毕业论文朱豫强田修改1.docx
- 文档编号:12438888
- 上传时间:2023-06-05
- 格式:DOCX
- 页数:44
- 大小:705.83KB
毕业论文朱豫强田修改1.docx
《毕业论文朱豫强田修改1.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业论文朱豫强田修改1.docx(44页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
毕业论文朱豫强田修改1
毕业设计(论文)
题目名称:
活性氧化铝对水中
氟化物去除效果的研究
学院:
建筑与环境学院
专业/班级:
给水排水工程
学生:
朱豫强
学号:
41112123
指导教师:
田林锋
摘要
氟是维持身体各项生理机能正常运转所必需的微量元素之一,适量的氟可以有效促进硬组织骨骼和牙齿的钙化,但摄入量过高则会引起氟中毒。
人体所需的氟主要来自饮水,长期饮用高氟水可患氟骨病,轻者诱发氟斑牙,重者导致四肢变形,以致瘫痪,危及生命。
因此,经济合理、应用成熟的吸附除氟法越来越受到重视。
活性氧化铝是吸附法中大量使用的一种除氟剂,但其吸附容量较低,使用寿命较短,再生后除氟效果不佳,限制了其进一步推广。
本文研究了氟化物的测定方法、活性氧化铝的制备,通过静态吸附实验、动态吸附实验以及再生实验结果分析探讨其除氟机理与效果。
根据静态实验和动态实验结果分析,研究了活性氧化铝对氟离子的吸附性能,分析了活性氧化铝、投加量、吸附时间和震荡频率对除氟的影响。
研究表明,活性氧化铝的投加量与其吸附总量开始时基本呈线性增加的关系,但当活性氧化铝的量增加到一定量时其吸附总量将基本不再增加。
振荡吸附时间为2.0小时吸附基本达到平衡。
关键词:
活性氧化铝;除氟;静态吸附;动态吸附;吸附量
Abstract
Fluorideisoneoftheessentialtraceelementstomaintainthenormaloperationofthephysiologicalfunctionofthebody,theamountoffluoridecaneffectivelypromotethehardtissuebonesandteethcalcification,butexcessiveintakecancausefluorosis.Fluorideneededbythehumanbodymainlyfromdrinkingwater,long-termdrinkinghighfluorinewatermaybesufferingfromfluorosis,dentalfluorosisinducedbymildinseverecases,leadtodeformedlimbs,soparalyzed,endangerlife.Therefore,itismoreandmoreattentiontotheeconomicalandreasonableadsorptionandremovaloffluorineintheapplication.Activatedaluminaisalargeamountoffluorideremovalagent,butitsadsorptioncapacityislow,theservicelifeisshorter,theeffectoffluorideremovalispoor,whichlimitsitsfurtherpromotion.Inthispaper,thedeterminationmethodoffluorideandthepreparationofactivatedaluminawerestudied.Themechanismandeffectoffluorideremovalwerestudiedbystaticadsorptionexperiment,dynamicadsorptionexperimentandregenerationexperimentresults.
Basedontheresultsofstaticexperimentsanddynamicexperiments,theadsorptionperformanceofactivatedaluminaonfluorideionwasstudied.Theeffectofactivatedalumina,dosage,adsorptiontimeandoscillationfrequencyonthefluorideremovalwasstudied.Thestudyshowsthattheamountofactivealuminaincreaseslinearlywiththeamountofitsadsorption.However,whentheamountofactivatedaluminaincreasestoacertainamount,thetotalamountofactivatedaluminawillnotincrease.Theadsorptiontimewas2.0hoursandtheadsorptionequilibriumwasreached.
