础上, 采用响应面法优化浓缩苹果汁树脂吸附工艺, 从而能更好地除去浓缩苹果汁中的多酚, 提高浓缩苹果清汁的初始色值并在贮藏过程中保持其色值稳定。

1 试验材料与方法

1.1 试剂与材料

大孔树脂:LSA-900B、LSA-900C、LSA-900D, 西安蓝晓;一水合没食子酸, sigma公司;浓缩苹果汁, 自制。

1.2 主要设备

分光光度计 (725E) 、折光仪 (PAL-1) 、酸度计 (FE20) 、超滤试验机 (GCG-1) 和蠕动泵 (BT00-300M) 。

1.3 方法

1.3.1 检测指标

色值 (T440) :按GB/T 18963-2003规定方法检测。

总酚:福林-酚法, 精确称取0.110g一水合没食子酸标准样品, 蒸馏水溶解并定容至100mL, 浓度为1mg/m L。分别准确量取上述溶液0、1.0、2.0、3.0、4.0和5.0mL至100mL容量瓶中, 用蒸馏水定容至刻度, 所得一水合没食子酸标准溶液的质量浓度分别为0、0.01、0.02、0.03、0.04和0.05mg/mL, 分别吸取上述一水合没食子酸标准溶液1mL, 加1mL福林酚, 加3mL 7.5%碳酸钠溶液, 定容至10mL, 混匀, 至室温下显色2h, 于765nm波长下比色, 测定吸光度, 建立标准曲线。

1.3.2 试验方法

取30g混合比例树脂 (LSA-900B、LSA-900C、LSA-900D) , 湿法装柱, 超滤后的苹果汁 (色值在60左右, 糖度在13°Brix左右) 过柱, 每组试验用500mL苹果汁, 检测树脂吸附前后苹果汁的色值及总酚。

1.3.3 响应面试验设计

根据单因素试验确定的范围, 将树脂比例、pH值和流速作为动态吸附的3个因素, 每个因素3个水平。以色值 (吸附前后色值之差) 及总酚 (树脂吸附总酚的量) 为响应值, 采用三因素三水平的响应面分析方法确定树脂吸附最佳的组合条件。

2 结果与分析

2.1 浓缩苹果汁总酚含量的测定

一水合没食子酸标准曲线:以吸光度A765nm对一水合没食子酸含量进行直线回归, 得回归方程Y=0.1569X-0.1445, R2=0.9992, 说明线性关系良好, 线形范围在0~8mg/L。标准曲线如图1所示。

2.2 响应面法优化浓缩苹果汁树脂吸附工艺条件

2.2.1 以色值为响应值进行响应面优化试验

按照试验方案进行三因素三水平试验, 研究影响因素对苹果汁色值的影响, 试验结果和方差分析结果见表2和表3。对试验数据进行回归分析, 得到的回归方程为:

用F检验判定回归方程中各变量对响应值影响的显著性, 概率越小, 则相应变量的显著程度越高。

由表3可知:该回归模型F检验极显著 (P<0.01) , 其失拟项在α=0.05水平上不显著 (P>0.05) , 其决定系数R2=0.9950, 表明此模型拟合程度较好, 其响应值的变化有99.50%与所选变量有关。因此, 回归方程能较好地描述各因素与响应值之间的关系, 各具体试验因子对响应面值的影响不是简单的线性关系。各因素中p H值对苹果汁色值影响极显著 (P<0.01) , 树脂比例和流速在试验范围内对苹果汁色值没有显著影响 (P>0.05) , p H值得二次项对苹果汁色值有极显著影响 (P<0.01) 。三因素影响的大小关系是:p H值>流速>树脂比例。

