论文部分内容阅读
在我国，每年产生数以亿吨计的农业副产物，造成额外的环境负担;同时，每年有大量工业废水进入环境，造成严重的环境风险。其中，印染废水作为一种产量大、色度高、难降解、处理成本高的工业废水，得到了相关研究人员的广泛关注，并发展了多种处理技术，其中吸附技术是实现印染废水有效净化的措施之一。 农业副产物主要由纤维素、半纤维素、木质素等成分组成，其表面普遍存在较发达的孔洞结构和丰富的功能基团，有利于吸附负载不同类型的污染物。于此，本研究以农业副产物及其化学修饰物为材料，以代表性的阳离子染料亚甲基蓝(MB)为对象，系统研究了基于农业副产物的生物材料的吸附性能和机理。以期为资源化利用农业副产物寻找新的路径，也为印染废水的净化提供更多的选择。总体上，本论文分为三个部分:生物吸附剂的筛选、化学修饰生物吸附剂的制作和使用、生物吸附剂应用中的问题及应对措施。 (1)论文首先在25种常见农业副产物中筛选出了几种具有优良染料吸附效果的生物吸附剂。以筛选出的芝麻壳、油菜荚制备的生物吸附剂为例，进行了系统的表征，对其染料吸附过程和环境影响因素进行了全面考察，探究了其吸附机理。结果表明，筛选出的芝麻壳对MB的吸附能力达到360 mg/g，其吸附机理同时存在物理吸附和化学吸附作用，且以物理吸附为主导，化学吸附为限速步骤。 (2)为了获得具有更加优良吸附性能的生物吸附剂，本研究基于芝麻秸秆和油菜秸秆制备了多种羧酸酯化修饰生物吸附剂。实验制备的柠檬酸和草酸修饰生物吸附剂，对MB的吸附能力最高可达到约650 mg/g。同时，提出了针对生物吸附剂的“4E”评判标准，即Efficient（高效）、Economical（经济）、Environmental-friendly（环境友好）以及Easy-produced（来源和制作方便）。强调在提高生物吸附剂的吸附性能时要考虑其经济性和环境友好性。 (3)论文首次提出将负载了污染物质(MB)的耗竭生物吸附剂在厌氧条件下制作生物质炭，并对制作的生物质炭进行了表征分析。在减量化和无害化处置耗竭生物吸附剂的同时，实现生物材料的再次资源化利用。本研究在450℃条件下厌氧热解制作的基于耗竭生物吸附剂的生物质炭，对低浓度印染废水具有较好的脱色净化能力。 (4)结合前人报道和本研究的结果，发现生物吸附剂使用过程中会提高水体COD含量，且仅仅通过吸附措施还难以实现染料出水的深度净化，其出水往往难以直接排放。为此，本文首次提出基于自然生物膜（periphyton）制成光生物反应器，对低浓度印染废水进行深度净化。结果表明，该生物反应器对低浓度MB废水的平均去除率高于80％，效果显著。其中，吸附作用和生物吸收降解作用皆为净化过程的重要机理。不同处理条件下，吸附作用对MB废水的去除量占其初始浓度的41％-68％，而生物吸收降解占16％-46％。该结果表明，自然生物膜在印染废水的深度净化方面具有一定的应用前景。