用聚合硫酸鐵(PFS)絮凝劑對水中有機氯農(nóng)藥(OCPs)進行強化混凝處理,并運用響應曲面法(RSM)優(yōu)化分析了影響OCPs去除率的混凝條件,如p H值、原水濁度、混凝劑投加量和OCPs的初始濃度諸因素.結(jié)果表明,各影響因素交互作用顯著,佳混凝條件組合為:p H=5.0、原水濁度=150NTU、PFS投加量為12mg/L、OCPs初始濃度為200ng/L,在此條件下,PFS絮凝劑可有效去除水中OCPs,經(jīng)模型驗證實驗得到佳條件下去除率α-HCH為82.23%、β-HCH為71.15%、γ-HCH為77.28%、δ-HCH為86.27%、p,p’-DDE為93.78%,與RSM預測值基本相同.結(jié)合絮體分形維數(shù)和Zeta電位對混凝效果的機理進行了探討,表明各因素均達到了適宜水平.
有機氯農(nóng)藥(OCPs)具有殺蟲力,在20世紀蓬勃發(fā)展成為主要的農(nóng)藥品種[1-2].作為典型的持久性有機污染物,具有高毒性、難降解性、生物富集性,可導致“三致效應”,能使人神經(jīng)中毒,也能干擾人的內(nèi)分泌系統(tǒng)[3].目前,OCPs的廣泛使用導致全球大氣、水體、土壤的普遍污染[4-7],水環(huán)境的污染對水質(zhì)安全保障與健康風險控制提出了技術(shù)挑戰(zhàn).因此,尋求去除水中OCPs的技術(shù)方法對提高水質(zhì)安全保障有著其重要的意義.OCPs性質(zhì)穩(wěn)定,難以被化學降解和生物降解,加之在水環(huán)境中的濃度很低,所以用化學法和生化法不能有效將它們除去.但其辛醇-水分配系數(shù)高,一般為疏水性化合物,在水中溶解度低,易轉(zhuǎn)移至沉積物中或吸附于有機及無機固相物質(zhì)的表面,因而可以考慮用混凝的方法將其從水中分離除去.本課題組的前期研究證明,在混凝中OCPs在絮體上發(fā)生吸附共沉淀作用而被除去,其去除率與濁度去除率有很好的相關(guān)性[8-9],因此欲得到較高的OCPs去除效果,就必須提供優(yōu)的混凝除濁條件.“強化混凝”概念自20世紀90年代美國水工協(xié)會提出以來[10],以去除水中天然有機物為目標研究不斷深化,通過對傳統(tǒng)混凝工藝的優(yōu)化逐漸成為安全飲水凈化過程中去除難降解有機污染物的給水處理單元技術(shù)[11-12].強化混凝研究的關(guān)鍵問題在于如何確定優(yōu)的混凝條件,通常選用的單因素法難以反映混凝過程各影響因素之間的交互作用和關(guān)系.響應曲面法(RSM)是一種綜合實驗設(shè)計和數(shù)學建模的優(yōu)化方法,通過對具有代表性的局部各點進行實驗,采用多元二次回歸方程擬合各因素與結(jié)果間的函數(shù)關(guān)系,終通過對回歸方程的分析來尋求優(yōu)水平值[13-15].響應曲面法具有精密度高、預測性能好等優(yōu)點被廣泛應用于實驗設(shè)計與工藝優(yōu)化研究[16-18],但在強化混凝優(yōu)化設(shè)計研究方面尚無文獻報道.本文運用RSM對強化混凝實驗進行實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,基于Box-Behnk設(shè)計綜合考察各影響因素的交互作用,從而確定關(guān)鍵影響因素和佳混凝條件,并結(jié)合絮體的分形維數(shù)和微粒的Zeta電位對此條件下OCPs的去除效果和機理進行了探討.1材料與方法1.1儀器與材料主要儀器:VarianCP-3800型氣相色譜儀(美國瓦里安公司)、HACH2100P型便攜式濁度儀(美國哈希公司)、Orion828型pH測試儀(美國奧立龍中國公司)、JB-2型恒溫磁力攪拌器(上海雷磁新經(jīng)有限公司)、JJ-4A六聯(lián)同步自動升降攪拌機(武漢恒嶺科技有限公司)、NanoZS90型Zeta電位儀(英國馬爾文公司)、CFX1001型“咖啡象”數(shù)碼顯微影像分析儀(福州泉通電子有限公司).主要材料:有機氯農(nóng)藥標準品(標準物質(zhì)中心)、聚合硫酸鐵AR級、甲醇、正己烷、二氯甲烷均為GR級、高嶺土CP級.1.2試驗方法1.2.1水樣的制備量取1L自來水于燒杯中,投加一定量的5%高嶺土濁液和1mL一定濃度的OCPs標準溶液并攪拌1h,再靜置12h使OCPs在水相和顆粒物之間達到動態(tài)平衡分布.1.2.2混凝實驗將制備好的水樣置于六聯(lián)攪拌器混合攪拌,在不同條件下投加PFS,快速(120r/min)攪拌2min,慢速(50r/min)攪拌15min,靜置15min后測定上清液濁度,并經(jīng)固相萃取裝置萃取后用5mL二氯甲烷和10mL正己烷依次進行洗脫,氮氣吹脫濃縮至1mL,測定OCPs濃度.實驗重復3次,取其平均值.1.2.3OCPs測試分析方法OCPs采用VarianCP-3800型氣相色譜儀分析測定,具體測定條件:1升溫程序:初始溫度100,保持1min;以20/min升溫至180。
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