生物吸附法去除电镀废水中镉的研究

论文摘要

重金属污染是危害最大的环境污染问题之一。镉是毒性较大的重金属,环保法规定其为一类污染物。电镀是当今全球三大污染工业之一,一般电镀厂的含镉废水在处理前镉的浓度都远高于国家制定的排放标准。因而,电镀废水中镉的去除尤为重要。利用微生物吸附镉等重金属离子具有许多优点,例如：吸附速度快；在低浓度下,金属可以被选择性去除；处理效率高；pH值和温度条件范围宽；投资少,运行费用低；可有效地回收一些贵重金属等。近年来,对于采用生物吸附法去除废水中重金属离子,国内外专家学者开展了较为广泛的研究。本研究以废啤酒酵母、沟戈登氏菌、胶质芽胞杆菌和枯草芽胞杆菌为吸附剂,以电镀厂含镉电镀废水为处理对象,采用沉淀法或浮选法实现固液分离,达到除镉的目的。本文研究了微生物形态与性质,对废啤酒酵母、沟戈登氏菌、胶质芽孢杆菌及枯草芽胞杆菌的染色特征和扫描电子显微镜形貌以及透射电子显微镜结构进行了观察,测试了它们的荷电特性、细胞壁组成及特征官能团。研究发现,它们各自的表面化学特性对其吸附过程产生不同的影响。本文研究了电镀废水的相关物理化学性质及主要成分的存在状态；研究了废水pH值、吸附剂用量、吸附时间、吸附温度、搅拌速度电镀废水中镉吸附效果的影响；研究了废啤酒酵母水洗前后不同沉降时间的沉淀效果；研究了以沟戈登氏菌、胶质芽孢杆菌及枯草芽胞杆菌为吸附剂时,不同pH值及捕收剂用量对微生物吸附-浮选除镉效果的影响。依据动电电位、微生物表面荷电状态、红外光谱、扫描电子显微镜、光电子能谱等测试结果,探索了微生物吸附剂的作用机理。研究结果表明,4种吸附剂对该电镀废水中镉均具有较好的吸附效果。废啤酒酵母经简单水洗处理后,在常规条件下,对电镀废水中镉的吸附率为96.18%,其它三种吸附剂对电镀废水中镉的吸附率均在92%以上。研究所用废啤酒酵母具有较好的沉淀性能,采用吸附-沉淀法去除电镀废水的镉,能获得较好的吸附及固液分离指标。在电镀废水中镉浓度约为26mg/L、水洗废啤酒酵母菌用量为11.4g/L、pH为7、室温（约18℃）、生物吸附时间为30min的条件下,自然沉降3.5h,镉去除率达96%以上。以沟戈登氏菌、胶质芽孢杆菌及枯草芽胞杆菌为吸附剂时,采用浮选法进行固液分离,在电镀废水中镉浓度约为26mg/L、枯草芽胞杆菌用量为10g/L（湿重）、pH为7、室温（约25℃）、生物吸附时间为10min的条件下,以二正丁胺为捕收剂,在用量为4×10-4mol/L时,镉去除率达到76%。以水洗废啤酒酵母为吸附剂,采用吸附-沉淀法对该电镀废水中镉的去除效果明显好于以沟戈登氏菌、胶质芽孢杆菌及枯草芽胞杆菌为吸附剂,采用吸附-浮选法,对该电镀废水中镉的去除效果。加之,废啤酒酵母菌来源广、价格低,比其它三种生物吸附剂具有更大的优势。采用自制装置,以水洗废啤酒酵母为吸附剂,采用吸附-沉淀法进行了扩大试验研究,在电镀废水中镉浓度为26mg/L左右、水洗废啤酒酵母菌用量为40g/L（湿重）、pH为7、室温（约25℃）、生物吸附时间为30min的条件下,自然沉降4h,镉去除率达94%以上；进行的小型连续试验的结果表明,当废水给入速度为10.8mL/min、40mL/min、167mL/min时,水洗废啤酒酵母对电镀废水中镉的吸附率分别为98.43%、96.46%和86.86%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 含镉废水的处理方法
• 1.1.1 化学法
• 1.1.2 物理化学法
• 1.1.3 生物吸附法
• 1.2 生物法在处理重金属废水中的应用
• 1.2.1 生物吸附剂
• 1.2.2 生物吸附机理
• 1.2.3 影响重金属生物吸附的因素
• 1.2.4 固液分离技术研究