注:**表示极显著水平 (P<0.01) ;*表示显著水平 (P<0.05) 。

图2为各因素之间两两相互关系对苹果汁色值影响的响应面和等高线图。对试验结果进行分析处理, 得出浓缩苹果汁树脂吸附工艺的最优条件为:树脂比例1∶2.87∶1、p H值3.42和流速0.92mL/min, 模型预测的最大值为35.67。考虑到实际操作的局限性, 各因素分别取整, 修正为:树脂比例1∶3∶1、p H值3.5和流速1.0mL/min, 在该条件下进行3次试验, 平均值为35.59, 与模型预测值拟合度高。而以工厂现有工艺进行试验得出的值为30.1, 说明优化后的工艺优于工厂现有工艺。

2.2.2 以总酚为响应值进行响应面优化试验

按照试验方案进行三因素三水平试验, 研究影响因素对苹果汁总酚吸附效果的影响, 试验结果和方差分析结果见表3和表4。对试验数据进行回归分析, 得到的回归方程为:

用F检验判定回归方程中各变量对响应值影响的显著性, 概率越小, 则相应变量的显著程度越高。

注:**表示极显著水平 (P<0.01) ;*表示显著水平 (P<0.05) 。

由表4可知:该回归模型F检验极显著 (P<0.01) , 其失拟项在α=0.05水平上不显著 (P>0.05) , 其决定系数R2=0.9609, 表明此模型拟合程度较好, 其响应值的变化有96.09%与所选变量有关。因此, 回归方程能较好地描述各因素与响应值之间的关系, 各具体试验因子对响应面值的影响不是简单的线性关系。各因素中树脂比例和流速在试验范围内对苹果汁总酚没有显著影响 (P>0.05) , p H值有显著影响 (P<0.05) , p H值和流速的二次项对苹果汁总酚的影响极显著 (P<0.01) 。三因素影响的大小关系是:p H值>流速>值树脂比例。

图3为各因素之间两两相互关系对苹果汁色值影响的响应面和等高线图。对试验结果进行分析处理, 得出浓缩苹果汁树脂吸附工艺的最优条件为:树脂比例13.06∶1、p H值3.40和流速1.06mL/min, 模型预测的最大值为30.50。考虑到实际操作的局限性, 各因素分别取整, 修正为:树脂比例1∶3∶1、pH值3.5和流速1.0mL min。在该条件下进行3次试验, 取平均值为30.45, 与模型的拟合度高。而以工厂现有工艺进行试验得出的值为26.1, 说明优化后的工艺优于工厂现有工艺。

3 结论

采用响应面法优化了浓缩苹果汁树脂吸附工艺, 分别以色值和总酚为响应值进行优化试验, 对优化结果分别取整, 得出了相同的最佳吸附工艺参数, 该工艺条件为树脂比例1∶3∶1、pH值3.5和流速1.0mL/min。

摘要：本文研究利用响应面法优化浓缩苹果汁树脂吸附工艺条件。在单因素试验的基础上, 利用响应面研究了树脂比例、pH值和流速对浓缩苹果汁树脂吸附工艺条件的影响, 建立了回归模型, 验证了模型的有效性。分别以色值和总酚为响应值进行优化试验, 对优化结果分别取整, 得出最佳吸附工艺条件为树脂比例1:3:1、pH值3.5和流速1.0mL/min。

关键词：响应面法,树脂吸附,色值,总酚

参考文献

[1]赵安庆, 王育红.苹果浓缩汁的色值控制[J].甘肃联合大学学报, 2008, 22 (1) :74.

[2]Schobin Ger U., Barbic I., Duerr P., et al.Phenolic compounds in apple juice-positive and negative effects[J].Fruit Process, 1995, 5 (6) :171-172.

[3]Beveridge T., Tait V..Structure and composition of apple juice haze[J].Food St-ructure, 1993, 12 (2) :195-198.

[4]易建华, 仇农学, 朱振宝.树脂法生产无色浓缩苹果汁的初步研究[J].饮料工业, 2001, 4 (4) :10-15.

[5]易建华, 仇农学.树脂法生产澄清苹果汁的探讨[J].食品工业, 2001 (2) :17.

