活性污泥胞外聚合物对水中重金属镉锌的吸附效能及机制

摘要

近年来，水体重金属污染日益严重。进入环境的重金属往往参与食物链循环并在生物体内积累与放大，破坏生物体的正常生理代谢，严重危害到人们的身体健康。因此，如何有效去除重金属污染变得十分迫切。生物吸附法同传统重金属处理方法相比，优势明显，尤其对低浓度重金属废水的处理具有非常好的效果。为目前废水处理领域所关注。
　　众多研究表明，微生物胞外聚合物（EPS）对重金属具有良好的吸附效能，在生物吸附中起重要作用。它是微生物细胞分泌的粘性物质，主要成分包括蛋白质，多聚糖，核酸和脂类等，这种组成使其可以通过带负电的配位基同金属离子相互作用而吸附。活性污泥胞外聚合物是除细胞和水分外第三大类活性污泥组成物质，活性污泥质量的80％、总有机物的50%～90%、污泥干重的15%都来自于EPS的贡献。
　　本文以三种活性污泥胞外聚合物作为吸附剂，分别研究其对水中镉、锌的吸附效能及机制。重点考察了pH值、EPS投加量、吸附时间以及共存离子等因素对吸附效能的影响规律。研究发现三种活性污泥胞外聚合物对镉和锌吸附特性良好，速度很快，较短时间内就能达到吸附平衡，其中快速吸附阶段的吸附量占其总吸附量的80%左右。在镉、锌质量浓度为20mg/的条件下，最佳吸附pH值均为6，最佳吸附投加量分别为375mg/L和250mg/L。Langumir方程都能很好描述常温下三种EPS吸附镉、锌的热力学过程，拟合系数表明，EPS对锌的吸附能力、吸附稳定性和亲和力均强于镉。而共存离子实验发现，EPS对镉的选择吸附性强于锌。通过对比分析三种EPS吸附镉、锌的效能得知，糖在吸附过程中起着重要作用，它的官能团易于同重金属结合，但易受pH值变化的影响。此外，还利用红外光谱分析初步探讨了三种EPS吸附镉、锌的机理，结果表明，羟基、氨基、酰胺、羧基和C-O-C基团是EPS吸附镉、锌的主要作用基团。
　　本文表明活性污泥胞外聚合物作为吸附剂前景广阔，具有更深一步的研究价值。从活性污泥中提取胞外聚合物用于重金属污染治理，不但能有效去除重金属，还能同步达到污泥减容减量的目的。以废治污，意义重大。

目录

活性污泥胞外聚合物对水中重金属镉锌的

ADSORPTION ABILITY AND MECHANISM OF CADMIUM AND ZINC IN WATER BY EXTRACELLUAR POLYMERIC SUBSTANCES FROM ACTIVATED SLUDGE

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 生物吸附法处理重金属废水研究概况

1.2.1 生物吸附法的优点

1.2.2 生物吸附剂分类

1.2.3 生物吸附机理

1.3 活性污泥胞外聚合物及其对重金属的吸附

1.3.1 活性污泥胞外聚合物的定义

1.3.2 活性污泥胞外聚合物的位置与组成

1.3.3 活性污泥胞外聚合物对重金属的吸附

1.4 研究意义和研究内容

1.4.1 研究意义

1.4.2 研究内容

第2章 活性污泥胞外聚合物的制备

2.1 实验仪器与试剂

2.1.1 实验仪器

2.1.2 实验试剂

2.2 活性污泥的培养

2.3 活性污泥胞外聚合物的制备

2.3.1 胞外聚合物的制备

2.3.2 胞外聚合物的成分分析

第3章 胞外聚合物吸附镉锌的影响因素

3.1 实验仪器与试剂

3.1.1 实验仪器

3.1.2 实验试剂

3.2 实验方法

3.3 EPSⅠ吸附镉锌的影响因素

3.3.1 吸附时间的影响

3.3.2 pH值的影响

3.3.3 EPS投加量的影响

3.3.4 EPS对镉锌吸附的热力学特征

3.3.5 共存离子的影响

3.4 EPSⅡ吸附镉锌的影响因素

3.4.1 吸附时间的影响

3.4.2 pH值的影响

3.4.3 EPS投加量的影响

3.4.4 EPS对镉锌吸附的热力学特征

3.4.5 共存离子的影响

3.5 EPSⅢ吸附镉锌的影响因素

3.5.1 吸附时间的影响

3.5.2 pH值的影响

3.5.3 EPS投加量的影响

3.5.4 EPS对镉锌吸附的热力学特征

3.5.5 共存离子的影响

3.6 三种EPS吸附镉锌的比较

3.6.1 最佳条件下吸附效果的比较

3.6.2 吸附时间影响的比较

3.6.3 pH影响的比较

3.6.4 吸附特征比较

3.6.5 共存离子影响比较

3.7 本章小结

第4章 胞外聚合物吸附镉锌机理的探讨

4.1 实验仪器与试剂

4.1.1 实验仪器

4.1.2 实验试剂

4.2 样品的制备

4.3 EPSⅠ吸附镉锌的红外光谱分析

4.4 EPSⅡ吸附镉锌的红外光谱分析

4.5 EPSⅢ吸附镉锌的红外光谱分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