生物吸附剂处理含Cr(Ⅵ)废水的基础研究

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由于工业生产的飞速发展,环境中的Cr(Ⅵ)污染日益严重,特别是冶金、金属加工、电镀、制革、颜料、印染等行业所排放出的含Cr(Ⅵ)废水已成为当前环境污染的主要问题。Cr(Ⅵ)的化合物具有较高的毒性,并且进入水体后可随水体迁移,严重威胁周边的生态环境和人类的生存质量。现有的含Cr(Ⅵ)废水的处理方法往往在不同程度上存在着投资大、运行费用高、产泥量大、易造成二次污染等问题。固定化微生物技术由于具有微生物密集,可维持反应器中的高生物量浓度,并且易于固液分离,特别适用于含有有毒有害物质的处理,目前已成为一种高效、经济的新兴处理技术。本论文拟采用生物固定化技术制备生物吸附剂处理低浓度含Cr(Ⅵ)废水。本论文以城市污水处理厂的活性污泥作为生物吸附材料,分别进行海藻酸钙生物吸附剂和聚氨酯泡沫生物吸附剂处理含Cr(Ⅵ)废水的研究,考察了影响吸附的因素,确定了吸附性能,分析了对Cr(Ⅵ)的吸附过程机理。海藻酸钙生物吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附主要受废水pH值、吸附剂投加量的影响。在本次试验中,在投加量0.6g(污泥干重)/100mL(废水),废水pH值2,吸附温度25℃的最佳吸附条件下,海藻酸钙生物吸附剂对10mg/L的含Cr(Ⅵ)废水的去除率为97.95%,吸附量为1.63mg(Cr(Ⅵ))/g(污泥干重)。穿透吸附容量为5.35mg/g,对应的吸附速率为0.206mg.g-1.h-1;耗竭吸附容量为7.27mg/g,对应的吸附速率为0.145mg.g-1.h-1。对吸附过程机理分析表明:海藻酸钙生物吸附剂对Cr(Ⅵ)起吸附去除作用的主要是污泥。吸附过程为多分子层的物理吸附过程。海藻酸钙包埋固定化后的生物吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附能力和亲和能力大于悬浮活性污泥。聚氨酯泡沫生物吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附主要受废水pH值、吸附剂投加量的影响。在本次试验中,在投加量0.92g(污泥干重)/100mL(废水),废水pH值1,吸附温度25℃的最佳吸附条件下,聚氨酯泡沫生物吸附剂对10mg/L的含Cr(Ⅵ)废水的去除率为97.97%,吸附量为1.00mg Cr(Ⅵ)/g(污泥干重)。穿透吸附容量为7.35mg/g,对应的吸附速率为0.377mg.g-1.h-1;耗竭吸附容量为14.37mg/g,对应的吸附速率为0.230mg.g-1.h-1。对吸附过程机理分析表明:聚氨酯泡沫生物吸附剂对Cr(Ⅵ)起吸附去除作用的主要是污泥。吸附过程为多分子层的物理吸附过程。经过聚氨酯泡沫吸附固定化后的生物吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附能力和亲和能力大于悬浮活性污泥。海藻酸钙生物吸附剂和聚氨酯泡沫生物吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附动力学方程式符合Lagergren拟二级速率方程,在本试验操作条件下,海藻酸钙生物吸附剂与聚氨泡沫生物吸附剂的Lagergren拟二级速率方程分别为:QT=1.9615t/0.194+t Qt=2.5284t/0.7067+t海藻酸钙生物吸附剂和聚氨酯泡沫生物吸附剂对Cr(Ⅵ)的等温吸附规律可以用Freundlich方程描述。在本试验操作条件下,海藻酸钙生物吸附剂和聚氨酯泡沫生物吸附剂对Cr(Ⅵ)的等温吸附方程分别为:lgQe=0.4589lgce+0.1382 lgQe=0.4149lgce+0.1959在本试验的操作条件下,聚氨酯泡沫生物吸附剂对Cr(Ⅵ)的平衡吸附量Qe、亲和能力、穿透吸附容量、耗竭吸附容量、吸附速率均大于海藻酸钙生物吸附剂,且更易吸附Cr(Ⅵ)。同时由于聚氨酯泡沫生物吸附剂的载体具有机械强度高、寿命长、价格低廉、性质稳定、不易被生物降解、固定化过程简单等特点,使得聚氨酯泡沫生物吸附剂具有较好的应用前景。活性污泥具有吸附容量大、效率高、选择性较好、pH值和温度的适用范围广等优点,是一种比较理想的吸附材料。通过固定化微生物技术将其制备成生物吸附剂,不仅可以提高吸附容量,而且特别适用于含有有毒有害物质的处理。该技术的研究还可以有效利用城市污水处理厂的活性污泥,变废为宝。
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