含鉻重金屬?gòu)U水微生物處理技術(shù)與機(jī)理研究.pdf

1、重金屬污染已經(jīng)成為當(dāng)前危害最大的水污染問(wèn)題之一，其中六價(jià)鉻是毒性較大的一類(lèi)污染元素。由于部分加工企業(yè)盲目排放超標(biāo)含鉻廢水，已對(duì)區(qū)域水體和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染且已經(jīng)危害到了人類(lèi)的生存和健康。生物吸附重金屬技術(shù)以其吸附快、成本低、易操作、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)而廣受青睞。尤其是在處理低濃度(1-100mg/l)重金屬離子廢水的過(guò)程中可以作為傳統(tǒng)處理技術(shù)的一個(gè)完善或補(bǔ)充，將毒性極大的六價(jià)鉻從水體中一次性去除。本文針對(duì)六價(jià)鉻水體污染的微生物吸附

2、處理技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 固定化科恩根霉填充柱吸附Cr(VI)的研究結(jié)果表明：三種載體適宜于本實(shí)驗(yàn)所用菌體的固定化；吸附前對(duì)吸附劑進(jìn)行酸預(yù)處理的效果顯著，吸附速率明顯被提高，與對(duì)照相比，木屑和聚亞安酯固定的活菌體，其六價(jià)鉻去除效率分別增加了38％和44％；而海藻酸鈣和聚亞安酯固定的死菌體的去除效率分別增加了21％和44％。 Langmuir模型用來(lái)描述Cr(VI)的填充柱等溫吸附過(guò)程，線性回歸分析的結(jié)果顯示：相關(guān)系

3、數(shù)r2均在0.99以上，表明此模型能夠很好地用于描述四種固定化生物吸附劑的填充柱對(duì)Cr(VI)的吸附過(guò)程。分離因子RL均在0與1之間，表明吸附劑適宜與Cr(VI)的生物吸附。Thomas模型被用來(lái)擬合填充柱實(shí)驗(yàn)，根據(jù)Thomas模型計(jì)算出的q0值與分批實(shí)驗(yàn)所得q0值基本一致，標(biāo)準(zhǔn)離差小于4％，說(shuō)明該模型能夠應(yīng)用于本實(shí)驗(yàn)填充柱吸附去除水體中Cr(Ⅵ)的研究。 解吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，0.1M NaOH溶液解吸附效果明顯好于0.1M

4、NaAC，NaCO3，NaCl和NaNO3溶液，約98％被吸附的Cr(Ⅵ)被解吸出來(lái)。四種固定化吸附劑填充柱的5個(gè)吸附-解吸附循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：吸附劑對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附和解吸附是一個(gè)可逆的過(guò)程。經(jīng)過(guò)再生后，吸附劑對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附與解吸附效率仍然保持較高的水平，展現(xiàn)出了較好的實(shí)際應(yīng)用潛能。 海藻酸鈉和聚乙烯醇作為基質(zhì)，利用包埋的方法將微生物科恩根霉和磁性納米顆粒進(jìn)行固定，制備了具有生物功能的磁性吸附劑。該吸附劑被用于Cr(Ⅵ)

5、廢水的生物吸附處理，在外加磁場(chǎng)的作用下，能夠迅速地對(duì)固液相進(jìn)行磁性分離。自制Fe3O4顆粒直徑約為20nm，其磁性經(jīng)振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測(cè)定，結(jié)果證明其具備永久磁性。生物功能磁珠在pH為0.12，溫度為0-50℃，攪拌速率為200 rpm的條件下，96h內(nèi)各項(xiàng)性能保持完好。其中在pH為1，溫度為28℃，100 rpm的條件下最利于Cr(Ⅵ)的生物吸附。共存離子對(duì)生物功能磁珠吸附Cr(Ⅵ)的影響不僅依賴于共存離子和目標(biāo)離子的量，而且也依賴于離子

6、的價(jià)態(tài)。鉻主要以Cr(Ⅵ)的形式被生物功能磁珠吸附，約15％的Cr(Ⅵ)被還原成Cr(Ⅲ)。Langmuir和Lagergren模型能夠很好擬合Cr(Ⅵ)的等溫和動(dòng)力學(xué)吸附過(guò)程。實(shí)驗(yàn)證明，該吸附劑同時(shí)具有良好的吸附性能和優(yōu)越的分離優(yōu)勢(shì)。 工業(yè)發(fā)酵廢棄菌體作為廉價(jià)吸附劑，并且利用物理學(xué)中的磁性分離原理以及微生物固定化技術(shù)，制備了吸附迅速，分離簡(jiǎn)單，可以重復(fù)利用的去除水體中Cr(Ⅵ)的新型應(yīng)用性技術(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)初步驗(yàn)證了其商業(yè)開(kāi)發(fā)應(yīng)

7、用的潛能。 本研究通過(guò)對(duì)FT-IR和RS的圖譜進(jìn)行分析，結(jié)果表明：在Cr(Ⅵ)的生物吸附去除過(guò)程中，微生物細(xì)胞成分氨基發(fā)揮著主要作用。酸性的溶液條件利于微生物細(xì)胞成分如氨基等的質(zhì)子化發(fā)生，通過(guò)靜電作用快速吸附強(qiáng)酸條件下低濃度鉻酸鹽溶液中的優(yōu)勢(shì)陰離子HCrO-4和CrO2-4。除此之外，還包括生物吸附劑與Cr(Ⅵ)的氧化還原作用，即將Cr(Ⅵ)還原為Cr(Ⅲ)。因此，Cr(Ⅵ)的生物吸附機(jī)理可能存在兩方面作用：一是物理過(guò)程靜電作