Keywords:
activatedalumina;fluorideremoval;staticadsorption;dynamicadsorption;adsorptioncapacity
目录
摘要I
AbstractII
目录III
第一章绪论-1-
1.1含氟地下水的来源、危害及分布-1-
1.1.1氟化物性质-1-
1.1.2水体中氟化物的来源-1-
1.1.3高氟水的危害-1-
1.1.4地下水中氟污染的形成、分类和影响因素-2-
1.1.5中国高氟地下水分布特征-3-
1.2中国地下水氟污染的研究进展-4-
1.2.1对高氟地区地下水的成因研究-4-
1.2.2高氟区氟的迁移与富集的研究-4-
1.2.3地下水系统氟的水文地球化学定量研究-4-
1.2.4地下水中高氟水的处理以及找水方向的研究-4-
1.2.5未来研究方向-5-
1.3氟化物的测定方法-5-
1.3.1方法的选择-5-
1.3.2水样的采集和保存-6-
1.3.3水中氟化物的测定方法-6-
1.4水体中去除氟化物的处理方法-10-
1.4.1沉淀法-10-
1.4.2混凝法-11-
1.4.3电凝法-11-
1.4.4膜法-11-
1.4.5吸附过滤法-12-
1.5活性氧化铝介绍-12-
1.5.1活性氧化铝的种类与特点-12-
1.5.2活性氧化铝的制备工艺与方法-13-
1.5.3活性氧化铝的再生-13-
1.6活性氧化铝在处理含氟水中的应用与进展-13-
1.6.1除氟原理-13-
1.6.2吸附效果的影响因素-14-
1.6.3活性氧化铝在含氟水处理中的应用与进展-14-
1.7课题研究的意义-16-
第二章实验内容与方法-18-
2.1实验内容-18-
2.1.1水样来源-18-
2.1.2实验试剂与仪器-18-
2.1.3氟的检测方法-18-
2.1.4氟离子标准曲线-18-
2.2实验方法-19-
2.2.1静态吸附实验-19-
2.2.2动态吸附实验-20-
2.2.3超声波再生实验-21-
2.2.4吸附量与解析率计算-21-
第三章实验结果与讨论-23-
3.1实验结果-23-
3.1.1静态实验结果-23-
3.1.2动态实验结果-27-
3.1.3超声波再生实验结果-32-
3.1.4超声波再生实验分析-33-
第四章实验结论-34-
参考文献-35-
结束语-36-
致谢-37-
第一章绪论
1.1含氟地下水的来源、危害及分布
1.1.1氟化物性质
氟是一种氧化性极强的非金属化学元素,化学符号F,原子序数9。
氟是卤族元素之一,属周期系ⅦA族,在元素周期表中位于第二周期。
氟元素的单质是F2,它是一种淡黄色,剧毒的气体[1]。
氟气的腐蚀性很强,化学性质极为活泼,几乎能与所有的元素发生化合作用,甚至可以和部分惰性气体在一定条件下反应。
在自然界中不存在单质,主要以氟化物形式存在于矿物质中,如莹石、冰晶石和氟磷灰石等矿物质[2]。
氟也是特种塑料、橡胶和冷冻机(氟氯烷)中的关键元素。
由于氟的特殊化学性质,氟化学在化学发展史上有重要的地位。
1.1.2水体中氟化物的来源
水体中氟化物的来源主要有天然过程和人类活动。
氟主要以氟化物的形式存在于矿物岩石中,岩石层中的大量的孔隙为流体提供了绝佳的运行通道,当地下水或渗入的雨水通过岩石层中的孔隙通道流经含氟岩层时,会与地层中的岩石发生反应,使岩石中的氟化物溶出,浓缩、富集在水体中,导致水体中氟浓度升高。
由于地质结构、水文条件、气候因素等各种条件的影响,所含氟化物的浓度波动较大,造成地区性含氟水分布的差异,导致一些地区地下水中氟浓度超标。
