利用桉叶提取物处理含铬废水及调节污泥重金属生物有效性

摘要

当今环境保护的研究热点和难点之一是处理含重金属离子废水。污泥农用是目前污泥处置较好的办法，但其中的重金属元素污染是阻碍污泥农用的最大障碍。因而，含重金属工业废水的处理和剩余污泥中重金属的处置是非常值得研究的课题。在广西，作为林业废弃物之一的桉树叶是一种重要的生物质资源，其植物多酚等成分含量较高，这些物质上的活性基团能够与重金属发生络合、螯合等反应。本研究拟从桉叶中提取单宁等活性物质，用于处理含重金属的工业废水和污泥。
　　 本研究采用以下研究方法：(1)从桉叶中提取单宁等活性物质，考察温度、料液比和提取时间等影响单宁提取效果的主要因素；(2)采用天然凝胶海藻酸钠将桉叶提取物作固定化处理(immobilized tannin beads，ITB)，用于处理含铬废水，考察反应pH、反应温度、吸附剂用量、接触时间、Cr(Ⅵ)初始浓度和共存离子等对吸附效果的影响；(3)将桉叶提取物添加到污泥中，考察其对Cr、Pb、Cd三种重金属形态和生物有效性的影响。
　　 研究结果表明：
　　 (1)影响桉叶中单宁提取效果的因素，依次为提取温度＞料液比＞提取时间。桉叶中单宁提取的最佳条件为：提取温度为60℃、料液比为1:20、提取时间为60 min。
　　 (2)固定化的桉叶提取物(海藻酸钠凝胶球)能有效地吸附水中Cr(Ⅵ)和总Cr。吸附实验表明，反应pH、反应温度、吸附剂用量和接触时间对吸附效果影响显著，当初始浓度为50 mg·L-1的Cr(Ⅵ)溶液、吸附剂用量为492.8mg·L-1、调节pH为2.0于55℃的条件下反应3h，溶液中Cr(Ⅵ)的去除率几乎达到100%。对Cr(Ⅵ)的去除起阻碍作用的阴离子为CO32-，Cl-、SO42-和NO3-对Cr(Ⅵ)的去除影响不大，阳离子Pb2+、Zn2+、Cr3+和Cu2+对Cr(Ⅵ)的去除均有促进作用。对Cr(Ⅵ)的吸附过程可用二级动力学模型较好描述；Freundlich吸附等温模型能较好地描述Cr(Ⅵ)的吸附过程；由热力学分析得知，吸附过程△G0＜0，△H0＞0，吸附为吸热过程，且能够自发进行。FTIR和SEM-EDS分析表明，可能是ITB在溶液中把Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)后，然后其中的羧基和酚羟基与Cr(Ⅲ)发生配位或螯合等化学反应。
　　 (3)在污泥中加入桉叶提取物后，对于Cr、Pb、Cd而言，Tessier五种重金属形态的前三态(可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态)含量均发生改变。Cr的生物有效性呈降低的趋势，从不稳定态迁移至稳定态，而Pb和Cd则刚好相反。从FTIR和SEM-EDS分析可知，桉叶提取物含有酚羟基，能与污泥中重金属离子发生配位或螯合等化学反应，且污泥的形态与结构有些改变。
　　 研究表明：桉叶提取物去除废水中的Cr(Ⅵ)和总铬效果较好，且改变污泥中的Cr、Pb、Cd三种重金属生物有效性，是一种值得开发利用的资源。本研究为废水和污泥中重金属的处理提供理论依据。

目录

文摘

英文文摘

符号说明

第一章 文献综述

1.1 植物单宁的提取

1.1.1 植物单宁

1.1.2 植物单宁的提取方法

1.2 植物单宁去除废水中重金属的研究进展

1.2.1 植物单宁的固定化

1.2.2 植物单宁去除水中重金属的影响因素

1.2.3 植物单宁去除废水中重金属机理研究进展

1.3 污泥中重金属的生物有效性的研究进展

1.3.1 污泥重金属生物有效性定义及检测方法

1.3.2 影响污泥重金属生物有效性的方法

1.4 本研究的目的、意义和创新点

1.4.1 研究目的和意义

1.4.2 本研究创新点

第二章 桉叶中单宁等活性物质的提取

引言

2.1 实验材料

2.2 实验与分析方法

2.2.1 提取实验

2.2.2 分析方法

2.3 实验结果与讨论

2.3.1 提取温度对提取效果的影响

2.3.2 提取次数对提取效果的影响

2.3.3 料液比对提取效果的影响

2.3.4 提取时间对提取效果的影响

2.3.5 提取的最佳工艺

2.4 本章小结

第三章 桉叶提取物去除废水中Cr(Ⅵ)的研究

引言

3.1 实验材料和方法

3.1.1 实验材料

3.1.2 实验方法

3.2 实验结果与讨论

3.2.1 反应pH对吸附效果的影响

3.2.2 反应温度和单宁提取物用量对吸附效果的影响

3.2.3 接触时间对吸附效果的影响

3.2.4 Cr(Ⅵ)初始浓度对吸附效果的影响

3.2.5 共存离子对吸附效果的影响

3.3 吸附过程研究

3.3.1 等温吸附模型

3.3.2 动力学研究

3.3.3 热力学研究

3.4 机理研究

3.4.1 FTIR分析

3.4.2 SEM-EDS分析

3.4.3 去除水中Cr(Ⅵ)机理分析

3.5 电镀废水的吸附实验

3.6 本章小结

第四章 桉叶提取物对污泥中Cr、Pb、Cd生物有效性的影响

引言

4.1 实验材料

4.2 实验方法

4.2.1 高浓度重金属污泥的培养

4.2.2 污泥中重金属处理

4.2.4 污泥中重金属测定方法

4.3 总铬实验结果与讨论

4.4 Cd(Ⅱ)实验结果与讨论

4.5 Pb(Ⅱ)实验结果与讨论

4.6 机理探讨

4.7.1 FTIR分析

4.6.2 SEM-EDS分析

4.7 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文目录

在读期间参加的科研项目