微生物絮凝剂去除废水中Cd2+的响应面优化及絮凝机理研究

摘要

实验所用的产絮多粘类芽孢杆菌GA1筛选自岳麓山土壤，所产絮凝剂MBFGA1分子量1.18×106Da，成分为多糖和蛋白质，含量比例分别为68.64％、6.86％，主要元素组成为C、N、O，重量百分比Wt％分别为57.3％、2.74％、37.04％，干燥的MBFGA1结构疏松不规则，有空隙结构，大小不等。
　　 本实验采用多粘类芽孢杆菌GA1所产的微生物絮凝剂MBFGA1处理模拟含Cd2+废水。实验运用响应面分析法中的CCD（中心复合设计）法研究了MBFGA1去除废水中Cd2+的最佳条件组合，并根据傅里叶变换红外光谱与环境扫描电镜分析讨论了絮凝机制。CCD实验设定Cd2+去除率为响应值，优化Cd2+初始浓度、MBFGA1投加量、溶液初始pH值和反应时间4种因素为输入变量。响应面实验拟合Cd2+去除率的二次经验模型。方差分析显示，模型F值为11.71，P＜0.0001，相关系数R=0.9154，拟合模型极显著，Cd2+初始浓度、pH和反应时间为显著性因素，Cd2+初始浓度与MBFGA1投加量、Cd2+初始浓度与搅拌时间、MBFGA1投加量与搅拌时间是影响显著交互项。在最优化条件下:Cd2+初始浓度23.60mg/L，MBFGA1投加量27.74mg/L，pH值9.5，反应时间15.97min，检测实验Cd2+去除率高于99.5％。傅里叶变换红外光谱图表明，MBFGA1分子链上含有羧基、羟基、磷酸基等官能团参与了絮凝过程，并且絮体形成过程中有氢键的缔合。结合环境扫描电镜图分析得出，MBFGA1分子在絮凝过程中发生了分子间相互搭接，使多个分子相互链接成整体。背散射和能谱证明MBFGA1对废水中离子态和结合态的Cd2+均有强效去除率。总而言之，MBFGA1对含镉废水的絮凝过程包含范德华力结合、化学反应、吸附架桥、氢键和静电引力等作用。

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摘要

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附表索引

第一章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 水体中重金属的危害

1．2．1 重金属污染的来源

1．2．2 重金属污染的特点

1．2．3 重金属对环境的危害

1．2．4 重金属排放标准

1．3 重金属废水处理手段和生物絮凝法

1．3．1 物理方法

1．3．2 化学方法

1．3．3 生物方法

1．3．4 微生物絮凝法

1．4 微生物絮凝剂概述

1．4．1 絮凝剂的分类

1．4．2 微生物絮凝剂的研究进展

1．4．3 微生物絮凝剂的种类和来源

1．4．4 微生物絮凝剂的应用研究

1．5 微生物絮凝剂的絮凝机理

1．5．1 微生物絮凝剂的絮凝结构和性质

1．5．2 微生物絮凝剂的絮凝性质遗传学研究

1．5．3 絮凝机理

1．6 微生物絮凝剂研究趋势

1．7 本文主要研究内容和实验方案

1．7．1 主要研究内容

1．7．2 研究目的

1．7．3 研究技术路线

1．7．4 实验方案

第二章 MBFGA1的制备和成分分析

2．1 前言

2．2 材料和方法

2．2．1 实验菌种

2．1．2 实验器材

2．2．3 培养方法

2．2．4 MBFGA1成分分析

2．2．5 MBFGA1形态分析

2．3 结果与讨论

2．3．1 絮凝剂主要成分

2．3．2 MBFGA1形态结构分析

2．3 结论

第三章 MBFGA1去除废水中Cd2+的CCD优化

3．1 引言

3．2 材料和方法

3．2．1 仪器和试剂

3．2．2 实验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 单因素实验

3．3．2 响应面优化设计与分析

3．4 结论

第四章 絮体机理分析

4．1 引言

4．2 材料和方法

4．2．1 仪器和试剂

4．2．2 实验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 絮体结合键检验

4．3．2 傅里叶变换红外光谱分析

4．3．3 环境电镜扫描分析

4．3．4 絮凝机理

4．4 结论

结论与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间发表论文目录

致谢