粉煤灰-微生物絮凝剂联合去除含铅废水的研究

摘要

随着社会经济的快速发展，重金属污染情况越来越严重，而作为毒性最大的重金属之一的Pb2+，主要来源于工业废水中，其可以通过呼吸道、消化道甚至皮肤进入到人体内，且不断蓄积，从而对人体各系统造成伤害。如何选择一种高效且环保的方法成为研究热点。微生物絮凝剂具有可生物降解、无毒、安全、高效、且没有二次污染等特点，但生产成本高等局限性限制了其规模化生产应用。粉煤灰因为其离子交换容量高、比表面积大等特点逐步代替天然沸石应用于废水处理等领域，但粉煤灰的利用效率较低。因此，本研究提出利用粉煤灰与微生物絮凝剂协同作用去除水中重金属Pb2+，从而提高水处理效率。首先，分别单独优化粉煤灰及微生物絮凝剂处理Pb2+的最佳条件，同时根据动力学及热力学模型，揭示反应机制。在此基础上，通过采用响应曲面优化法确定粉煤灰与微生物絮凝剂联合后的最优组合。研究的主要内容和结果如下：
　　采用分离纯化技术从内蒙古地区盐碱地中筛选出一株高效絮凝剂产生菌，编号为HG6，16S rDNA鉴定为Oceanobacillus polygoni。研究优化了这种新型的耐盐，嗜碱型微生物絮凝剂MBF-HG6的生产制备。该微生物絮凝剂产生菌的最佳培养基的碳源，氮源，金属离子和初始pH分别为淀粉，尿素，Fe2+和pH9.0。所得微生物絮凝剂在0℃至60℃的温度范围内显示出良好的热稳定性。纯化的MBF-HG6含有81.53％多糖和9.98％蛋白质。傅里叶变换红外光谱表明，MBF-HG6中含有羧基，羟基和氨基。通过响应曲面优化法发现当投加6.96 mL MBF-HG6，4.77 mL CaCl2（1％，m/v）和19.24 g/L NaCl时其絮凝活性可以达到90.25％。
　　分别考察粉煤灰与微生物絮凝剂MBF-HG6在不同影响因素下对Pb2+的去除效果，以及研究粉煤灰及MBF-HG6去除Pb2+的过程中的吸附行为等温模型、动力学、热力学，并对粉煤灰及MBF-HG6吸附Pb2+的机理进行了初步探讨。再此基础上，采用 BBD法研究了粉煤灰与微生物絮凝剂联合去除废水中Pb2+的最佳条件组合，设定响应值为Pb2+的去除率，方差分析显示，模型F值为17.30，P=0.0005，相关系数R=0.9017，拟合模型极显著。在最优条件下：粉煤灰投加量1.46 g/L，MBF-HG6投加量0.888 g/L，CaCl2投加量15.6 mL/L（1%，w/v），测定Pb2+的去除率达到99.75%。与单独使用粉煤灰去除Pb2+及单独使用MBF-HG6去除Pb2+时相比，节省了粉煤灰及MBF-HG6的投加量。
　　通过Zeta电位分析发现，粉煤灰与MBF-HG6对Pb2+的去除过程中存在电中和作用及吸附架桥机理，在粉煤灰中加入 MBF-HG6及助凝剂 CaCl2，对于胶体颗粒脱稳后的絮凝和吸附架桥具有巩固作用，能够实现最大限度地去除含铅废水中的重金属。

目录

声明

第一章 绪论

1.1含铅废水的来源及危害

1.2含铅废水的处理方法

1.3粉煤灰—微生物絮凝剂处理含铅废水

1.4 课题研究的目的、意义及内容

第二章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 分析方法

第三章 微生物絮凝剂产生菌的制备

3.1 引言

3.2 微生物絮凝剂产生菌的分离、筛选

3.3 菌种的鉴定

3.4 MBF-HG6培养条件优化

3.5 响应曲面优化

3.6 MBF-HG6絮凝特性

3.7 本章小结

第四章 MBF-HG6对Pb2+的处理及吸附机理研究

4.1 实验方法

4.2 MBF-HG6对含Pb2+废水处理效果的影响因素

4.3吸附平衡实验

4.4等温吸附模型拟合

4.5吸附动力学方程拟合

4.6 吸附热力学研究

4.7 傅里叶红外光谱(FT-IR)分析

4.8 环境扫描电镜(ESEM)分析

4.9 本章小结

第五章 粉煤灰对Pb2+的处理及吸附机理研究

5.1 实验方法

5.2粉煤灰对含Pb2+废水处理效果的影响因素

5.3吸附平衡实验

5.4等温吸附模型拟合

5.5吸附动力学方程拟合

5.6 吸附热力学研究

5.7 傅里叶红外光谱(FT-IR)分析

5.8 环境扫描电镜(ESEM)分析

5.9 本章小结

第六章 粉煤灰与微生物絮凝剂联合对Pb2+的处理及吸附机理研究

6.1 实验方法

6.2 粉煤灰与微生物絮凝剂联合对含Pb2+废水处理效果的影响因素

6.3 Zeta电位分析

6.4 本章小结

结论与建议

结论

建议

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果