电辅助微生物还原降解偶氮染料的过程及机理研究

摘要

由于偶氮染料在印染、造纸等工业生产中的广泛使用，造成全世界染料废水大部分都是偶氮染料废水，并且其废水具有高毒性、高色度、成分复杂等特点对环境危害极大，成为公认的难处理废水。研究发现，单纯的物理、化学或生物方法，虽然对偶氮染料有一定的降解，但使用任一种处理手段都不太理想。本文将电化学和微生物体系相结合，组成电辅助微生物体系还原污染物。前期研究发现电辅助微生物对氯酚类难降解污染物有良好的去除效果，但是否对偶氮染料也能达到较好的去除，以及降解过程和机理，目前较少，需要进行深入研究。
　　本文选取偶氮染料活性艳红X-3B为处理对象，首先对比研究了电辅助微生物体系（EAMS）、电化学体系(ECS)和微生物体系(MS)厌氧条件下对活性艳红X-3B的降解性能。其次在EAMS中研究关键影响因素，包括外电压、温度、硫酸根以及硝酸根对降解活性艳红X-3B的影响，确定最佳电压以及反应的活化能，并通过紫外-可见分光光度计、GC-MS对降解产物进行分析，推测EAMS对活性艳红X-3B降解机理。最后，在EAMS中加入氧化还原介体蒽醌-2-磺酸盐(AQS)，研究AQS对偶氮染料降解的强化效果以及反应体系的电流变化，并对其强化机理进行分析。
　　研究结果表明:与ECS和MS相比，EAMS中电化学催化和微生物降解技术对染料降解存在协同作用，大大提升了活性艳红X-3B的降解率。不同电压下染料的降解符合一级动力学特征，且0.4V电压下染料降解最快。在一定温度范围内，温度升高有助于染料的降解，由阿伦尼乌斯方程估算得EAMS降解活性艳红X-3B的活化能为60.526kJ/mol，说明染料降解主要依靠微生物的氧化还原，而不是生物吸附。硫酸根对染料还原影响不大，只有当浓度高达600mg/L后，染料降解率略微降低。硝酸根对染料还原影响较大，加入任何浓度的硝酸盐，前6h染料降解速率均下降，主要原因是反硝化菌夺电子能力较强，硝酸根优先被还原。在EAMS中，活性艳红X-3B中偶氮键首先断裂，三嗪结构以及萘环结构也可被降解，苯环部分被降解为烷烃，并且有新的苯类物质产生。对EAMS和MS中活性艳红X-3B的产物进行GC-MS分析，发现EAMS中主要产物为无毒的烷烃类物质，而MS中主要产物为有毒的苯类物质。当c(AQS)为0.050mmol/L时，染料降解最快，一级动力学常数为1.962h-1，是未添加AQS的(0.2644h-1)7.42倍。加入AQS后，体系中电流升高，说明AQS加快了降解过程中电子传递速率。研究显示，AQS的加入实现了电极-远离电极的微生物-染料之间多相反应界面远程电子传递过程，使整个体系的微生物都可以快速发挥作用，达到强化降解偶氮染料。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 偶氮染料废水的特点及危害

1．1．1 偶氮染料废水的来源

1．1．2 偶氮染料废水的特点

1．1．3 偶氮染料废水的危害

1．2 偶氮染料废水的处理现状

1．2．1 物理法

1．2．2 化学法

1．2．3 生物法

1．2．4 生物电化学法

1．3 氧化还原介体对偶氮染料脱色的研究

1．4 电辅助微生物系统的研究

1．4．1 电辅助微生物系统简介

1．4．2 电辅助微生物系统的研究现状

1．5 课题研究的目的意义及主要内容

1．5．1 课题来源

1．5．2 课题研究的目的及意义

1．5．3 课题研究的主要内容

第二章 实验材料与方法

2．1 实验试剂和仪器

2．2 实验用水及污泥驯化

2．2．1 实验用水

2．2．2 污泥来源及驯化

2．3 实验装置及实验运行条件

2．4 实验测试方法

2．4．1 紫外-可见分析

2．4．2 GC-MS分析

2．4．3 反应体系电流的测定

第三章 电辅助微生物降解活性艳红X-3B的性能研究

3．1 三种体系对活性艳红X-3B的降解效果

3．2 不同电压下EAMS对活性艳红X-3B的降解效率及其动力学分析

3．2．1 电压对EAMS降解活性艳红X-3B的影响

3．2．2 EAMS降解活性艳红X-3B的反应动力学分析

3．3 温度对活性艳红X-3B的降解效率的影响及活化能的计算

3．3．1 温度对EAMS降解活性艳红X-3B的影响

3．3．2 活化能

3．4 不同电子受体对染料降解的影响

3．4．1 硫酸根离子对染料降解的影响

3．4．2 硝酸根离子对染料降解的影响

3．5 本章小结

第四章 电辅助微生物对活性艳红X-3B的降解机理

4．1 紫外-可见光谱分析

4．2 GC-MS谱图分析

4．3 在电辅助微生物系统中活性艳红X-3B可能的降解途径

4．4 本章小结

第五章 AQS强化电辅助微生物降解活性艳红X-3B的研究

5．1 AQS对EAMS降解活性艳红X-3B的影响

5．2 不同c(AQS)下反应体系中电流的变化

5．3 AQS强化电辅助微生物还原偶氮染料机理探究

5．4 本章小结

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

发表论文及科研情况

致谢