论文题目: 电—微生物技术处理含重金属离子及难降解有机物废水
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工程
作者: 王韬
导师: 李鑫钢
关键词: 废水处理,苯酚,重金属离子,电催化,微生物固定化,耦合工艺,生物膜,生物吸附
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 电生物技术作为一项绿色高新技术在环境污染治理领域的应用已初见端倪,深入开展有关研究具有重要的理论和现实意义。本文针对含难降解有机物(以苯酚为例)和重金属离子等废水,分别采用全新的电催化—固定化微生物耦合工艺和自行发明的电——生物膜固定床反应塔进行处理。本文主要研究内容如下:对苯酚和重金属离子分别驯化后的功能微生物进行TEM、SEM表征:驯化后,微生物种群数量急剧减少,但适应性个体数量明显增加,且细胞结构,表面形态均发生显著变化。对电催化、固定化微生物及其耦合工艺降解苯酚的工艺进行比较研究,考察了初始浓度、电压、酸碱度及液固比等因素对苯酚降解效果的影响。反应动力学研究表明三种工艺对苯酚的降解过程均符合零级反应动力学,单位时间内耦合工艺对苯酚的处理效果与两种单一工艺效果的总和相当,表明耦合工艺是一种高效的新型处理工艺;三种工艺的主要中间产物均为2、6-二叔丁基对苯醌,该特征产物在相关工艺的文献中均未见报道。在电—生物膜固定床反应塔内,分别研究了陶瓷载体及三维电极载体挂生物膜的方式处理含重金属离子的有机废水,考察了间歇操作中重金属离子初始浓度、吸附时间、操作电压和pH值变化对去除效果的影响。建立了该工艺外直流电场强化过程重金属离子传递及生物膜吸附的二维数学模型,并结合实验结果进行了验证,理论模型与实验结果吻合良好。首次进行了软、硬性金属离子间竞争吸附的相关研究。结果表明,二元组分竞争吸附规律符合Freundlich二元吸附模型;并发现同一类型离子发生明显的竞争吸附,不同类的金属离子间的竞争吸附效果不明显,生物膜对软性离子吸附效果好于硬性离子。
论文目录:
中文摘要
Abstract
前言
第一章 文献综述
1.1 水体中有机物污染概况
1.1.1 有机物污染及其危害性
1.1.2 含酚废水的污染概况
1.1.3 含酚废水的治理方法
1.2 水体中重金属离子污染概况及主要治理方法
1.2.1 水体中重金属离子污染概况
1.2.2 水体中重金属离子的主要治理方法
1.2.3 水体中重金属离子间的竞争吸附
1.3 电－微生物复合法处理含重金属离子的有机废水
1.4 本文主要的实验与理论研究工作
本章符号说明
第二章 功能微生物的培养、驯化及表征
2.1 混合微生物接种、培养与驯化
2.1.1 微生物培养、驯化的生物学原理
2.1.2 混合微生物的培养和驯化
2.2 噬酚功能微生物的SEM 表征
2.2.1 实验方法
2.2.2 混合微生物原样的SEM 表征
2.2.3 噬酚功能微生物在不同生长阶段的SEM 表征
2.3 噬重金属离子功能微生物的SEM、TEM 表征
2.3.1 噬重金属离子功能微生物的SEM 表征
2.3.2 噬重金属离子功能微生物的TEM 表征
2.4 本章小结
第三章 电催化、固定化微生物及其耦合工艺降解苯酚的研究
3.1 固定化微生物法降解苯酚研究
3.1.1 微生物固定化方式选择
3.1.2 固定化功能微生物降解苯酚的影响因素
3.2 电催化法降解苯酚
3.2.1 工艺流程
3.2.2 电催化降解苯酚的影响因素
3.3 电催化－固定化微生物耦合工艺降解苯酚
3.3.1 工艺流程
3.3.2 耦合工艺降解苯酚的影响因素
3.4 电催化、固定化微生物及其耦合工艺的苯酚降解动力学研究
3.5 电催化、固定化微生物及其耦合工艺降解苯酚的中间产物分析
3.5.1 样品预处理
3.5.2 三种工艺主要中间产物GC－MS 图分析
3.5.3 三种工艺特征中间产物GC－MS 图分析
3.6 本章小结
本章符号说明
第四章 电－生物膜固定床反应塔处理含重金属离子废水的影响因素
4.1 多功能电生物处理装置
4.2 陶瓷生物膜载体固定床反应器处理废水中的重金属离子
4.2.1 间歇实验
4.2.2 连续实验
4.3 三维电极固定床反应器处理废水中的重金属离子
4.3.1 间歇实验
4.3.2 连续实验
4.4 电－生物膜固定床反应塔去除重金属离子的传质—吸附机理研究
4.4.1 电场强化重金属传递与生物膜吸附模型建立
4.4.2 模型求解
4.4.3 结果与讨论
4.5 本章小结
本章符号说明
第五章 软、硬性金属离子在功能微生物上的竞争吸附
5.1 微生物吸附单一金属离子动力学
5.1.1 微生物吸附金属离子动力学方程
5.1.2 Lagergren 准一级方程拟合吸附动力学实验结果
5.2 软、硬性金属离子间二元组分的竞争吸附动力学
5.2.1 金属离子的等温吸附基本理论模型
5.2.2 单一Ca~(2+)、K~+、Cd~(2+)、Pb~(2+)的等温吸附模型研究
5.2.3 软、硬性金属离子间竞争吸附的Freundlich 二元方程拟合等温吸附实验结果
5.3 本章小结
本章符号说明
第六章 结论
一、功能微生物的表征
二、电催化-固定化微生物耦合工艺降解苯酚
三、电—生物膜固定床反应塔工艺处理含重金属离子废水
四、软、硬性金属离子间竞争吸附
参考文献
博士在读期间发表或录用论文
附录
§1 水溶液中苯酚浓度测定
§2 ADI 方法计算子程序
致谢
发布时间: 2007-07-10
参考文献
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