藻类生物絮凝剂和饮用水除氟生物吸附剂的研究

摘要

1.絮凝法是水处理中运用最为广泛的一种方法。絮凝剂的性质直接影响絮凝效果。用于水处理的生物絮凝剂是从生物体内或分泌物中分离提取的具有絮凝活性的高分子物质，具有资源丰富多样化、原料价格相对低廉、原料产品无毒、高效、产物用后易生物降解、无二次污染等特点，近年来成为研究开发的热点。
　　 目前国内外对菌类絮凝剂的研究较多，但是关于藻类絮凝的研究却很少，与菌类絮凝剂相比较，藻类絮凝剂具有成本低，易培养，工艺流程简单，便于运行操作等特性，可应用于水环境保护及食品加工中。通过一系列藻类絮凝剂的筛选比较，发现衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)培养液具有絮凝能力，对高岭土悬浊液絮凝率可达97.06％。其次，(1)优化衣藻培养过程中影响絮凝剂产率的最佳培养条件(生长过程、初始pH、光照强度、培养温度)，研究结果表明在衣藻培养过程中8-37天，其絮凝率均达90％以上。在pH6-10、光照20-60μEm-2s-1、温度15℃-25℃条件下，有利于衣藻絮凝剂的产出；(2)比较了絮凝过程中不同影响因素条件下(生物絮凝剂量、离子强度和pH)衣藻絮凝剂的最佳处理效果。结果表明，最佳絮凝剂投加量为4mg/L。高岭土悬浊液pH2-10对衣藻絮凝效果影响不大。Ca2+对衣藻絮凝剂有显著促凝作用，其最适用量为2.25mM。此外，采用乙醇沉淀提纯衣藻絮凝剂，并经紫外光谱、糖的呈色反应、考马斯亮蓝法、电泳等方法检测衣藻絮凝剂成分，其组分为47.93％蛋白和35.43％糖类。本文还对其实际应用作了初步的实验研究，结果表明衣藻絮凝剂对造纸废水有一定的絮凝性能。
　　 2.另外，本文研发了一种新型饮用水除氟材料--Bio-F生物除氟剂，通过静态实验和动态柱实验对该材料的除氟性能及除氟机理进行了探讨和研究，确定了连续处理的控制条件与再生水平，并比较了该材料与目前广泛使用的活性氧化铝、沸石、骨碳的除氟效果及影响因素。取得的主要结论包括：
　　 (1)Bio-F生物除氟剂对F的吸附符合Langmuir吸附等温模式(r2=0.9992)，活性氧化铝与斜发沸石吸附等温线方程符合Langmuir吸附等温模型，骨碳吸附等温线方程符合Freundlich吸附等温模型。
　　 (2)沸石除氟效果受pH影响很大，随pH的增加除氟容量降低幅度可达20％；活性氧化铝适用于pH偏酸性水源，其除氟效果受pH影响也较大；而Bio-F生物吸附剂对进水水质适应性强，原水的pH值范围为4～9皆可。
　　 (3)Bio-F生物吸附剂除氟效率高，容量大，其除氟容量可达7.77mg/g，而活性氧化铝与斜发沸石、骨碳吸附容量在0.06～2.6mg/g之间。
　　 (4)骨碳因其机械强度较差，随着再生次数增加，吸附性能衰减迅速，除氟容量明显下降，严重影响除氟效果；活性氧化铝除氟也随着再生次数增加除氟性能逐渐下降，经两个周期使用后，除氟容量降低可达40％～60％。沸石与Bio-F生物吸附剂除氟再生性能稳定，经过十个周期的再生后，其除氟容量几乎无变化。
　　 总之，Bio-F生物除氟剂作为一种天然生物材料，来源广泛，机械强度高，无毒无害。其除氟效果优于传统吸附剂骨碳，且除氟效率高；比活性氧化铝和目前广泛使用的沸石除氟容量也高出＞100％。该除氟剂除氟后水质稳定，安全性高，再生后除氟容量无衰减。并且该除氟剂成本低廉，产品最终成本总计低于2800元/吨，体现了循环经济的方式，其发展前景十分广阔。目前，Bio-F家用型除氟装置已在江苏徐州邳州地区和山东枣庄地区使用。

