摘要
岱海位于内蒙古自治区中西部乌兰察布市凉城县境内，是内蒙古自治区三大内陆湖之一，是国家重要湿地，同时也是自治区级湖泊湿地自然保护区。近年来，由于人为和自然因素的干扰，岱海水体污染严重，生态退化，经过长期的治理其水质逐渐得到改善，但水体污染问题仍没有得到根本的解决。而岱海水体氟污染不仅导致水质急剧恶化，同时打破了湖泊生态系统的平衡，造成生态系统完整性缺失。因此，对岱海水体氟污染状况及利用本土植物和湖泊底泥合成生物炭去除氟开展研究，探究氟污染成因及材料去除性能，实现资源化利用的同时也对以岱海为代表的内陆湖泊的水环境治理具有重要意义。 本研究对岱海水体氟污染开展调查，探讨其季节变化及时空变化特征，通过多因子偏相关性分析及氟质量平衡方程对岱海水体氟污染成因进行分析；利用岱海土著植物芦苇及湖泊底泥进行生物炭合成，并进行合成生物炭材料改性及表征，探究其对水体氟的去除性能。主要研究结论如下： 岱海水体氟浓度随时间及季节变化较为显著，氟浓度逐年上升，超出地表水环境质量标准中Ⅴ类阈值；在季节变化中，冬季时期水体氟浓度超出夏季时期，洪水期降雨及地表径流量增大，岱海湖得到充足水量补充，使得氟浓度明显下降，呈现出枯水期＞平水期＞洪水期的特征。在空间分布上，岱海湖水体氟浓度高于入湖河流，导致河道与岱海连接处氟浓度降低，呈现出湖心氟浓度高，四周低的特点。通过多因子偏相关性分析发现，不同年度岱海水体氟浓度受影响因素较多，其中BOD5、CODCr和DO偏相关性显著，BOD5、CODCr在不同年度出现次数较多，为主要因素，DO为次要因素。水量及氟质量平衡方程计算得出，地下水为岱海主要补给来源，地下水中氟浓度约为1.425mg·L-1，达到2019年岱海水体氟总量来源的94.4%，是岱海氟浓度上升的因素之一。 利用岱海本土植物芦苇和湖泊底泥合成生物炭工艺优化中，在热解温度800℃，热解时间2h，原材料配比为芦苇：底泥为7:3条件下，合成的生物炭材料去除氟效果最佳，产率为40%，pH值为9.41。对合成生物炭进行改性研究中，SEM及比表面积结果表明，PPy被负载于合成生物炭表面，负载后材料比表面、总孔体积和平均孔径均明显提升，分别由原来的197.80m2·g-1，0.0885cm3·g-1和1.7896nm提升至217.25m2·g-1，0.3154cm3·g-1和5.8074nm，改性后材料属于中孔材料。在探究改性后材料去除水体中氟性能实验中，该材料去除氟过程可以自发进行，为吸热过程，且该过程符合特异性吸附及内界相关吸附过程，外表面扩散和颗粒内扩散为主要控速步骤；根据Langmuir拟合结果显示，在实验温度为40℃时，达到最大吸附容量，为45.34mg·g-1，温度增加，吸附容量提升。 研究溶液pH、共存离子、初始氟浓度因素对改性后材料LB/PPy去除效果的影响，结果表明：在pH值为8.0~10.0范围内去除效果良好，当氟初始浓度为10mg·L-1，LB/PPy投加量为5g·L-1时，氟浓度可以降低至0.5mg·L-1以下，吸附除氟率达到95%以上，且该吸附过程受共存离子的影响较小。
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