人类活动主要是由于人类自身生产生活过程中产生的高氟废水,工业生产中排放的高浓度含氟废水和含氟化物的大气烟尘,造成水体中氟化物超标。
1.1.3高氟水的危害
(1)氟与人体的健康
人体吸收适量的氟可以预防龋齿,促进骨骼的钙代谢。
《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)[3]规定氟含量不得超过1.0mg/L,当地下水中含氟量超标时,被称为高氟水,需要除氟。
居民长期饮用高氟水,可引起人体的钙磷代谢失调,造成体内缺钙,引起氟中毒。
轻者,患者牙齿变黑,牙板发黄,牙面粗糙,这就是“氟斑牙”病症。
重者,人体骨质密度改变,骨骼变形,发生佝偻、瘫痪、腰背、腿异常疼痛,患者逐渐丧失了劳动力,甚至会导致死亡,即为氟骨症。
氟中毒还能使妊娠期妇女产后发生瘫痪。
人体急性氟中毒,可引起胃的严重腐蚀和肝、肾细胞变性[4]。
(2)氟的其他危害
氟污染还可以使动、植物中毒,影响农牧业生产。
而高氟水有无致畸作用、致突变作用和致癌作用至今尚无定论。
1.1.4地下水中氟污染的形成、分类和影响因素
(1)自然过程形成的氟超标
自然状态下,土壤、海水、地面水、地下水都含氟。
当地下水流经富氟岩矿,经过长年的理化作用,氟由固态迁移入地下水。
一般地下水中氟的含量都不大于1.0mg/L,但由于地理、环境、地质构造等因素的影响,使中国部分地区特别是矿区地下水含氟超标。
(2)人为因素造成的氟污染
氟是非金属中最活泼的元素,氧化能力很强,能与很多化学物质起反应。
因此,氟是重要的化工原料,氟及氟化物家族几乎成了各行各业生产添加剂、制冷剂等的重要物质,用途较广,工业“三废”致使氟污染几乎遍布全球。
(3)地下水中氟污染的分类
地下水氟污染可分为三种类型:
首先是天然污染,含氟较高的矿物风化破碎后,在降水溶解、淋滤作用下,渗入土壤和地下水中,或由地表径流、地下水径流将氟元素运移至远处,并进而浓缩、富集在地下水中。
其次是人为污染:
即工业“三废”的污染。
如玻璃陶瓷工业以及燃煤,都排出了大量含氟的废气、废渣与废水。
含氟废水与废渣经淋溶下渗后,可直接污染土壤和地下水;含氟废气与烟尘通过降雨、降雪进入土壤并下渗污染地下水。
第三种是既有氟的天然污染又有氟的人为污染[4]。
(4)影响因素
地下水含氟量的影响因素很多,如与地形、地貌、岩性与矿物成分、地下水径流、水化学类型、地下水温度、气候、自然界的理化作用、人类活动等因素密切相关。
在高中山地区,含氟岩矿在风化、淋溶条件下,易被洪水冲刷流失,不利于氟的聚集;而洼地和盆地地区,氟不易流失,有利于富集。
所以地下水含氟量从高到低为盆地(洼地区)、平原区、丘陵区、高中山区。
在地下水径流强烈地区,地下水运动交替积极,有利于氟的迁移;反之,则有利于氟的聚集。
地下水径流地区的岩矿含氟量高、则地下水含氟量也高。
F-含量与温度关系也很密切,具有较高温度的温泉水、矿水流经富氟岩矿地区时,在高温、高压的作用下,能促使难溶的萤石转化成易溶的氟化钠:
CaF2+2Na++2OH-
Ca(OH)2+2Na++2F-(1-1)
CaF2+2Na++CO32-
CaCO3+2Na++2F-(1-2)
F-进入地下水的途中,受岩性、pH值、Na+、Ca2+等的影响,衰减量变化很大。
据实验测试,砂对F-的吸附率仅为23%,而轻粉土质砂质粘土则可高达97.3%,即沉积物颗粒越细,F-的入渗率越小。