吸附条件 第4篇

竹炭是竹材经热解后得到的炭制品,具有较大的比表面积、特殊的内部微孔结构和良好的吸附性能,因此,竹炭及其改性产品已在水处理领域中广泛使用[6,7,8]。但现有关于竹炭及其改性产品的研究多为对影响吸附效果的单因素进行考察,而有关各吸附条件间存在的交互作用及影响程度的报道不多见[9,10]。响应面法是优化和评价影响反应的各种自变量水平和交互作用的有效方法之一,因具有实验数据少、准确率高、直观性强和预测性能好等优点,已被广泛关注和应用[10,11]。

本工作在前期对烧烤竹炭(BBC)吸附水中磷的单因素进行考察的基础上[12],采用响应面法的Box-Behnken Design实验设计建立BBC吸附磷的各影响因素(初始磷质量浓度、BBC粒径、BBC加入量和初始溶液p H)的多元二次模型,以模型为基础分析各因素之间的交互作用并探讨最佳吸附条件, 为BBC吸附水体中环境污染物的应用及其改性研究提供科学依据。

1实验部分

1.1试剂、材料和仪器

KH2PO4:分析纯。

BBC:江西林丰炭业有限公司,破碎后用去离子水冲洗竹炭表面以除去表面残留物,在105 ℃ 下干燥24 h,磨细后经不同直径的筛子筛分,装入封口袋,于干燥器中保存。

UV-752型紫外-可见分光光度计:上海精密科学仪器有限公司。

1.2实验方法

取一定量的BBC,加入一定初始磷质量浓度的KH2PO4溶液中,在反应温度为25 ℃的条件下, 在振动摇床中以5 000 r/min的振荡速率吸附反应24 h。离心分离后,取上清液用孔径为0.45 μm的有机微孔滤膜过滤,采用钼锑抗分光光度法[13]测定溶液中磷的质量浓度。

2结果与讨论

2.1Box-BehnkenDesign实验设计及结果

基于单因素实验结果,采用响应面设计实验,运用Design-Expert 8.0.5软件中Box-Behnken Design中心组合实验设计原理,以磷去除率为响应变量,选择对磷去除率具有显著影响的4个因素 (初始磷质量浓度、BBC粒径、BBC加入量和初始溶液p H),进行4因素3水平的响应面分析实验。 Box-Behnken Design实验因素水平见表1,实验结果见表2。

通过Design-Expert软件进行二次响应面回归分析,得到多元二次响应面回归模型(实际的未编码的拟合方程):y=27.785 9+0.659 0 xA+12.041 7xB+111.625 0xC+10.491 7xD-5.921 2×10-16xAxB+0.125 0xAxC+1.110 2×10-16xAxD-25.000 0xBxC+5.921 2×10-15xBxD+0.625 0xCxD-0.013 5x2A19.722 2xB2-106.562 5xC2-1.223 4xD2。响应面回归模型方差分析见表3。由表3可见:该模型的影响参数(F)为10.97,显著水平(P)小于0.000 1,表明该模型极其显著,具有统计学意义;失拟项用来表示所用模型与实验拟合的程度,即二者差异的程度,失拟项的P值为0.947 6(>0.05),表明失拟项不显著,无失拟因素存在,因此可用该回归方程代替实验数据对实验结果进行分析。该回归方程的相关系数为0.916 4,说明模型的拟合程度较高;该模型的变异系数为2.31%,表明实验操作可靠;模型信噪比为11.04,表明模型的可信度较高。由此可见,构建的模型可行,可用来评价各因素对水体中磷去除率的影响。

由表3还可见:A,B,D的P值均小于0.01, 为显著项,即初始磷质量浓度、BBC粒径和初始溶液p H对水体中磷的去除率具有决定性作用;在交互项中,P值均大于0.05,所以其显著性均不明显,说明各因素间的交互作用不明显;由A,B, C,D的F值可知,各因素对磷去除率影响的大小顺序为D>B>A>C,即初始溶液p H>BBC粒径>初始磷质量浓度>BBC加入量。

