改性水滑石对富营养化水体总氮的去除性能研究

改性水滑石对富营养化水体总氮的去除性能研究

第一章文献综述

1.1引言

随着人类工农业的发展，我国很多地区的水中总氮含量大大超出饮用水的标准。然而我国又是一个水资源十分短缺的国家，水资源总量为2.8万亿立方米，其中地表水2.7万亿立方米，地下水0.83万亿立方米，扣除重复计算量0.73万亿立方米，我国人均水资源量仅占世界平均水平的四分之一，是世界13个贫水国家之一。我国范围内的水污染已经到了相当严重的程度，地表水和地下水中的氮主要是离子态氮，其中以NO3--N为主，其次还有，NO2-—N。

1.2富营养化水体中氮的危害

在地表淡水系统中，磷酸盐通常是植物生长的限制因素，而在海水系统中往往是氨氮和硝酸盐限制植物的生长以及总的生产量。导致富营养化的物质，往往是这些水系统中含量有限的营养物质，例如，在正常的淡水系统中磷含量通常是有限的，因此增加磷酸盐会导致植物的过度生长，而在海水系统中磷是不缺的，而氮含量却是有限的，因而含氮污染物加入就会消除这一限制因素，从而出现植物的过度生长。生活污水和化肥、食品等工业的废水以及农田排水都含有大量的氮、磷及其他无机盐类。天然水体接纳这些废水后，水中营养物质增多，促使自养型生物旺盛生长，特别是蓝藻和红藻的个体数量迅速增加，而其他藻类的种类则逐渐减少。水体中的藻类本来以硅藻和绿藻为主，蓝藻的大量出现是富营养化的征兆，随着富营养化的发展，最后变为以蓝藻为主。藻类繁殖迅速，生长周期短。藻类及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不断消耗水中的溶解氧，或被厌氧微生物分解，不断产生硫化氢等气体，从两个方面使水质恶化，造成鱼类和其他水生生物大量死亡。藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中，又把大量的氮、磷等营养物质释放入水中，供新的一代藻类等生物利用。因此，富营养化了的水体，即使切断外界营养物质的来源，水体也很难自净和恢复到正常状态。

氮源

农田径流挟带的大量氨氮和硝酸盐氮进入水体后，改变了其中原有的氮平衡，促进某些适应新条件的藻类种属迅速增殖，覆盖了大面积水面。例如我国南方水网地区一些湖叉河道中从农田流入的大量的氮促进了水花生、水葫芦、水浮莲、鸭草等浮水植物的大量繁殖，致使有些河段影响航运。在这些水生植物死亡后，细菌将其分解，从而使其所在水体中增加了

有机物，导致其进一步耗氧，使大批鱼类死亡。最近，美国的有关研究部门发现，含有尿素、氨氮为主要氮形态的生活污水和人畜粪便，排入水体后会使正常的氮循环变成“短路循环”，即尿素和氨氮的大量排入，破坏了正常的氮、磷比例，并且导致在这一水域生存的浮游植物群落完全改变，原来正常的浮游植物群落是由硅藻、鞭毛虫和腰鞭虫组成的，而这些种群几乎完全被蓝藻、红藻和小的鞭毛虫类所取代。

1.3富营养化水体中氮的处理现状

物理方法和化学方法，主要讲述目前常用的处理方法，存在的优缺点，然后引出水滑石吸附法的优势。

1.4水滑石研究概况

1.5本文研究目的及主要内容

第二章实验方法

2.1实验试剂

2.2实验设备

2.3实验分析方法

2.3.1硝酸盐的测定

2.3.2氨氮的测定

2.4水滑石的制备及表征

2.4.1水滑石的制备

2.4.2水滑石的表征方法

XRD表征、傅里叶变换红外分析（FT-IR）、Zeta电位、比表面积BET等。

2.5吸附实验

第三章水滑石对硝酸盐的吸附性能研究

3.1不同金属组成的水滑石吸附性能比较

3.2 Mg/Al摩尔比对吸附硝酸盐性能的影响

3.3水滑石用量对吸附硝酸盐性能的影响

3.4 pH对吸附硝酸盐性能的影响

3.5温度对吸附硝酸盐性能的影响

3.6初始浓度对吸附硝酸盐性能的影响

3.7吸附动力学研究

3.8吸附等温线研究

3.9水滑石吸附硝酸盐前后表征分析

3.10本章小结

第四章水滑石对氨氮的吸附性能研究

4.1水滑石用量对吸附氨氮性能的影响

4.2 pH对吸附氨氮性能的影响

4.3温度对吸附氨氮性能的影响

4.4 初始浓度对吸附氨氮性能的影响

4.5吸附动力学研究

4.6吸附等温线研究

4.7水滑石吸附氨氮前后表征分析

4.8本章小结第五章富营养化水体中阴离子对水滑石吸附氮的影响

5.1实验方法

混合阴离子吸附实验：水滑石+N+P+腐殖酸；固定温度为23℃；固定浓度为N=25mg/L，P=25mg/L，腐殖酸=25mg/L。

5.2吸附动力学研究

15℃，测定N；

23℃，测定N；

31℃，测定N；

39℃，测定N；

根据不同温度下吸附过程的动力学方程模拟得到反应系数K，计算起始吸附速率，再根据Arrhenius 方程求算出 Ea，从而得到四种因子的反应活化能。

5.3吸附等温线研究

N=10，25，50mg/L；测定N；

计算出最大吸附量，探究哪种物质有利于吸附。

5.4水滑石吸附氮前后表征分析

红外：吸附前水滑石；单独吸附N后水滑石；同时吸附三种物质后的水滑石；

5.5本章小结

第六章结论

时间安排

1.前期准备：

看文献定下水滑石的制备方法，并了解水滑石的相关性能以及吸附理论，了解相关表征方法和表征图片能说明的问题，了解实验分析的动力学和热力学模型。

2.实验安排：

第一周：制备水滑石材料，进行水滑石对硝酸盐的初试实验，看吸附效果；

第二周：改进水滑石制备方法，通过实验确定水滑石材料的吸附性能，并定下水滑石制备方案；

第三周：进行第三章的实验；

第四周：进行第四章的实验；

第五周：进行第五章的实验；

第六周：撰写文献综述，并进行数据整理；

第七周：完成论文初稿；

第八周：完成毕业论文的修改，并定稿。