pH值对吸附率也有影响,据测试,同是重粘质砂土,即在相同岩性条件下,F-在碱性环境中活性较大,渗入量较多,而在酸性条件下,其渗入量减少。
Na+也左右着吸附率的高低。
据实验,同是重粘质砂土,在包气带岩性相同的地层中,Na+含量越高,F-的活性越大,越易渗入地下。
吸附率还受Ca2+含量的影响,在中砂试样中,加入液Ca2+分别为0.234克和0.998克当量时,吸附率依次为68.1%和86.9%。
此外,氟浓度的增高和污水灌溉,也会加速土壤吸附率的饱和,使地下水中F-含量不断增加。
1.1.5中国高氟地下水分布特征
目前中国饮用高氟水的人口有7千万人左右,占饮用水不安全人口的16%,占饮用水水质超标不安全人口的22%。
分布范围比较广泛,主要分布在华北、东北及西北地区的部分省、自治区。
饮用高氟水人数较多的几个省区为河南、河北、安徽和内蒙古,华北地区饮用高氟水人口绝对数量和相对比例都居于全国首位,属于高氟水重灾区,华东地区饮用高氟水同样较严重。
吉林西部、内蒙、晋北、陕北、宁夏南部、甘肃、青海、新疆东部等地区,都有氟病症分布。
在华北平原、东北西部平原、内蒙高原及黄河中下游的半干旱地区,广泛分布富含氟的岩浆岩,碱性环境中长期的风化、淋滤作用使大量的F-进入到平原区土壤和地下水,造成了地氟病症广泛地分布。
吉林西部平原是中国主要的氟中毒重病区。
在西北黄土高原的一些地区,含氟矿物,经过降水的溶解、淋滤后,F-随地表径流渗入到潜水中;而该区降水量少、蒸发量高,使F-大量地浓缩、富集,形成了高氟地下水,造成了氟病症高发区。
因此,在地形低洼、气候干旱、蒸发量大于降水量、河湖水与地下水闭流、岩土中含氟矿物多、地下水径流迟缓、土壤多碱性盐渍土、地下水化学类型为HCO3-、Cl-、Na+型或HCO3-、Na+、Ca2+型、浅层含水层底部有隔水层以及在温泉附近等条件下,F-容易在地下水中富集,造成高氟病区[4]。
1.2中国地下水氟污染的研究进展
1.2.1对高氟地区地下水的成因研究
众多学者在这方面取得了较一致的认识,认为高氟区地下水的形成是多种因素共同作用的结果。
如:
赵宏海等通过多年水文地质勘查,对宿州矿区浅层地下水中氟含量及其赋存条件进行了研究,得出其分布规律及形成机理与地层结构、岩性特征、气候条件、水文地质及水文地球化学条件等有关[5]。
卢莉莉通过对运城盆地高氟地下水的分布规律、形成机理及成因探讨,确认高氟是在本区半干旱的气候条件、富含氟化物的包气带土体、碱性的地球化学环境及独特的水文地质构造综合作用下形成的[6]。
郑明凯等采用多因素分析法,结合高氟区的位置特点及氟的来源、富集条件、迁移转化等方面,对焦作地区高氟地下水的成因进行了探讨[7]。
1.2.2高氟区氟的迁移与富集的研究
影响浅层地下水中氟迁移和富集的关键因素是水体聚集和保存氟的条件,它主要取决于浅层地下水的化学特征。
程高城等通过大量的调查试验,分析了大庆地区地下水中氟的来源、分布、迁移转化机理等方面,表明氟在地下水系统中具有明显的空间分布规律[8]。
尹国勋、毕大园研究永城矿区浅层地下水,认为包气带的理化性质,淋溶、解吸/吸附作用是控制地下水中氟迁移的主要因素,且F-与(Na+、K+)/Ca2+比值呈正相关[9]。
邵琳琳等通过对奎屯河流域包气带土壤和地下潜水取样分析,发现氟的迁移分布明显具有淋溶-径流、径流-淋溶蒸发、溶滤-强烈蒸发浓缩三个水文地球化学带。
运用热力学理论验证了水土中氟的水平分布规律是一致的,并可相互转化[10]。
1.2.3地下水系统氟的水文地球化学定量研究
