生物吸附法处理低浓度重金属废水

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在其吸附铜离子时起着重要作用,3 N O % H处理的酵母吸附能力大大增加。 a
() 析了 影响小 2分 球藻吸附Z2 C2 d 三种重 n , 和C2 + U + + 金属离 子的主 素, 要因
并对不同金属离子之间可能存在抑制或促进作用开展了初步的试验研究。 结果显
示小 球藻吸附 金属离 子速度 吸附 快, 容量大, 适宜的p 在3 ^ . H . "。 0 5 之间, 其吸 附等温线与F udc方程 r nlh 拟合良 另 小 e i 好。 外, 球藻对C2 u 离子的 性能明 + 吸附 显
技术,各种天然和合成高分子包埋材料的研究成为生物吸附研究的热点之一。 本研究受江苏省自 然科学基金项目《 用包埋微生物的反应器吸附去除废水中 重奈属离子的原理和应用》 资助,以高效、 经济的重金属废水处理技术为主要目 标, 研究不同类型的生物材料 ( 藻类、 酵母菌和好氧活性污泥) 对多种重金属离
海藻酸包埋固定生物材料的研究。 () 0 i 2 与自由酵母lmn 达到吸附平衡不同, 海藻酸包埋固定化后的酵母对金
属的 吸附是一 个缓慢的 过程, 需要2h (达到平 ) 衡。 化后的 固定 酵母对C + 吸附 了的
符合Lnm i 型,吸附也主要是物化过程,且对重金属离子的吸附能力提高。 ag u+ r A


工业废水中常含有一定量有毒的重金属离子, 对人体健康存在潜在危害。 从
水溶液去除重金属的常用物理处理方法有化学沉淀法、电解法、 离子浮选法、电
渗析和反渗透法、铁氧体法、吸附法等, 但是这些传统方法存在一个共同 缺点:
就是 处理低于 l g 0m / 0 L的低浓度重金属废水时, 往往操作费用和原料成本相对
n于其他离子。 由于电子云分布和轨道杂化等结构因素, 三种金属离子在小球藻
上的吸附选择顺序为C +> n > +。 矛 Z2 C2 + u
() 污水处理 活性污泥 3城市生活 厂的 对于低浓 1 bm /的C2 n 度( -0 g ) u 与Z2 0 L + + 具有很强的 吸附能力, 率分 去除 别可达9% 0 以 但对于C2 率较 5 和7% 上, d 去除 +
固定化C A球对重金属离子的吸附效果, < 时吸附量随p p 3 H H值的降 低而明显下
降, H 36 p = 范围内, 量 - 吸附 最高并趋向 恒定; 度升高、 温 小球用 量加大都会导
致吸附量增加; 当小球用量一定时, 吸附量和残留量均随原水重金属离子浓度的 增加而增加;吸附反应速度较慢,反应趋近平衡的时间为2 左右;此外,固定 h
与固体吸附剂以 连续的方式相接触, 达到理想的净化效果。 可以 本研究所构建的
包埋污泥固定 应器对 CZ CZ 床反 U 和 d有较强的 + + 吸附能力, 其工作吸附 容量分别
为 07g 和 06g o 对 Zz 吸附 力比 弱, 作吸附 量 .m/ 8 g .m/ 而 n 的 能 较 其工 5 g + 容 仅为
埋固定的 P S小球对于低浓度金属离子的吸附性能。明胶机械强度比较差,且 A
无论纯PA还是P S PA球吸附去除 C + V A-V 了 的能力均分别高于明 胶或P S A 一明
胶。 但从聚合所导致的传质阻力增大这一角度, 海藻酸和其他包埋剂相比更有优
势, 因为海藻酸结构上的 梭基基团可以 促进重金属离子的吸附。 本论文重点开展
废水和混和金属废水的吸附柱子,都能够达到比 较好的解吸效果,解吸率将近
9%. 0
向进行。 吸附和解吸反应速度均符合一级反应动力学方程, 但吸附的动力学常数
K .4 ii略大于 g 0m i0 7 n, = 解吸的 动力学常数K .6 il说明 p00mn 吸附的 =0 , 速度略大
于解吸的速度。综合考虑解吸效果和对 C 球的机械强度造成的影响,选择 A 0 1 L的H l .m l 0 o / C 进行解吸, 解吸时间对解吸率的影响很大, 2mn 10 i时除 L C 1A
( )综合考虑不同包埋比的固定化 C 3 A球的理化性能对重金属的吸附和解 吸过程的影响,1 : 2固定化 C A球成为本研究首选生物吸附材料。影响 1 : 2固定
化C A球吸附去除低浓度重金属离子的因素主要包括: 废水的p 、 H 温度、 浓度、
C2 M 干 子、 定 小 用量 接 间 溶 的p 值 接 响 a 梦等 扰离 固 化 球 与 触时 等。 液 H 直 影 + ,
活 酿酒 对Ce 吸附 合Ln u 模型, 性 酵母 u 的 符 a mi 十 g : 表现为 分 层 单 子 吸附; 种 多 金
属离子 共存时, 其对金属的 具有一定的 吸附 选择性, 顺序为P + u>n , 铲> z Z2 不 C十 +
同金属离子间有一定的抑制作用。 酵母菌细胞壁表面的一0 1 -H 以及脂肪 C 04 N : ,
04g o 当 含 u, 和C2 种 属 混 废 进 实 , 应 .m/ , 用 有C" Z' d三 金 的 合 水 行 验时 反 3 g n + +
器对不同 金属离 的重 子有较好的 选择吸附 性能, 选择顺序为: u > d > n a Ce C2 Z2 + + +
将 0 m 的盐酸以3 . 1 倍废水流速顺流通过饱和的吸附柱进行解吸时, 对吸附单一
属 于应用基础研究。具体内容包括:
1 选择合适的生物吸附材料 .
