好氧微生物颗粒对水体中氟、铜离子及土霉素的去除研究

摘要

水体污染包括氟化物,重金属及有机物污染等,开发有效处理且处理成本低的技术显得越发重要。好氧微生物颗粒技术是一种比较有前景的技术,具有沉降性能好,价格低廉,生物成分含量高,处理效果好的特点。本论文做了三个方面的工作,通过对氟离子的去除研究,探讨了新型改性材料对氟离子的去除机理研究。通过对重金属铜离子去除研究,实现了微生物颗粒的官能团在铜离子去除的量化,从而进一步揭示吸附机理;通过对铜和土霉素共存体系的研究,考察了污染物与颗粒表面的结合程度,从而为进一步研究降解提供理论依据;好氧微生物颗粒改性后,主要研究内容和结果如下:
　　 改性的好氧微生物颗粒的通过FT-IR,XRD和pHpzc进行表征,表明了羧基和三价铈引入成功,改性吸附材料在中性pH下的对氟离子的吸附量是45.80 mg/g,最佳吸附pH范围是3.0-5.0。改性后吸附材料对氟离子的去除效果是未改性的358％。共存离子中,对氟离子去除有利于影响的顺序是K+≈Mg2+＞Ca2+＞Na+的,不利影响的顺序是NO3-＞Cl-＞SO42-＞HCO3-＞PO43-。氟离子吸附适合伪一级动力学模型和Redlich-Peterson模型,相关系数分别是0.999和0.950。柱动力学实验表明,与未改性好氧微生物颗粒相比,改性的新材料在出水氟离子浓度低于1.0 mg/L下需要经历790个柱床。实验结果有效地证明了改性好氧微生物颗粒可以作为一种很有前景的除氟材料。
　　 铜离子的吸附去除研究表明随着pH在3.0-5.0范围内,随着pH的增加吸附量越大,并且符合伪二级动力学模型,拟合系数达0.9999,吸附机理主要包括离子交换和静电吸附两种,离子交换为主要的吸附机理,在离子交换过程中,轻金属K(Ⅰ),Mg(Ⅱ)和Ca(Ⅱ)都参与了交换,其中Ca2+交换的量最多,在静电吸附过程中,胞外聚合物上的官能团对铜离子去除顺序是:-COOH＞-NH2≈-OH＞-PO4,羧基官能团对铜离子去除影响大,占吸附离子交换重量的46.1％。
　　 在铜和土霉素共存的体系中,通过模拟饱和吸附体系后,进行解吸附试验考察了污染物与好氧微生物颗粒的结合的牢固程度,等温线模型拟合后表明Redlich-Peterson模型更适合描述铜(R2=0.992-0.996)和土霉素(R2=0.991-0.996)的吸附过程。在共存体系中,铜和土霉素的吸附量都增加了,说明铜和土霉素的络合物更易于与好氧颗粒结合。在释放试验共存体系中,当一种污染物浓度增加时,另一种污染物释放量呈减低的过程,表明了二者的同时存在不利于另一方的释放。