附着生物膜的棉绳对几种重金属的吸附规律研究

论文摘要

自然水体生物膜主要是附着于水环境中固相的表面上，由生长发育着活跃的单一或混合的微生物群体和铁、锰金属氧化物、有机质及少量的矿物质组成的活性膜。获取生物膜的人工基质不同，其对污染物的吸附效果差异很大。本次试验以董铺水库为水源、天然纯棉绳为人工基质培养生物膜，对附着棉绳上的自然水体生物膜的成分及其对Cu2+、Cd2+、pb2+、Zn2+四种重金属离子的吸附热力学、吸附动力学特征，对pH、温度和混合离子等对吸附产生影响的因素进行了研究。其主要结果如下：（1）通过对实验数据进行非线型拟合，生物膜对四种重金属的吸附均符合Freundlich（F）和Langmuir（L）吸附等温式，对四种金属的吸附能力顺序是：pb2+>Cu2+>Cd2+>Zn2+。（2）生物膜对Cu2+、Cd2+、pb2+、Zn2+四种重金属离子的吸附均在数小时内达到平衡，吸附过程符合二级动力学特征。（3）通过调节吸附液初始pH、温度及混合离子，对吸附的影响因子进行研究，结果表明：①随着pH的改变，附着生物膜的棉绳对Cu2+、Cd2+、pb2+、Zn2+四种重金属的吸附量亦显著变化。其中，对Cu2+吸附的最佳pH范围在5～6，对Cd2+的最佳pH范围为4-6，对pb2+的最佳pH范围是5～6．5，对Zn2+的最佳pH范围为5～6．5。②当温度处于10～30℃范围，附着生物膜的棉绳对四种重金属的吸附量均随温度升高而有显著增加，当温度大于30℃时，附着生物膜的棉绳对Cu2+、Cd2+、pb2+、Zn2+四种重金属的吸附量均呈不同程度的下降。③将Cu2+、Cd2+、pb2+、Zn2+四种重金属离子进行两两混合，评价在二元混合离子存在的体系中，生物膜吸附能力的变化，结果发现：当Cu2+与Cd2+混合，附着生物膜的棉绳对Cu2+的选择性较强；当Cu2+和pb2+混合，附着生物膜的棉绳对pb2+的选择性较强；当Cu2+与Zn2+混合，附着生物膜的棉绳对Cu2+的选择性较强；当Cd2+与pb2+混合，附着生物膜的棉绳对pb2+的选择性较强；当Cd2+与Zn2+混合，附着生物膜的棉绳对Cd2+的选择性较强；当pb2+与Zn2+混合，附着生物膜的棉绳对pb2+的选择性较强。通过实验数据及理论分析表明，将生物膜技术应用于水环境中重金属的去除，不易造成二次污染，操作简便，可大大减低水污染治理成本，对重金属的深度处理具有现实的意义，其在实践中的应用有待更一步的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 重金属废水污染概述
• 1.1.1 污染状况
• 1.1.2 重金属废水的处理方法
• 1.2 水体中铜、镉、铅、锌的化学性质
• 1.2.1 铜的化学性质
• 1.2.2 镉的化学性质
• 1.2.3 铅的化学性质
• 1.2.4 锌的化学性质
• 1.3 自然水体生物膜的概念
• 1.3.1 自然水体生物膜的主要组成及影响因素
• 1.3.2 自然水体生物膜的吸附特性
• 1.4 研究内容及意义
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究意义
• 2 实验材料与方法
• 2.1 供试药品与试剂
• 2.2 主要仪器设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 生物膜的培养
• 2.3.2 重金属离子的测定
• 2.3.3 附着生物膜的纯棉绳对单一重金属离子的等温吸附实验
• 2.3.4 纯棉绳对单一重金属离子的等温吸附实验
• 2.3.5 吸附时间对重金属离子吸附效果的影响
• 2.3.6 初始pH值对重金属离子吸附效果的影响
• 2.3.7 生物膜用量对重金属离子吸附效果的影响
• 2.3.8 附着生物膜的纯棉绳对二元混合离子的吸附实验
• 2.4 统计分析方法
• 2.4.1 吸附热力学特征
• 2.4.2 吸附动力学特征
• 2.4.3 重金属离子去除率的计算方法
• 2.4.4 重金属离子吸附量的计算方法
• 3 结果与分析
• 3.1 生物膜主要成份分析
• 3.2 附着生物膜的纯棉绳对单一重金属离子废水吸附实验
• 3.3 生物膜对单一重金属离子废水吸附实验
• 3.3.1 纯棉绳和附着生物膜的纯棉绳对四种重金属离子的吸附等温线
• 3.3.2 附着生物膜的棉绳对单一重金属离子吸附动力学特征
• 3.4 初始pH对附着生物膜的棉绳吸附重金属离子效果的影响
• 3.5 吸附温度对附着生物膜的棉绳对重金属离子效果的影响
• 3.6 附着生物膜的棉绳对二元混合离子的吸附特性
• 2+-Cd²⁺二元重金属离子混合体系'>3.6.1 Cu²⁺-Cd²⁺二元重金属离子混合体系
• 2+-Pb²⁺二元重金属离子混合体系'>3.6.2 Cu²⁺-Pb²⁺二元重金属离子混合体系
• 2+-Zn²⁺二元重金属离子混合体系'>3.6.3 Cu²⁺-Zn²⁺二元重金属离子混合体系
• 2+-Pb²⁺二元重金属离子混合体系'>3.6.4 Cu²⁺-Pb²⁺二元重金属离子混合体系
• 2+-Zn²⁺二元重金属离子混合体系'>3.6.5 Cd²⁺-Zn²⁺二元重金属离子混合体系
• 2+-Zn²⁺二元重金属离子混合体系'>3.6.6 Pb²⁺-Zn²⁺二元重金属离子混合体系
• 4 结论
• 5 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介