• 1.3 含镉废水的生物处理技术
• 1.4 主要研究内容
• 第二章 试验材料和试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 试验用吸附剂
• 2.1.2 处理对象
• 2.1.3 试验用主要试剂
• 2.1.4 试验用主要仪器和设备
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 试验用微生物吸附剂的制备
• 2.2.2 微生物的形态研究
• 2.2.3 废啤酒酵母的水洗预处理试验
• 2.2.4 吸附-沉淀及吸附-浮选试验
• 2.2.5 金属回收试验
• 2.2.6 扩大试验
• 2.2.7 连续吸附试验
• 2.2.8 化学修饰试验
• 2.3 分析方法
• 2.3.1 动电位（Zeta potential）测试
• 2.3.2 红外光谱（IR）测定
• 2.3.3 扫描电子显微镜测定生物样品制备
• 2.3.4 紫外光谱扫描分析
• 2.3.5 接触角测定
• 2.3.6 呈色反应
• 2.3.7 透射电子显微镜测定生物样品的制备
• 2.3.8 离子分析
• 第三章 微生物吸附剂的性质研究
• 3.1 微生物的一般特性
• 3.2 微生物的染色
• 3.2.1 简单染色
• 3.2.2 革兰氏染色
• 3.2.3 抗酸染色
• 3.2.4 芽孢染色
• 3.2.5 夹膜染色
• 3.2.6 脂肪粒和肝糖粒染色
• 3.3 微生物的扫描电子显微镜（SEM）观察
• 3.4 微生物的X射线能量散射光谱分析
• 3.5 废啤酒酵母的光谱半定量分析
• 3.6 微生物的透射电子显微镜（TEM）观察
• 3.7 微生物的紫外光谱分析
• 3.8 微生物的特征呈色反应
• 3.9 微生物表面荷电状况研究
• 3.10 微生物的红外光谱（IR）分析
• 3.11 微生物接触角测试
• 3.12 吸附及吸附—浮选后微生物的活性
• 3.13 小结
• 第四章 生物吸附法去除电镀废水中镉的试验研究
• 4.1 生物吸附—沉淀法去除电镀废水中的镉
• 4.1.1 吸附试验
• 4.1.2 沉降试验
• 4.2 生物吸附—浮选法去除电镀废水中的镉
• 4.2.1 吸附试验
• 4.2.2 浮选试验
• 4.3 多元体系的吸附试验
• 4.3.1 多元重金属离子体系的吸附效果
• 4.3.2 共存碱土金属阳离子对吸附效果的影响
• 4.3.3 共存阴离子对吸附效果的影响
• 4.4 小结
• 第五章 生物吸附剂与废水中镉的作用机理
• 5.1 扫描电子显微镜分析
• 5.1.1 吸附剂的表面形态观察
• 5.1.2 X射线能量散射光谱分析
• 5.2 透射电子显微镜分析
• 5.3 吸附前后废水中阳离子浓度的变化
• 5.4 电动电位测定
• 5.5 红外光谱分析
• 5.6 x射线光电子能谱分析
• 5.7 化学修饰试验
• 5.8 洗脱试验
• 5.9 小结
• 第六章 生物吸附法去除废水中镉的工艺试验研究
• 6.1 水洗废啤酒酵母的重复吸附试验
• 6.2 扩大试验
• 6.2.1 吸附试验
• 6.2.2 沉降试验
• 6.3 多级处理试验
• 6.3.1 二、三段处理试验
• 6.3.2 二、三段吸附后菌体用于一级吸附试验
• 6.4 连续吸附试验
• 6.5 金属回收
• 6.6 废啤酒酵母的综合利用研究
• 6.6.1 废啤酒酵母中溶解相的性质
• 6.6.2 废啤酒酵母中的溶解相作为浮选抑制剂试验
• 6.6.3 废啤酒酵母中的溶解相作为啤酒酵母菌培养基的研究
• 6.7 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 作者简介