2.2各因素对BBC吸附磷的响应面分析

利用Design Expert 8.0.5和Origin 8.5软件作出模型方程的三维响应面。曲线越陡,说明该因子对反应结果的影响越大;图面颜色越深,即吸收波长越长,说明结果越显著[14,15]。等高线的形状可直接反映出两个因素之间的交互效果强弱,等高线越近圆形说明两者的交互作用不明显,而为椭圆形则说明两因素之间的交互作用明显[14]。

在BBC加入量为10.0 g/L、初始溶液p H为5.00的条件下,初始磷质量浓度与BBC粒径对磷去除率的响应面见图1。由图1可见:当BBC粒径为0.15mm时,磷去除率随初始磷质量浓度的增加呈先增大后减小的趋势;随BBC粒径的增加,磷去除率逐渐下降;BBC粒径和初始磷质量浓度之间的交互作用不明显。

在BBC粒径为0.30 mm、初始溶液p H为5.00的条件下,初始磷质量浓度与BBC加入量对磷去除率的响应面见图2。由图2可见:当BBC加入量小于10.0 g/L时,随BBC加入量的增加磷去除率逐渐增加;当初始磷质量浓度大于10.0 g/L时,随BBC加入量的增加磷去除率逐渐降低。这是由于当溶液中的磷质量浓度较高时,BBC表面的磷吸附位点达到饱和,导致对磷的去除率降低[16]。

在BBC粒径为0.30 mm、BBC加入量为10.0 g/ L的条件下,初始磷质量浓度与初始溶液p H对磷去除率的响应面见图3。由图3可见:随初始磷质量浓度的增加和初始溶液p H的升高,BBC对磷的去除率均呈先增大后减小的趋势。在酸性条件下,BBC上的羟基被H+置换。羟基的丢失,增加了BBC与磷离子结合的机会。在强酸性条件下,磷以H3PO4的形式存在,BBC表面的酸性官能团对H3PO4的吸附较弱;在弱酸性条件下,磷酸盐主要以H2PO4-和HPO42-的形式为主,这两种类形的磷酸盐容易被BBC吸附[17]。

在初始磷质量浓度为30.00 mg/L、初始溶液p H为5.00的条件下,BBC粒径与BBC加入量对磷去除率的响应面见图4。由图4可见:BBC粒径与BBC加入量之间的交互作用也不明显;当BBC粒径为0.15mm时,磷去除率随BBC加入量的增加呈先增大后减小的趋势。当BBC浓度过高时会产生浓度屏障效应[18,19],阻碍BBC吸附位点与磷离子的结合,导致溶液中的磷去除率降低。

在初始磷质量浓度为30.00 mg/L、BBC加入量为10.0 g/L的条件下,BBC粒径与初始溶液p H对磷去除率的响应面见图5。由图5可见:在初始溶液p H一定的条件下,磷去除率随BBC粒径的增大而减小,这是因为吸附剂的粒径越小则比表面积越大,吸附更容易发生[20];在BBC粒径一定的条件下,磷去除率随初始溶液p H的增加呈先增大后减小的趋势;BBC粒径与初始溶液p H之间的交互作用不显著;由曲面的形状还可知,初始溶液p H对磷去除率的影响大于BBC粒径的影响。

在初始磷质量浓度为30.00 mg/L、BBC粒径为0.30 mm的条件下,BBC加入量与初始溶液p H对磷去除率的响应面见图6。由图6可见:在初始溶液p H一定的条件下,磷去除率随BBC加入量的增加呈先增大后减小的趋势;在BBC加入量一定的条件下,磷去除率随初始溶液p H的增加也呈现先增加后减小的趋势;BBC加入量对磷去除率的影响大于初始溶液p H的影响。该结果与涂宁宇等[21]的研究结果相似。

2.3小结

综合上述响应面模型实验结果,得到BBC吸附水中磷的最佳反应条件为:初始磷质量浓度26.81 mg/L,BBC粒径0.15 mm,BBC加入量10.6 g/ L,初始溶液p H 4.42。在最佳反应条件下,BBC对磷的去除率达90.04%。