应用地下水地球化学模拟的理论和方法,对研究区浅层地下水氟的水文地球化学进行定量研究。
任福弘等以河北邢台地区山前平原浅层地下水系统为例分析了华北平原地氟病致病的主要环境因素,讨论了形成高氟地下水的水文地球化学环境,从统计学的角度分析了浅层高氟地下水中氟的组分存在形式与地氟病患病率的相关性[11];苏英、刘俊峰依据大量资料分析,揭示了咸阳城区高氟地下水分布的规律和水化学特征,并从岩土条件、地貌、水文地球化学、气候及地质构造等方面分析了高氟地下水的形成因素[12]。
1.2.4地下水中高氟水的处理以及找水方向的研究
陈礼宽等利用天然矿物的某些特殊性能,研制出了除氟剂;并探讨了高氟地下水形成机理,阐述了滤料除氟原理和影响除氟因素;设计操作简便除氟装置;制定行之有效的除氟工艺流程[13]。
修元清等介绍了从水文地质、自然条件方面寻找新水源的途径、方法,对国内外各种降氟方法进行了对比和优选[14]。
邢卫国等通过对塔里木盆地边缘浅层地下水的勘查示范,总结出了示范区淡水体的赋存模式、寻找淡水体的经验,为防病改水工作提供了方向和科学依据[15]。
1.2.5未来研究方向
氟的化学性质很活泼,在地壳中的含量丰富,并以多种形态存在,所以地下水中氟的含量很容易超标,造成对人类身体健康的影响。
地下水流动极其迟缓,各种离子迁移、交换和吸附作用也较为缓慢,使氟在地下水中滞留时间长,动态变化不明显。
因此,要人为地控制地下水的氟的含量变化是个艰难的过程。
由于土壤及地下水污染的隐蔽性以及地下溶质运移具有很多的不确定性,人们对溶质在地下水中的弥散机理和各种化学反应过程了解都还不够,通过分析国内对污染物在土壤及地下水中迁移转化研究的现状,需要探讨的问题有:
(1)对氟污染物在非饱带和饱和土壤中迁移转化的整体模拟不多,大多数是对这一系统的零碎的研究,并没有将这些过程联系起来综合分析;
(2)对氟污染物在非饱和带的实验和理论研究还不成熟、参数的尺度及其率定方法还需进一步研究;
(3)已有的模型过分理想化,应用时难以达到精度要求。
有害环境组分在非饱和带运移时,还会受到各种复杂的物理、化学和生物作用影响,导致其浓度发生变化,因此这方面应进一步加强。
1.3氟化物的测定方法
1.3.1方法的选择
水中氟化物的测定方法主要有:
氟离子选择电极法,氟试剂比色法,茜素磺酸锆比色法和硝酸钍滴定法。
电极法选择性好,适用范围宽,水样浑浊,有颜色均可测定,测量范围为0.05-1900mg/L。
比色法适用于含氟较低的样品,氟试剂法可以测定0.05-1.8mg/L(F-);茜素磺酸锆目视比色法可以测定0.1-2.5mg/L(F-),由于是目视比色,误差比较大。
氟化物含量大于5mg/L时可以用硝酸钍滴定法。
对于污染严重的生活污水和工业废水,以及含氟硼酸盐的水样均要进行预蒸馏。
1.3.2水样的采集和保存
应使用聚乙烯瓶采集和贮存水样。
如果水样中氟化物含量不高、pH值在7以上,也可以用硬质玻璃瓶贮存。
1.3.3水中氟化物的测定方法
(1)离子选择电极法:
将氟离子选择电极和外参比电极(如甘汞电极)浸进欲测含氟溶液,构成原电池。
该原电池的电动势与氟离子活度的对数呈线性关系,故通过丈量电极与已知F-浓度溶液组成的原电池电动势和电极与待测F-浓度溶液组成原电池的电动势,即可计算出待测水样中F-浓度。
常用定量方法是标准曲线法和标准加进法。
当氟电极与含氟的试液接触时,电池的电动势(E)随溶液中氟离子活度的变化而改变(遵守能斯特方程)。
当溶液中的总离子强度为定值且足够时服从下述关系式:
(1-3)
E与成
直线关系,
