电气石吸附特征及强化生物处理效能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huang267321
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电气石具有永久性自发电极、吸附效应、减少分子簇团数目、调节水体的氧化还原电位和改善细胞的新陈代谢等功效。近年来,将电气石应用于水处理领域越来越引起人们的兴趣。本文主要是考察电气石对水中重金属离子的吸附特性、强化生物脱氮的作用、强化生物膜法处理石化废水和载铜电气石硫酸盐还原菌(SRB)抑制剂的制备等方面的研究。  本文研究了电气石对水中Cu()Ⅱ、 Pb()Ⅱ、Zn()Ⅱ和Cd()Ⅱ离子的吸附特征。考虑了电气石粒度、吸附时间、pH、温度等因素对吸附效果的影响,还进行了等温吸附、竞争吸附和动力学行为研究。借助 X-射线衍射、X-光电子能谱和比表面积测定等分析手段,从微观角度探讨了吸附机理。结果表明,电气石粒径减小,吸附量增加。电气石对Pb()Ⅱ的吸附速率快,在作用30min时达到平衡吸附量,Cu()Ⅱ、 Zn()Ⅱ和Cd()Ⅱ的吸附需要60min才能达到平衡;吸附量随着pH值的升高而增加,温度的改变对电气石吸附重金属离子的作用并不明显。电气石对 Cu()Ⅱ、 Pb()Ⅱ、Zn()Ⅱ和Cd()Ⅱ的吸附符合 Langmuir吸附等温式,饱和吸附量分别为78.86,154.08,67.25 and66.67 mg/g。电气石对 Cu()Ⅱ、 Pb()Ⅱ、Zn()Ⅱ和Cd()Ⅱ吸附符合准二级吸附反应动力学模型。在混合体系中重金属离子之间具有竞争吸附现象,Cu()Ⅱ、 Zn()Ⅱ和Cd()Ⅱ的存在对电气石吸附 Pb()Ⅱ的影响不大,在重金属离子混合体系中,电气石的吸附顺序为 Pb()>Cu()>Cd()ⅡⅡⅡ>Zn()Ⅱ。  研究了电气石对好氧反硝化菌株的反硝化特性影响。考察了电气石用量、温度、pH、碳氮比和碳源等因素对生物反硝化效果的影响,并采用了SEM、原子力显微镜和电位仪等分析手段探讨电气石对好氧反硝化细菌的强化机理。结果表明,电气石能够提高好氧反硝化细菌的反硝化能力,明显降低NO3--N、NO2--N、TN和COD的浓度,与未投加电气石的体系相比, NO3--N、TN和COD的去除率分别提高9.6%、32.8%、6.6%。电气石对细菌的生长繁殖有明显的促进作用,使其迅速进入对数生长期,延长稳定期,细菌数量明显增加,纯培养16 h后,细菌数量增加384%。电气石本身自发电极性,能使菌液体系的ORP降低,Zeta电位升高,并具有较高的等电点,这些因素可能是电气石促进好氧反硝化细菌反硝化能力提高的重要原因。  从动态法方面研究了电气石对生物膜法处理石化废水的影响,考察了气水比、水力停留时间和COD/N等因素,对处理前后的石化废水进行GC/MS分析,并对反应器内的填料进行了扫描电镜观察。结果表明,投加电气石的填料TUPE能够促进微生物生长,挂膜的速度快,COD和NH4+-N的去除率比不投加电气石填料UPE提高8%。在气水比在5:1~8:1的范围内,生物膜反应器有较好的COD和NH4+-N去除效果;随着水力停留时间的延长,反应器中石化废水的COD和NH4+-N的去除效率提高。但是,当停留时间为超过24h后,其对去除效果影响不大;增加COD/N比可以有效提高石化废水NH4+-N的去除率。石化废水中共检出100余种有机物污染物,主要是芳香烃类、酸和酯类、酚、醇和醚类和饱和烃类等化合物。生物膜法可以有效降解石化废水中的污染物,投加电气石使有机污染物的种类和数量显著降低作用。当生物膜反应器运行稳定后,经过分离纯化筛选出6株石化废水降解菌。投加电气石的填料TUPE上细菌的数量大,易形成菌胶团。电气石能够促进微生物生长,提高微生物活性,强化废水生物处理效能。因此,电气石有望被开发为一种强化微生物介质材料应用于水处理领域。  以电气石为载体,通过共沉淀法制备载铜电气石硫酸盐还原菌抑制剂(TCU),采用正交试验法对TCU的制备条件进行优化,利用XRD、IR、XPS、SEM和BET等手段对TCU表面特征进行分析。进行了TCU对SRB的影响实验,结果表明,TCU对(Clostridium bifermentans H5)SRB有抑制作用,使其硫酸盐还原能力降低,并使菌液体系的氧化还原电位显著提高。在TCU投加量为1.0g/L时,纯培养48小时后,SRB初始菌的数量由3.5×107个降低到102个;ORP由初始的-300mV升高到138mV,增加了438mV;菌液体系中SO42-浓度基本保持不变。TCU对油田污泥中的SRB同样具有抑制作用,使污泥体系的氧化还原电位提高,TCU对污泥中的反硝化作用和COD的降解的抑制作用并不大。
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