3结论

a)采用响应面法优化BBC对水中磷的吸附条件。响应面回归模型方差分析结果表明,各因素对磷去除率影响的大小顺序依次为初始溶液p H> BBC粒径>初始磷质量浓度>BBC加入量。

吸附条件 第5篇

1 材料与方法

环形水槽内上覆水采用蒸馏水加磷的方式配制。总磷 (TP) 为评价湖泊富营养化现象的指标之一, 为了更好的模拟富营养化情况, 试验水样磷含量采用介于中营养化 (23μg/L) 和富营养化 (110μg/L) 之间的浓度值。底泥取自太湖贡湖湾, 风干后去除碎石杂物。

试验采用自制环形水槽, 环形水槽及其尺寸见图1。试验用环形水槽外径为0.56m, 内径为0.3m, 形成了一个0.13m宽的渠道和0.21m的突扩段, 工作深度最大为0.25m, 水槽的容量为70L。水流通过变速器调节可产生5cm/s-50cm/s流速范围的水流, 另配有活动支架, 用来固定测速设备。变速器连接两种拨片, 分别为1.5mm和7mm厚。试验时底泥铺设厚度约5cm, 水样充满水槽至22cm深, 变速器转速为17r/min。

试验流速测量采用美国SonTek公司生产的三维超声波多普勒测速仪 (SonTekADV) , 在主流区位置用仰视探头测量, 在回流区位置用俯视探头测量。

选取四个采样点, #1、#2、#3、#4, 分别为主流区前段 (#1) 、主流区后段 (#2) 、回流减流区 (#3) 、回流增流区 (#4) 。试验按以下顺序展开: (1) 水槽启动, 在四个点分别收集水样, 位置在水深分别为H=0、5、10、15cm, 采样时间分别是装置启动0、0.1、0.5、1、1.5、2、3、6、12、24、48小时后; (2) 水槽装置关闭, 同样在四个点分别收集水样, 位置在水深分别为H=0、5、10、15cm, 采样时间分别是装置启动72、96小时后, 即水槽扰动装置关闭24、48小时后。

2 结果与讨论

2.1 突扩水流水力特性研究

2.1.1 垂线流速分布

主流区 (#1、#2) 和回流区 (#3、#4) 流速均采用ADV测量, 在主流区位置用仰视探头测量, 在回流区位置用俯视探头测量。

主流区和回流区的流速分布如图2所示。垂线流速分布呈非线性, 为半弧型偏斜分布。流速由大到小依次为主流区前段、主流区后段、回流增流区、回流减流区, 最大值出现在水面以下。

2.1.2 紊动强度分布

若令u、v、w分别为纵向、横向及垂向脉动流速, 则明渠流的紊动强度定义为:, 明渠流动的纵向和垂向紊动强度分布公式[9]:

式中:u*、v*为摩阻速度, Du、Dv、λu、λv为经验常数, y为水深方向坐标, h为水深。

图3所示为主流区和回流区的紊动强度分布。主流区#1和#2处紊动强度分布规律相似, 纵向、横向紊动强度基本上沿水深增加而减小, 最大值出现在水面以下, 垂向紊动强度则随着水深的增加而增大。回流减流区#3处紊动强度分布出现震荡比较明显, 回流增流区#4处各向紊动强度沿水深有呈线性分布趋势。通过对比回流区与主流区的垂向流速分布和紊动强度分布的规律发现, 主流区和回流区流速差别明显, 主流区流速大于回流区流速, 但主流区和回流区紊动强度却差别不大, 即说明回流区紊动强度增加比主流区大。与纵向、横向的紊动强度相比较, 回流区垂向紊动强度较小, 纵向和横向紊动强度大约是垂向紊动强度的1.66倍。