为该直线的斜率,亦为电极的斜率。
工作电池可表示如下:
Ag|AgCl,Cl¯(0.33mol/L),F¯(0.001mol/L)|LaF3||试液||外参比电极干扰及消除。
本法测定的是游离的氟离子浓度,某些高价阳离子(例如三价铁、铝和四价硅)及氢离子能与氟离子络合而有干扰,所产生的干扰程度取决于络合离子的种类和浓度、氟化物的浓度及溶液的pH值等。
在碱性溶液中氢氧根离子的浓度大于氟离子浓度的1/10时影响测定。
其他一般常见的阴阳离子均不干扰测定。
测定溶液的pH为5-8。
如果水样含有氟硼酸盐或污染严重,应预先进行蒸馏。
通常,加入总离子强度调节剂以保持溶液的总离子强度,并络合干扰离子,保持溶液适当的pH,就可以直接进行测定。
1 方法的适用范围
本方法适用于测定地面水、地下水和工业废水中的氟化物。
水样有颜色、浑浊不影响测定。
温度影响电极的电位和电离平衡,须使试液和标准溶液的温度相同,并注意调节仪器的温度补偿装置使之与溶液的温度一致。
每次要检查电极的实际斜率。
本法的最低检出浓度为0.05mg/L氟化物(以F-计);测定上限可达1900mg/L氟化物(以F-计)。
电极的实际斜率:
温度在20-25℃之间,氟离子浓度每改变10倍,电极电位变化58mV±2mV。
仪 器:
(1)氟离子选择电极
(2)饱和甘汞电极或氯化银电极
(3)离子活度计、毫伏计或pH计,精确到0.1mV。
(4)磁力搅拌器,具聚乙烯或聚四氟乙烯包裹的搅拌子
(5)聚乙烯杯:
100mL,150mL
(6)其他通常用的实验室设备
试 剂:
所用水为去离子水或无氟蒸馏水。
(1)氟化物标准贮备液:
称取0.2210g基准氟化钠(NaF)(预先于105-110℃干燥2h,或者于500-650℃干燥约40min,冷却),用水溶解后转入1000mL容量瓶中,稀释至标线,摇匀。
贮于聚乙烯瓶中。
此溶液每毫升含氟离子100µg。
(2)氟化物标准溶液:
用无分度吸管吸取氟化钠标准溶液10.00mL,注入100mL容量瓶中,稀释至标线,摇匀。
此溶液每毫升含氟离子10µg。
(3)乙酸钠溶液:
称取15g乙酸钠(CH3COONa)溶于水,并稀释至100mL。
(4)总离子强度调节缓冲溶液(TISAB):
0.2mol/L柠檬酸钠1mol/L硝酸钠(TISABI):
称取58.8g二水合柠檬酸钠和85g硝酸钠,加水溶解,用盐酸调节pH至5-6,转入1000mL容量瓶中,稀释至标线,摇匀。
总离子强度调节缓冲溶液(TISABII):
量取约500mL水置于1000mL烧杯内,加入57mL冰乙酸,58g氯化钠和4.0g环己二胺四乙酸,或者1,2-环己撑二胺四乙酸,搅拌溶解,置烧杯于冷水浴中,慢慢地在不断搅拌下加入6mol/L氢氧化钠溶液(约125mL)使pH达到5.0-5.5之间,转入1000mL容量瓶中,稀释至标线,摇匀。
1mol/L六次甲基四胺1mol/L硝酸钾0.03mol/L钛铁试剂(TISABIII):
称取142g六次甲基四胺和85g硝酸钾(或硝酸钠),9.97g钛铁试剂加水溶解,调节pH至5-6,转入1000mL容量瓶中,稀释至标线,摇匀。
(5)盐酸溶液:
2mol/L盐酸溶液。
2 步 骤:
1.仪器的准备
按测量仪器及电极的使用说明书进行。
在测定前应使试液达到室温,并使试液和标准溶液的温度相同(温差不得超过±1℃)。
2.测定
用无分度吸
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业论文 朱豫强田 修改