新型高效吸附树脂的合成及其微生物固定化处理高浓度苯酚废水研究

摘要

目前对于高浓度苯酚废水（>5000 mg/L）的处理以吸附法为主，丙烯酸酯类树脂由于带有大量的酯基和苯酚分子间可以产生氢键作用，对苯酚具有良好的吸附作用，同时它的吸附容量大、化学稳定性好，使用寿命长，粒径大小可控，因而在吸附法处理高浓度苯酚废水中得到广泛的应用。本文通过对树脂配方的调整，可以使其具有更好的吸附性能和使用性能。但是由于吸附法本身存在吸附剂吸附饱和之后需要进行解吸再生，残留苯酚浓度较高（存在平衡浓度）等问题，通过吸附-固定化微生物降解技术将生物法引用到处理体系中，可以很好地解决这一问题。然而作为在该技术中起主要作用的载体（吸附剂），丙烯酸酯类树脂小球由于较难挂膜，使其直接应用于吸附-固定化微生物降解技术受到了很大的限制。针对上述实际应用中存在的一些缺陷，本论文主要展开了以下三部分工作：
　　（1）合成了一种新型丙烯酸酯类树脂（BMS树脂），用以处理超高浓度的苯酚废水。该树脂在pH=4-7范围内对苯酚有良好的吸附性，并且该吸附过程受温度影响很小。Langmuir和 Freundlich吸附方程均能较好地拟合平衡吸附数据，而对于Freundlich方程的拟合程度更好，说明该吸附过程为多分子层吸附。通过与活性炭纤维（ACF）和XAD-4树脂的对比实验发现，该树脂在高浓度下具有超大吸附量（最大可达1107.53 mg/g），更适合处理超高浓度的苯酚废水（10000 mg/L-93000 mg/L）。另外，吸附达饱和的BMS树脂可以用10%氢氧化钠溶液进行再生后投入循环使用，再生后BMS树脂的吸附性能几乎没有下降。吸附动力学数据则与pseudo-second-order方程的拟合度最佳，苯酚分子由粒子表面向粒子内部扩散的速率是决定吸附速率的主要因素。同时通过对吸附过程的热力学计算进一步验证了吸附机理。
　　（2）由于吸附法在吸附剂吸附饱和之后需要对吸附剂进行再生，可以通过引入微生物降解技术来解决这一问题，实现原位再生，同时解决单纯微生物法一般不能直接用于高浓度苯酚废水的浓度限制问题。但是作为吸附剂的丙烯酸酯型吸附树脂存在挂膜难的问题，因此本文设计了一种新的复合材料来满足使用需求。以对微生物具有很好亲和力的聚酯纤维作为基体材料，将吸附树脂直接聚合在纤维基体上，它可以同时扮演微生物载体和苯酚吸附剂的角色。通过对苯酚降解菌的驯化及其固定化得到复合材料，用以处理高浓度的苯酚废水（浓度范围3000-5000 mg/L）。选用Pseudomonas putida为苯酚降解菌，该菌种经过驯化之后，确定了其降解苯酚的最佳条件为T=30?C, pH=7。在该最佳条件下，将Pseudomonas putida负载在制备好的复合载体（吸附剂）上进行苯酚的降解。该过程可以将3000 mg/L、4000 mg/L、5000 mg/L的苯酚溶液分别在60 h、70 h、80 h内完全处理干净（苯酚浓度降为0）。为了分析其降解机理，分别对载体本身的吸附性能和释放性能进行了研究，提出了新的“吸附-微生物降解-释放”理论，为其相关研究和工程实际应用提供科学理论依据。
　　（3）活性炭纤维（ACF）材料由于其本身的结构特点，很适合用作吸附-固定化微生物法中的载体，因此本文也以ACF为载体，负载驯化后的Pseudomonas putida，对高浓度苯酚废水的降解效果进行了研究。通过研究发现，其吸附特性与释放性能表现出和树脂型吸附剂不同的机理，在本论文研究的浓度范围内（10000 mg/L左右）可以使微生物的降解效率达到最大，可以将浓度为10000 mg/L的苯酚废水在120 h内完全处理干净。因此，在处理超高浓度的苯酚溶液中具有独特的优势。同时，该研究也为吸附-固定化微生物降解技术的完善提供了一定的理论依据。

目录

封面

2013年5月

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 文献综述1.1 引 言

1.2 含苯酚废水主要处理技术

1.3 固定化微生物技术及其研究进展

1.4 新型处理技术吸附-固定化微生物降解法在苯酚废水处理中的应用

1.5 论文选题的意义和研究内容

第二章 新型丙烯酸酯类苯酚吸附树脂的合成及其吸附性能研究

2.1 引 言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 负载微生物的丙烯酸酯复合纤维材料对高浓度苯酚的处理方法研究

3.1 引 言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 负载微生物的活性炭纤维（ACF）对超高浓度苯酚的处理方法研究

4.1 引 言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 结论与展望5.1 本文总结

5.2 展 望

参考文献

攻读学位期间论文发表和整理情况

致谢