2.2 底泥对磷的吸附作用研究

2.2.1 物理吸附作用

向突扩环形水槽中投加抑菌剂, 分析底泥对磷的物理吸附作用。环形水槽扰动前测定水中DTP为0.069mg/L。

主流区分为主流区前段#1和主流区后段#2。

图4 (a) 为不同深度下主流区前段#1处底泥的物理吸附对DTP浓度的影响, 扰动开始后, DTP浓度很快就下降到了0.035mg/L左右, 随着扰动时间的增加, DTP浓度变化不大, 在扰动24h后DTP浓度略有上升, 当扰动停止后, 水中DTP浓度逐渐上升, 静置48h后DTP浓度上升到0.04mg/L左右。深度对DTP的去除影响不大, 对DTP的去除只有略微差异, 但总体可以看出深度越小除磷效果越好。图4 (b) 为突扩水流主流区后段#2处DTP的浓度随时间和深度的变化, 此处底泥对磷的去除趋势同#1处基本一致, 但去除效果略优于#1。

底泥对磷的物理去除主要是通过底泥中的沉积物对磷的吸附作用实现。水中的磷可以与沉积物中的铁、钙、铝、锰等金属离子结合, 形成不同结合态的磷。而温度、pH值、溶解氧、氧化还原电位等因素均会影响底泥中沉积物对磷的物理吸附作用。铁磷最不稳定, 故以铁磷为例。当有足够溶解氧时, 底泥处于氧化状态, 三价铁离子与磷结合, 以磷酸铁的形式沉积;而当出现厌氧状态时, 底泥处于还原状态, 三价铁离子被还原成二价铁离子, 胶体状铁会变成可溶性铁, 使磷脱离铁的吸附而进入水中[10,11]。环形水槽的扰动使得水中溶解氧迅速增加, 底泥随扰动悬浮后吸附水中的磷, 实现底泥对磷的去除。而溶解氧随着深度的增加而减少, 所以底泥对磷的去除效果也随着深度的增加而降低。同时主流区后段#2的脉动大于主流区前段#1, 使#2溶解氧浓度高于#1, 所以#2底泥对磷的去除作用高于#1。当扰动静止后, 底泥中溶解氧逐渐降低, 使得底泥呈现还原状态, 使磷脱离吸附状态进入水中, 故扰动静止后水中DTP浓度逐渐上升。

回流区分为回流减流区#3和回流增流区#4。回流区流速小于主流区, 但紊动强度与主流区差别不大, 即回流区紊动强度增加比主流区大。

图4 (c) 为突扩水流回流减流区#3处DTP的浓度随时间和深度的变化。此处底泥对磷的去除趋势同主流区基本一致, 但去除效果优于主流区。扰动开始后, DTP浓度很快就下降到了0.03mg/L以下, 随着扰动时间的增加, DTP浓度变化不大, 在扰动24h后DTP浓度略有上升, 当扰动停止后, 水中DTP浓度逐渐上升, 静置48h后DTP浓度上升到0.035mg/L左右。图4 (d) 为突扩水流回流增流区#4处DTP的浓度随时间和深度的变化, 与回流减流区#3相比较, 除磷效果相近, 甚至略低。回流区处深度对除磷的影响与主流区一致, 即底泥对磷的去除效果随着深度的增加而降低。

回流区底泥对磷的物理去除效果高于主流区。这是由于回流区紊动强度增加比主流区大, 紊动增大了水中溶解氧向更深处传递的速度, 使底泥保持氧化状态, 磷被底泥中的沉积物吸附;同时由于流速较小使得回流区的泥量增大, 单位体积内底泥量增加, 使磷与底泥的接触增大, 从而提高了底泥对磷的去除。同样当扰动静止后, 底泥中溶解氧逐渐降低, 使得底泥呈现还原状态, 使磷脱离吸附状态进入水中, 水中DTP浓度逐渐上升。

2.2.2 生物吸附作用

突扩环形水槽中未加入抑菌剂, 重复上述试验, 对比前述投加抑菌剂时底泥对磷的去除, 探讨底泥对磷的生物去除作用。环形水槽扰动前测定水中DTP为0.069mg/L。