目录

文摘

英文文摘

1 文献综述

1.1 絮凝技术及其应用现状

1.2 絮凝剂的分类

1.2.1 无机絮凝剂

1.2.2 有机絮凝剂

1.2.3 生物絮凝剂

1.3 絮凝剂的应用概况及存在问题

1.4 絮凝剂发展新动向

1.5 生物絮凝剂特性及研究现状

1.5.1 生物絮凝剂特点

1.5.2 生物絮凝剂的影响因素

1.5.3 生物絮凝剂的絮凝机理

1.5.4 生物絮凝剂研究进展

1.5.5 生物絮凝剂的应用

1.6 本研究的目的与意义

2 高效絮凝活性藻种的筛选

2.1 材料

2.2 仪器

2.3 方法

2.3.1 絮凝活性的测定方法

2.3.2 高岭土悬浊液的制备方法

2.3.3 培养条件优化实验

2.3.4 数据处理和统计分析

2.4 结果及分析

2.4.1 藻生长代谢与絮凝剂产出之关系

2.4.2 培养条件对衣藻产絮凝剂的影响

2.5 讨论

3 衣藻絮凝剂特性研究

3.1 材料

3.1.1 藻种及藻的培养

3.1.2 试剂

3.2 方法

3.2.1 pH对絮凝体系的影响

3.2.2 无机阳离子对絮凝的影响

3.2.3 Ca2+加入量对絮凝作用的影响

3.2.4 絮凝剂粗品的提取方法

3.2.5 絮凝剂的投加量对絮凝效果的影响

3.2.6 絮凝剂成分分析方法

3.3 结果及分析

3.3.1 絮凝反应体系pH值对絮凝活性的影响

3.3.2 无机阳离子对絮凝的影响

3.3.3 Ca2+浓度对衣藻絮凝剂絮凝活性的影响

3.3.4 絮凝剂的投加量对絮凝效果的影响

3.3.5 絮凝剂的成分分析

3.4 结论

4 衣藻絮凝剂对废水的絮凝效果

4.1 材料

4.2 方法

4.2.1 浊度-吸光度标准曲线的绘制

4.2.2 污水浊度的测定

4.3 结果与分析

4.3.1 浊度-吸光度标准曲线

4.3.2 衣藻絮凝剂对乳清废水的絮凝活性分析

4.3.3 衣藻絮凝剂对烟草废水的絮凝活性分析

4.3.4 衣藻絮凝剂对造纸废水的絮凝活性分析

4.4 结果与讨论

5 饮用水除氟——文献综述

5.1 氟化物的性质及危害

5.2 人体对氟化物的摄取与吸收

5.3 氟化物的分布与特点

5.4 国内外除氟技术动态

5.4.1 混凝沉淀法

5.4.2 吸附法

5.4.3 电凝聚法和电渗析法

5.4.4 反渗透和纳滤技术

5.4.5 离子交换法

5.5 本研究目的及意义

6 新型饮用水除氟生物吸附剂的研发

6.1 试验原料与试剂

6.1.1 试验原料

6.1.2 试剂

6.2 试验仪器

6.3 实验分析方法

6.3.1 氟的测定方法

6.3.2 搅拌吸附实验

6.3.3 恒温震荡实验

6.3.4 微柱动态实验

6.3.5 水中铁、锰的测定方法

6.3.6 数据处理和统计分析

6.4 试验内容

6.4.1 静态吸附实验

6.4.2 动态实验内容

6.5 结果及分析

6.5.1 标准曲线的绘制

6.5.2 Bio-F生物除氟剂特点

6.5.3 吸附等温线的绘制

6.5.4 除氟效果随时间的变化

6.5.5 pH值对四种除氟材料除氟容量的影响

6.5.6 氟浓度对四种除氟材料除氟容量的影响

6.5.7 不同水质条件下Bio-F生物除氟剂除氟容量比较

6.6 动态除氟实验

6.6.1 流速与出水氟浓度的关系

6.6.2 动态过柱情况

6.6.3 再生效果比较

6.6.4 示范区运行情况

6.7 结论

参考文献

附录 常用溶液的配制

在读期间已发表和待发表的论文

致谢