本项目 采用酵母、 小球藻和活性污泥作为生物吸附材料, 分别对其重金属吸 附性能进行了较为深入的研究。 三种生物材料都具有吸附去除废水中重金属离子
的能力, H 45 在p = 的范围内 - 对重金属均可以 取得最佳去除效果。 然而, 其吸附
过高,经济上不合算。近年来,一种崭新的重金属废水处理方法一生物吸附法,
在处理大体积低浓度的复杂重金属废水方面, 有着极为广 阔的发展前景。 由于生
目 必
物吸附法能高效率、高选择性、高速度地吸附分离复杂稀溶液中的金属离子,
前各种生物吸附材料的研究己经蔚然成风。 但是 自然的生物体在吸附金属后,
须经过沉降、过滤或是离心才能将其与溶液分开,而且运行过程极易堵塞管道, 而采用固定化技术则可解决这一困难。 鉴于包埋是应用最为广泛与成熟的固定化
球以外, 其余 3 种包埋比的小球的解吸率都达到了9%。 5 从再次吸附的性能考虑,
在经过盐酸解吸以后, 各种包埋比的 C A球的吸附性能都有不同程度的下降, 包 埋比例越高的 C A球的吸附量下降的幅度越大。
4 研制反应器并确定其最佳运行wenku.baidu.com件 .
根据吸附动力学的研究结果, 采用两柱串联固定床反应器, 使含重金属废水
包酵母比 南京金陵啤洒厂活性酿酒酵母表现出 更好的Ct u 吸附性能。 + 另外, 研究
了p , H 吸附时间、 加菌量等 影响非活 酒酵母吸附重 性啤 金属离子Ce u 的主要因 +
索, 并基于不同处理方法比 较改性酵母吸附性能, 分析了 酵母菌对Ce u 的吸附机 +
理。 结果表明: H . 1 . 吸附时间, .g L 量为最 p 4 , 5 5 -1h 0 1M 加菌 0/ 佳吸附 条件: 非
固定化活性污泥的方法与效果来进行研究。 ()由实验结果可以看出,在实验的浓度范围内,固定化 C 1 A球的吸附性
能明 显优于 P B球和混合载体 PA球, V V 其对 Ce u 离子的吸附去除率达到 9% 十 7
以上。另外,本研究分别比较了明胶与明胶包埋固定 P S A 小球、P A和 P A包 V V
个模型的符合程度一致。 另外, 该污泥对C2 u 离子的吸附性能明显高于其他离子, +
但在混和体系实 发现 验中 活性污泥 选择吸附的 顺序为C + n> u , 矛> 2 C2 与理论 Z+ + 顺
序完全 一 致。
2 选择适当的生物体包埋载体与方法 . 本研究结合自己实验室的条件与特点, 主要就海藻酸、 胶和聚乙烯醇包埋 明
低, 仅为5% 0 左右。 在实验条件下, 温度对污泥吸附金属的影响并不显著, 而体
系P 值和 时间 影 较 重 活 泥 u 的 附 合Ln u 模 H 吸附 等的 响 为 要。 性污 对C2 吸 符 a m i + g : 型, n)与F udc 型的 程 优于Ln u 模型,C2 吸附 Z2 I e i zZ' rnl +) H h模 符合 度 a mi g r d的 与两 +
化C 球 较强 抗C2 Mt 离 干 能 。 A 有 的 a g等 子 扰的 力 + + ,
3 选择恰当的生物吸附材料再生方法 .
固定 以 球的吸 解吸 个可 应的 个方 当溶液p 化 附与 是一 逆反 两 面。 H值) 3 时, 反应向 吸附的 进行; 溶 方向 当 液的p H值降 左右时, 到2 反应即向 解吸的方
能力仍有较大的差别。 在对 Cl u离子的对比吸附实验中, + 湿活性污泥的吸附效果 可达 5gg 远远高于小球藻和啤酒酵母的吸附能力。 m/, 活性污泥被选择为主要生
物吸附材料进行后续的包埋实验。 ( ) M 分析显示活性酵母对于溶液中的重金属离子主要是表面吸附去除 1T E
机理, T FI R分析指明细胞壁的吸附位关键在 OH和 NH 而研究采用的活性面 - -,
了 (b C , , )的吸附作用和机理, P, C Z d u n 确定 影响生物吸附重金属离子能力
和速率的主要因素; 寻找包埋用于重金属吸附生物的合适方法; 分析多种重金属
离子 共存时的生物吸附特性; 选择适合于生物吸附重金属的反应器类型和工艺参
数,探讨包埋生物反应器吸附去除废水中重金属离子的基础原理和技术可行性,
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