藻体对水环境中N、P及重金属Cu2+、Pb2+、Cd2+、Cr6+的吸附特征研究

论文摘要

随着全球生态环境的恶化,各国日益重视对水体中各种污染物的治理。利用藻类的吸收、富集和降解作用,可以去除污水中的营养物质、重金属离子和有机污染物,与其他物理、化学及工程的方法相比,该技术具有以下优点:成本低、能耗小、治理效果较好,对环境污染小,有利于资源化,有利于整体生态环境的改善,是治理水质污染的新途径。本文利用几种大型海藻对富营养化海水进行处理,结果发现孔石莼、刚毛藻均有很强的吸收N、P的能力,吸收能力依次为褶曲刚毛藻>束生刚毛藻>孔石莼。水体中褶曲刚毛藻3 g/L含量,在3～5小时之内,可把中等以上富营养化海水中的N、P降低至一类海水水平。利用刚毛藻处理富营养化地下海水和养殖废水,进行海参和大菱鲆养殖试验,探索藻类净化水质和废水循环利用的新模式,使水体保持较低的营养盐状态,减轻养殖废水对环境的影响,实现了海水养殖业与环境的可持续发展。刚毛藻在我国近海滩涂分布广泛,利用它来处理富营养化水体,并和水产养殖业相结合,既净化水体,使养殖废水能循环利用,满足水产养殖的需求,又改善水产业生态环境。同时,将回收藻体生产优质饲料、食品和药物等,实现藻类资源的高值利用。刚毛藻营养丰富,用其替代鼠尾藻作海参饲料,资源丰富,成本低,效果好,是一种值得加以开发利用的宝贵资源,具有广泛的应用前景。生物吸附法是一种经济有效的移除废水中有害重金属离子的方法。由于藻类细胞壁中的多聚糖可提供吸附重金属的位点,廉价而蕴藏丰富的海藻对多种重金属表现出很强的吸附能力。所以本文通过分批实验,研究了非活体刚毛藻对水体中重金属Cu2+、Pb2+和Cd2+的吸附影响因子、吸附热力学、吸附动力学及吸附机理,得到了平衡等温线及动力学数据。吸附过程的最佳pH值为5.0,吸附量随温度的升高而增加,水体中常见的Na+、K+、Ca2+、Mg2+阳离子及Cl-、NO3-、SO42-、C2O42-等阴离子的存在对吸附的影响并不显著。EDTA存在时,吸附百分率大大降低。吸附等温线符合Langmuir和Freundlich方程。刚毛藻对重金属Cu2+、Pb2+和Cd2+的吸附容量很高,25℃时,对Cu2+、Pb2+和Cd2+的最大吸附容量分别为1.61 mmol/g、0.96 mmol/g和0.98 mmol/g,且吸附过程为吸热反应。刚毛藻对重金属Cu2+、Pb2+和Cd2+的吸附过程为化学吸附,在吸附过程中藻体表面的官能团可能与金属离子发生了螯合作用。吸附动力学过程符合pseudo-二级动力学模型,在初始的30min内,吸附速率很快,随后速率逐渐降低。解吸试验表明,用EDTA可以对重金属进行回收,刚毛藻可以循环利用。实验结果表明刚毛藻是一种高效、经济实用的生物吸附材料,可用来吸附回收水体中的重金属Cu2+、Pb2+和Cd2+等。通过非活体刚毛藻对重金属Cr6+的吸附影响因子、吸附动力学、吸附机理的研究发现,刚毛藻对Cr6+具有很强的还原能力,对电镀废水中的Cr6+的还原去除提供了非常好的方法。吸附过程的最佳pH值为2～3,实际电镀废水通常在此pH范围,因此处理实际废水时,首先在原酸性条件下,对Cr6+进行还原去除,然后调废水pH至5.0,继续进行吸附,去除其他二价离子及被还原的三价Cr离子,实现了利用同一材料还原Cr6+为Cr3+,并将Cr3+和其他重金属离子同时去除。通过对机理的讨论,认为刚毛藻对Cr6+的生物吸附过程不是一个简单的“离子交换过程”,而是一个“吸附还原过程”。在海藻量足够的前提下,只要时间足够长,Cr6+可被彻底还原去除。利用工业废弃物褐藻渣,对水体中重金属离子Cu2+、Pb2+、Cd2+及Cr6+的生物吸附特性分别进行了讨论,结果表明褐藻渣对重金属离子的吸附特性与刚毛藻一致,吸附等温线符合Langmuir和Freundlich方程,在25℃时,pH为5.0时,由Langmuir方程求出褐藻渣对Cu2+、Pb2+和Cd2+的最大吸附容量分别为4.20 mmol/g、3.13 mmol/g和2.97 mmol/g。褐藻渣对低、高浓度的重金属Cr6+都具有很强的吸附能力,且移除效果比较彻底。实际应用结果表明,褐藻渣是一种高效、经济实用的生物吸附材料,可用来吸附回收水体中的重金属离子,具有广泛的应用前景。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 第一节 水体污染与防治
• 1 我国水污染状况
• 2 水体中主要污染物来源及危害
• 3 水污染防治技术
• 第二节 藻类在污水处理中的应用
• 1 藻类简介
• 2 藻类对不同污水的净化作用
• 3 藻类的回收利用价值
• 4 经济技术可行性评价
• 5 前景展望
• 6 论文主要工作
• 第二章 活体海藻对富营养化养殖水体的净化研究
• 1 前言
• 2 实际养殖用水中N、P含量分析
• 3 材料与方法
• 4 结果与讨论
• 5 实际养殖用水处理模式
• 6 小结
• 第三章 刚毛藻资源的综合利用
• 第一节 刚毛藻资源的利用价值
• 1 刚毛藻的生物学特性
• 2 食用
• 3 在饲料方面的应用
• 4 在造纸或其他工业的利用
• 5 提取天然化合物
• 第二节 刚毛藻在海参饲料中的应用
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 3 结果与讨论
• 4 小结
• 第四章 非活体海藻对水体中重金属离子的生物吸附
• 2+、Pb²⁺和Cd²⁺的吸附特征'>第一节 非活体刚毛藻对重金属Cu²⁺、Pb²⁺和Cd²⁺的吸附特征
• 1 前言
• 2 实验材料与方法
• 3 结果与讨论
• 4 小结
• 6+的生物吸附特征'>第二节 非活体刚毛藻对重金属Cr⁶⁺的生物吸附特征
• 1 前言
• 2 实验材料与方法
• 3 结果与讨论
• 4 小结
• 第五章 褐藻渣对水体中重金属离子的生物吸附
• 1 前言
• 2 实验材料与方法
• 3 结果与讨论
• 4 小结
• 第六章 总结
• 1 实验研究结果
• 2 研究工作中的创新点
• 3 研究工作中的不足之处
• 参考文献
• 博士在读期间发表论文情况
• 参加会议及会议论文
• 致谢