磁场—趋磁细菌复合工艺处理含重金属离子废水

论文题目: 磁场—趋磁细菌复合工艺处理含重金属离子废水

论文类型: 博士论文

论文专业: 化学工程

作者: 孙津生

导师: 李鑫钢

关键词: 重金属离子,磁化,趋磁细菌,复合工艺,竞争性吸附

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文提出全新的磁场-趋磁细菌综合治理重金属废水的理论及复合工艺。对该工艺所涉及的趋磁细菌混合菌的生物种属和磁特性及其处理重金属废水的机理进行深入研究,确定了复合工艺最佳操作条件,探讨了两种重金属离子存在时竞争性吸附动力学机理,另外还研究了在外加磁场作用下,废水中趋磁微生物的复杂受力和运动。研究过程中先对从污水处理厂取回的活性污泥进行趋磁细菌富集培养。将活性污泥分别在厌氧、微好氧和好氧条件下培养,然后通过扫描电镜和透射电镜分别观察混合菌的形态和特征,并对菌进行了筛选和分离,为吸附重金属离子提供实验基础和分析依据。利用所获得的混合菌对各种不同的重金属离子进行静态吸附实验,确定适合用该细菌处理的金属种类,并对处理各种金属离子的操作条件进行了研究,为以后的动态实验提供参考操作条件。在对趋磁细菌吸附单一重金属离子过程的研究基础上,对两种重金属离子同时存在时产生的竞争性吸附的机理进行分析,建立理论模型并求其解析解。通过对生物吸附重金属离子行为的研究发现,生物吸附受pH值影响较大,而且存在最佳pH值范围,不同的重金属离子种类最佳pH值也不相同;生物吸附主要是细胞表面吸附,在很短的时间内即可达到吸附平衡;在室温范围内,温度对生物吸附的影响不明显。在对吸附了重金属离子的趋磁细菌与水体的分离过程中,利用多悬丝分离器和多平板分离器,分别研究了不同磁场强度对分离过程的影响,并在扫描电镜下观察了悬丝上被捕集的趋磁细菌的形态和结构。另外,在外加磁场作用下,对废水中趋磁微生物的复杂受力和运动进行分析研究,并建立了运动方程对趋磁微生物的运动轨迹进行描述。

论文目录:

前言

第一章 文献综述

1.1 重金属离子的去除方法综述与评价

1.1.1 中和法

1.1.2 硫化法

1.1.3 还原法

1.1.4 离子交换法

1.1.5 吸附法

1.1.6 浮选法

1.2 磁分离技术简介

1.3 生物膜去除重金属离子技术简介

1.3.1 微生物对重金属离子的转化

1.3.2 微生物吸附与微生物累积

1.3.3 生物方法处理重金属离子的优点

1.4 微生物在磁场作用下的行为

1.5 趋磁细菌的研究进展

1.5.1 磁特性和运动特性

1.5.2 分类和分布

1.5.3 培养方法

1.5.4 趋磁细菌吸附重金属离子的研究进展

1.6 高梯度磁分离技术的研究进展

1.6.1 高梯度磁分离技术处理废水的原理

1.6.2 高梯度磁分离器的特点和经济效益

1.6.3 趋磁细菌载体磁分离原理

1.7本 本课题的产生基础和取得进展的可能性

1.8 本课题研究内容

第二章 趋磁细菌的富集培养及分离

2.1 趋磁细菌的富集培养

2.2 趋磁细菌的收集

2.3 趋磁细菌电镜观察

2.3.1 电镜标本预处理

2.3.2 透射电镜样品制备

2.3.3 扫描电镜样品制备

2.3.4 微生物样品 TEM、SEM 分析

2.4 用 MPN 法测量五种污泥中 MTB 的数量

2.4.1 MTB 的收集

2.4.2 稀释菌液

2.4.3 培养

2.4.4 检验

2.5 微好氧菌中分数的测量

2.5.1 检样稀释及培养

2.5.2 菌落计数

2.5.3 菌落计数公式

2.5.4 菌落计数报告

2.6 混合菌生长曲线的测定

2.7 趋磁细菌的分离

2.7.1 实验材料和仪器

2.7.2 混合菌的分离

2.7.3 革兰氏染色实验

2.8 本章小结

第三章 磁化细菌处理重金属废水及其吸附性能的研究

3.1 生物吸附重金属离子的吸附模型

3.2 趋磁细菌吸附重金属实验

3.2.1 趋磁细菌吸附重金属离子的实验测定

3.2.2 五种 MTB 吸附重金属离子的对比实验

3.2.3 磁场对微好氧MTB 吸附重金属离子的影响

3.2.4 微好氧 MTB 的广谱性

3.2.5 趋磁细菌吸附重金属离子影响因素的分析

3.2.6 趋磁细菌吸附重金属离子影响因素的实验研究

3.3 单一金属体系生物吸附动力学模型

3.4 多种金属体系竞争性吸附动力学模型建立与求解

3.4.1 二元吸附系统竞争吸附动力学模型的建立

3.4.2 吸附动力学模型的求解

3.4.3 二元吸附系统竞争吸附的实验研究

3.4.4 模型求解结果

3.5 本章小节

第四章 附着重金属离子的趋磁细菌从水体中的分离

4.1 实验方法和装置

4.1.1 实验方法

4.1.2 实验装置

4.2 多悬丝分离器的实验结果与讨论

4.2.1 悬丝摆放位置的对比实验

4.2.2 磁场强度大小对分离效率的影响

4.2.3 镍丝的扫描电镜观察

4.3 多平板分离器的实验结果与讨论

4.4 本章小节

第五章 磁场-趋磁细菌复合工艺处理含重金属离子废水研究

5.1 厌氧条件下复合工艺处理重金属离子废水

5.1.1 复合工艺处理含 Fe~(2+)离子废水

5.1.2 复合工艺处理含Cr~(3+) 离子废水

5.1.3 复合工艺处理含Ni~(2+) 离子废水

5.2 微好氧条件下复合工艺处理含镍离子废水

5.2.1 实验流程

5.2.2 实验装置和实验条件

5.2.3 实验结果与讨论

5.2.4 平板捕集趋磁细菌情况的研究

5.3 进一步研究的工艺改进

5.4 本章小节

第六章 结论

第七章 研究展望及创新点总结

7.1 研究工作展望

7.1.1 好氧菌的富集培养

7.1.2 利用细胞固定化技术进行趋磁细菌的培养和筛选

7.1.3 MTB 吸附选择性

7.1.4 多场介入强化吸附过程的研究

7.1.5 较完备的吸附和脱附的动力学模型的建立

7.1.6 趋磁细菌在磁场下运动情况的分析

7.2 创新点总结

参考文献

博士期间发表论文和参加科研情况说明

附录

A1 单一金属体系生物吸附动学模型求解程序

A2 二元竞争性吸附动力学模型求解程序

A3 实验原始数据

致谢

发布时间: 2006-05-24

参考文献

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