图5 (a) 为突扩水流主流区前段#1处DTP的浓度随时间和深度的变化。底泥对磷的去除明显高于投加抑菌剂的情况。扰动开始后, DTP浓度很快就下降到了0.02mg/L以下, 随着扰动时间的增加, DTP浓度变化不大, 深度对底泥除磷的影响不大。当扰动停止后, 水中DTP浓度迅速上升, 静置48h后DTP浓度上升到0.04mg/L左右。图5 (b) 为突扩水流主流区后段#2处DTP的浓度随时间和深度的变化。底泥对磷的去除明显高于投加抑菌剂的情况, 但低于图5 (a) 所示的主流区前段#1。

通过对比主流区投加抑菌剂与未投加抑菌剂底泥对磷的去除效果可知, 底泥对磷的去除存在生物作用, 但生物作用不到50%。扰动初期底泥中溶解氧浓度升高, 此时聚磷菌好氧吸磷, 并且底泥的氧化状态使磷被快速吸附, 在底泥的物理与生物同时作用下, 水中磷含量迅速降低;当扰动静止后, 底泥逐渐呈厌氧状态, 此时聚磷菌厌氧释磷, 同时底泥的还原状态使吸附态的磷重新释放到水中。

图5 (c) 为突扩水流回流减流区#3处DTP的浓度随时间和深度的变化。不同深度下底泥对磷的去除波动幅度较大, 并且去除效果不稳定。扰动开始后, DTP浓度很快就下降到了0.02mg/L左右, 但随着扰动时间的增加, DTP浓度变化幅度较大, 去除效果不稳定, 并且底泥对磷的去除情况在深度变化上不规律。当扰动停止后, 水中DTP浓度迅速上升, 静置48h后DTP浓度上升到0.04mg/L左右。图5 (d) 为突扩水流回流增流区#4处DTP的浓度随时间和深度的变化。与#3相比, 不同深度下底泥对磷的去除波动幅度也比较大, 并且去除效果不稳定。

同主流区相比, 回流区底泥对磷的生物去除效果不稳定, 且去除效果较差。这是由于回流区紊动强度增加比主流区大, 从而增大了底泥的悬浮量, 扰动初始底泥中有足够的溶解氧供聚磷菌进行新陈代谢, 此时聚磷菌好氧吸磷;当扰动持续一定时间时, 底泥中的溶解氧被聚磷菌消耗呈下降趋势, 此时接近厌氧状态, 聚磷菌厌氧释磷, 但随着扰动的继续, 溶解氧会继续向底泥中补充, 此时底泥又呈现好氧状态, 聚磷菌好氧吸磷, 如此反复, 故出现图中底泥对磷的去除随扰动时间出现波动。

3 结论

(1) 主流区和回流区流速差别明显, 主流区流速大于回流区流速, 但回流区紊动强度增加比主流区大;

(2) 底泥对磷的物理去除作用强于生物去除作用;

(3) 当有生物作用参与除磷过程时, 在厌氧条件下, 底泥释磷主要由聚磷菌贡献;

(4) 主流区底泥对磷的去除效果随着深度的增加而降低;

(5) 突扩水流主流区底泥对磷的去除效果好, 且稳定, 回流区底泥对磷的去除波动大。

摘要：通过测定突扩水流条件下主流区和回流区的垂线流速分布以及紊动强度分布, 分析此流场下的基本规律, 研究环形水槽突扩水流水力特性, 并通过投加抑菌剂探讨底泥对磷的吸附作用。结果表明, 突扩水流主流区流速大于回流区流速, 但回流区紊动强度增加比主流区大;底泥对磷的吸附作用存在物理吸附和生物吸附作用, 物理吸附作用强于生物吸附作用, 且当有生物吸附作用参与除磷过程时, 在厌氧条件下, 底泥释磷主要由聚磷菌贡献;主流区底泥对磷的去除效果随着深度的增加而降低;突扩水流主流区底泥对磷的吸附作用强, 且稳定, 回流区底泥对磷的吸附作用波动大。

关键词：突扩水流,底泥,磷,吸附作用

参考文献

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