海藻生物吸附剂在电镀废水处理中的应用研究

论文摘要

本文采用处理过的海藻为生物吸附剂,以含金、银、铜、镍等贵重金属的电镀废水为吸附对象,分析了生物吸附等温线方程及吸附-解吸动力学变化规律,同时研究了吸附剂的循环利用效率,并与先前的研究结果进行了对比。通过对pH、金属离子初始浓度、吸附剂浓度等影响因子的研究确定其最佳吸附条件,进行工厂化海藻生物吸附剂吸附重金属的中试试验。在现场实验的基础上,优化最佳吸附条件。通过以上研究工作,对海藻对Au2+、Ag+、Cu2+、Ni2+离子的吸附特性可得出以下结论:1.海藻对Au2+、Ag+、Cu2+、Ni2+的吸附,pH值对吸附量有较大影响。海藻藻粉吸附Au2+、Ag+、Cu2+、Ni2+电镀废水的最适pH范围为4.0-6.0。在生物吸附剂用量一定的情况下,金属离子浓度在5-80 mg/L范围内,随着Au2+、Ag+、Cu2+、Ni2+金属离子初始浓度的升高,吸附率均有所降低,吸附量均有所升高。超过80 mg/L,吸附率降低得比较明显。海藻作为吸附剂,在低浓度时,相较于其他物理化学处理方法更可显示出其优越性。随着吸附剂浓度的增大,Au2+、Ag+、Cu2+、Ni2+的吸附率和吸附量均呈现不同的变化。综合两方面原因,实验可选择吸附剂浓度为2.50 g/L。这样即可以达到对金属离子良好的吸附效果,又可以节省藻粉的投入量。因此,选择pH=6.0、吸附剂浓度为2.50 g/L、粒径为60 mesh及金属离子初始浓度小于80 mg/L为适合的吸附条件。2.海藻吸附Au2+、Ag+、Cu2+、Ni2+在开始时均有快速的吸附过程,30分钟左右基本达到平衡,表明吸附作用是一个快速的过程。生物吸附过程符合Langumir模型,根据Langmuir吸附等温模型的计算结果表明,固定化海藻对Au2+、Ag+、Cu2+、Ni2+的最大吸附量分别为0.96、0.53、7.35、38.46 mg/g,海藻对Ni2+离子的亲和性比其他离子的大。与先前实验室研究结果进行对比,结果表明,共存的Zn2+、Cd2+等金属离子与Cu2+、Ni2+之间存在竞争吸附,导致Cu2+、Ni2+的吸附量下降。3.Au2+、Ag+、Cu2+、Ni2+在Laminaria japonica上第1阶段的吸附进行得很快,10 min即达平衡。随着时间的推移,Au2+、Ag+、Cu2+、Ni2+的吸附量均略微增加。Au2+、Ag+、Cu2+、Ni2+在L.japonica上的吸附可以用准二级动力学方程很好地描述（R2分别为0.977、0.995、0.999、0.999）,动力学参数k2分别为0.1106、0.3818、0.4589、2.6912 g/（mg·min）,qe分别为2.52、0.54、2.46、8.62 mg/g。与先前实验室研究结果进行对比,结果表明,海藻吸附Cu2+、Ni2+平衡时的吸附量qe规律为:实验室溶液>电镀废水;准二级速率常数k2规律为:电镀废水>实验室溶液。4.用0.1 mol/L的HCl溶液解吸吸附了重金属的L.japonica效果明显,能十分迅速的把Au2+、Ag+、Cu2+、Ni2+解吸下来,其解吸过程与吸附过程相似。Au2+、Ag+、Cu2+、Ni2+在L.japonica上的解吸同样可以用准二级动力学方程很好地描述（R2分别为0.999、0.998、0.999、0.999）,动力学参数k2分别为10.6508、4.9264、0.6556、0.0312g/（mg·min）,qe分别为0.20、0.07、0.84、29.41 mg/g。解吸过的藻粉依然有良好的吸附性能,经过三次吸附.解吸过程藻粉依然保持着很好的吸附能力。5.从对三个公司重金属废水的处理情况来看,对于含重金属的废水,藻粉吸附剂表现出了良好的吸附能力,对各种重金属的吸附率都维持在一个较高的水平,平均吸附总量在120-180 mg/g,处理过废水中重金属的浓度基本上可达到国家二级排放标准。藻粉吸附剂的再生特性可同时实现电镀废水中贵重金属的回收以及吸附剂的循环使用。从福建新文行灯饰有限公司电镀废水的循环利用实验结果来看,贵重金属的回收率都能维持在一个较高水平,Ni2+、Au2+均达到了80%以上,Cu2+也在50%左右,为贵重金属的回收提供了一个新的途径,具有良好的发展潜力和应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 电镀废水处理技术
• 1.2.1 化学法
• 1.2.2 膜分离技术
• 1.2.3 电化学法
• 1.2.4 吸附法
• 1.3 藻类吸附剂研究进展
• 1.3.1 藻类吸附剂的吸附能力
• 1.3.2 死体藻细胞在电镀废水处理中的优越性
• 1.3.3 藻类处理电镀废水的影响因素
• 1.3.4 藻类的循环利用
• 参考文献
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 主要仪器设备
• 2.1.2 试剂
• 2.1.3 吸附剂和吸附质
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 静态吸附实验
• 2.2.2 静态解吸实验
• 2.2.3 循环利用效率实验
• 2.2.4 现场中试实验
• 2.2.5 金属离子的浓度分析
• 2.3 实验中用到的主要公式
• 2.3.1 Langmuir公式
• 2.3.2 准二级动力学方程
• 参考文献
• 第三章 固定化海藻吸附影响因子实验研究
• 3.1 影响吸附的主要因素
• 3.1.1 pH
• 3.1.2 金属离子初始浓度
• 3.1.3 吸附剂浓度
• 3.2 小结
• 参考文献
• 第四章 固定化海藻循环利用实验研究
• 4.1 吸附等温线研究
• 4.1.1 电镀废水等温线研究
• 4.1.2 电镀废水与实验室溶液等温线研究对比
• 4.2 吸附-解吸动力学研究
• 4.2.1 吸附动力学研究
• 4.2.2 解吸动力学研究
• 4.3 藻粉的循环利用效率
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 现场废水中试实验
• 5.1 厦门凯立五金企业有限公司（台资企业）
• 5.2 泉州市圣泽环境工程有限公司中试实验
• 5.3 福建新文行灯饰有限公司（合资企业）
• 5.3.1 电镀废水处理
• 5.3.2 贵重金属回收
• 5.3.3 潜在经济效益分析
• 5.4 建议
• 5.5 小结
• 参考文献
• 第六章 结语
• 6.1 本研究的创新点
• 6.2 结论
• 6.3 研究的不足
• 6.4 前景展望
• 参考文献
• 硕士研究生期间主要工作总结
• 致谢