活性污泥胞外聚合物吸附重金属效能与机制研究

论文摘要

胞外聚合物（extracelluar polymeric substances, EPS）是活性污泥的第三大组份,对重金属有良好的富集作用,由于其重要特性和位置而成为研究热点。目前关于EPS的组成、性质、提取方法、对多种重金属的富集作用等方面研究均取得了一定进展,但关于其吸附重金属的效能和机制研究较少,针对重金属污染严重的现状和现存技术成本高等局限性,本文考察了剩余污泥胞外聚合物对水中和土壤中典型污染重金属(Cd2+、Zn2+、Pb2+)的吸附效能,并对其机制作了研究,最终在剩余污泥减容减量的同时用于重金属污染的控制,达到以废治污的目的。本文首先以三种广泛存在的活性污泥（市政污水污泥、饮料废水好氧污泥、饮料废水厌氧污泥）为研究对象,考察了提取方法对污泥胞外聚合物组分性质的影响规律,并分析了EPS对活性污泥脱水性能影响和影响机制,确定以蒸汽提取法为最佳提取方法,-20℃为EPS最佳储存温度, EPS的提取有助于污泥的减容减量。根据以上研究,模拟市政污水和饮料废水培养污水污泥提取EPS,以其为吸附剂考察pH值、EPS投加量、吸附时间对水中Cd2+、Zn2+吸附效能的影响规律、热力学吸附特征及共存离子对胞外聚合物吸附Cd2+、Zn2+的影响,结果表明,胞外聚合物对Cd2+和Zn2+吸附较好,在初始投加浓度为20mg/L条件下,最佳pH值均为6,EPS最佳投加量分别为375mg/L和250mg/L,此时,EPSⅠ吸附率约为27mg/g和47.5mg/g,EPSⅡ对Cd2+和Zn2+吸附率分别约为19.5mg/g和40.5mg/g,EPSⅢ吸附率约为17mg/g和37mg/g。三种EPS对Cd2+和Zn2+的吸附过程均可分为快速吸附～慢速吸附～吸附平衡三个阶段, Langmuir方程可描述三种EPS在常温下对Zn2+和Cd2+的热力学过程,EPS对Zn2+的吸附能力大于Cd2+。本文考察了EPS对两种不同性质土壤中Cd2+、Zn2+、Pb2+的吸附效能,分析了pH值、EPS浓度、吸附时间对吸附效能的影响规律,并考察了EPS处理前后土壤性质的变化,和EPS从土壤中提取重金属的动力学,最后通过分析土壤中金属形态解释了EPS去除土壤中重金属的机制。结果表明,EPS浓度、pH、吸附时间均对EPS去除土壤中Pb2+,Cd2+和Zn2+影响较大,EPSⅠ效果最好,土壤A ,Pb,Cd和Zn分别在pH36.5,4.56.0和3.0时取得最大去除率,分别约为50%、60%和70%;土壤B,Pb、Cd和

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 胞外聚合物研究现状
• 1.2.1 胞外聚合物来源
• 1.2.2 胞外聚合物位置结构
• 1.2.3 胞外聚合物组成性质
• 1.2.4 胞外聚合物提取方法现状
• 1.2.5 胞外聚合物的行为
• 1.2.6 胞外聚合物研究现状分析
• 1.3 重金属污染治理技术现状
• 1.3.1 重金属污染废水治理技术现状
• 1.3.2 重金属污染土壤治理技术现状
• 1.3.3 重金属污染治理技术现状分析
• 1.4 本论文的研究目的、意义和研究内容
• 1.4.1 本论文研究的目的及意义
• 1.4.2 本论文研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验仪器
• 2.2 化学试剂
• 2.3 实验材料
• 2.4 实验方法
• 2.5 分析方法
• 第3章 胞外聚合物提取方法及对污泥脱水影响研究
• 3.1 胞外聚合物提取方法优选
• 3.1.1 提取方法对S1 中胞外聚合物提取效果对比
• 3.1.2 提取方法对S2 中胞外聚合物提取效果对比
• 3.1.3 提取方法对S3 中胞外聚合物提取效果对比
• 3.2 胞外聚合物储存环境对其组份的影响研究
• 3.2.1 储存温度对胞外聚合物组份的影响
• 3.2.2 胞外聚合物随污泥存放时间的变化
• 3.3 胞外聚合物提取对污泥脱水性能的影响分析
• 3.3.1 pH 对活性污泥脱水性的影响
• 3.3.2 pH 对胞外聚合物组分的影响
• 3.3.3 pH 对胞外聚合物表面电荷的影响
• 3.3.4 pH 对胞外聚合物分子结构的影响
• 3.3.5 胞外聚合物提取前后活性污泥扫描电镜分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 胞外聚合物吸附水中重金属离子效能研究
• 4.1 胞外聚合物Ⅰ吸附镉、锌的影响因素
• 4.1.1 吸附时间的影响
• 4.1.2 pH 值的影响
• 4.1.3 胞外聚合物投加量的影响
• 4.1.4 胞外聚合物对镉、锌吸附的热力学特征
• 4.1.5 共存离子的影响
• 4.2 胞外聚合物Ⅱ吸附镉、锌的影响因素
• 4.2.1 吸附时间的影响
• 4.2.2 pH 值的影响
• 4.2.3 胞外聚合物投加量的影响
• 4.2.4 胞外聚合物对镉、锌吸附的热力学特征
• 4.2.5 共存离子的影响
• 4.3 胞外聚合物Ⅲ吸附镉、锌的影响因素
• 4.3.1 吸附时间的影响
• 4.3.2 pH 值的影响
• 4.3.3 胞外聚合物投加量的影响
• 4.3.4 胞外聚合物对镉、锌吸附的热力学特征
• 4.3.5 共存离子的影响
• 4.4 三种胞外聚合物吸附镉、锌的比较
• 4.4.1 最佳条件下吸附效果的比较
• 4.4.2 吸附动力学比较
• 4.4.3 pH 影响的比较
• 4.4.4 吸附特征比较
• 4.4.5 共存离子影响比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 胞外聚合物吸附土壤中重金属效能研究
• 5.1 胞外聚合物吸附土壤中重金属的影响因素研究
• 5.1.1 pH 值影响
• 5.1.2 EPS 浓度影响
• 5.1.3 吸附时间影响
• 5.2 胞外聚合物淋洗对土壤性质的影响分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 胞外聚合物吸附重金属机理研究
• 6.1 胞外聚合物吸附水中重金属机理分析
• 6.1.1 胞外聚合物吸附重金属活性基团分析
• 6.1.2 胞外聚合物吸附重金属的化学环境分析
• 6.1.3 胞外聚合物吸附重金属结构分析
• 6.1.4 胞外聚合物吸附重金属元素分析
• 6.1.5 胞外聚合物吸附重金属成键分析
• 6.1.6 胞外聚合物吸附重金属离子交换分析
• 6.2 胞外聚合物吸附土壤中重金属机制研究
• 6.2.1 胞外聚合物吸附土壤中重金属模型描述
• 6.2.2 胞外聚合物吸附土壤中重金属动力学研究
• 6.2.3 土壤中重金属形态分析
• 6.3 本章小结
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历