微生物絮凝劑對廢水中鉛的處理

1、題目 微生物絮凝劑對廢水中鉛的處理 摘 要1第一章 前言21.1傳統(tǒng)重金屬廢水處理方法3化學(xué)沉淀法3浮選法3過濾法3電處理41.2微生物絮凝劑的介紹41.3國內(nèi)外微生物絮凝劑的研究狀況5國外研究狀況5國內(nèi)研究現(xiàn)狀61.4 LDHs的概述71.5 論文選題的目的和意義7第二章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容82.1實(shí)驗(yàn)材料82.2儀器82.3實(shí)驗(yàn)步驟9和微生物絮凝劑的制備：9各種因素對吸附的影響10第三章 絮凝劑對廢水中鉛的處理研究113.1碳酸型水滑石表征結(jié)果以及結(jié)合絮凝劑的電鏡效果113.2結(jié)果與討論14平衡時間及熱力學(xué)吸附模型的確立143.2.2 pH值對吸附的影響15鎘離子的存在對吸附的影響16投加量對吸附的

2、影響18第四章 結(jié)論與展望184.1結(jié)論194.2前景與展望19參考文獻(xiàn)20致謝21 摘 要 水體中的鉛是環(huán)境的危險污染物之一，尋找經(jīng)濟(jì)、高效的廢水中鉛的去除方法是水處理研究 的熱點(diǎn)問題。這篇論文是進(jìn)行優(yōu)化處理微生物絮凝劑。首先制備了LDHs，再進(jìn)行制備胞外聚合物。將LDHs進(jìn)行了表征。將兩者相結(jié)合，合成新型的微生物絮凝劑，表征結(jié)合的效果。然后進(jìn)行優(yōu)化處理廢水中的鉛離子。通過設(shè)定不同的溫度、pH值來研究它們對吸附的影響，探究了絮凝劑投加量等對處理效果的影響。初步得出，在35、pH=6、投加量適宜、不存在外界重金屬干擾離子等情況下，微生物絮凝劑具有比較好的絮凝效果。關(guān)鍵詞：胞外聚合物 微生物絮凝

3、劑 鉛離子 廢水 LDHs 優(yōu)化 Abstract Lead in wastewater is one of hazardous pollutants in environment. Finding an economic and effective method for removing Pb2+ from wastewater has been the hot point problem in water treatment researches.In this papers,my itention is to optimize microbial flocculants.First pr

4、epare LDHs, then extracellular polymeric substances.LDHs were characterized. Comebine them to make the synthesis of new microbial flocculants.Characterize the combined products.And then apply the products into the improvement of Lead ions in the wastewater. By setting different temperatures, pH valu

5、es to study their influence on the adsorption, and to explore the treatment effect of flocculant dosage and so on. Draw the preliminary conclusion,the appropriate conditions is 35, pH = 6 .When the flocculant dosage is appropriate and there is no heavy metals outside interference ions, microbial flo

6、cculant has a better treatment effect.Key words: extracellular polymers; microbial flocculants,; lead ions; wastewater, LDHs,; optimization 第一章 前言 20世紀(jì)以來科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高了人民的生活水平，然而，與此同時，人類也付出了慘重的代價。由于工業(yè)“三廢”機(jī)動車尾氣的排放、污水灌溉和農(nóng)藥、除草劑、化肥等的使用以及礦業(yè)的發(fā)展，嚴(yán)重地污染了土壤、水質(zhì)和大氣。據(jù)報道，1989年中國有色冶金工業(yè)向環(huán)境中排放重金屬Hg為56t，Cd為88 t

7、，As為173t，Pb為226t。美國科學(xué)家對一些公路及城市的土壤進(jìn)行過化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)其中鉛的含量出奇的高，達(dá)到最大允許量的幾十倍，甚至幾百倍。2004年，夏厚林等人根據(jù)中國藥典2000 版一部附錄重金屬檢查法及對外貿(mào)易經(jīng)濟(jì)合作部頒布的藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)鉛、鎘、汞的測定法，測定了元胡止痛片中重金屬總量，結(jié)果鉛、鎘、汞含量均有不同程度的超標(biāo)。重金屬污染目前已相當(dāng)嚴(yán)重，其對環(huán)境和生物的危害極大，同時，其易通過食物鏈而富集，因此，已經(jīng)引起了世界各國科學(xué)家的高度重視，解決這個問題已迫在眉睫。在這些重金屬中，鉛是可在人體和動物組織中積蓄的有毒金屬。主要來源于各種油漆、涂料、蓄電池、冶

8、煉、五金、機(jī)械、電鍍、化妝品、染發(fā)劑、釉彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自來水管等。它是通過皮膚、消化道、呼吸道進(jìn)入體內(nèi)與多種器官親和，主要毒性效應(yīng)是貧血癥、神經(jīng)機(jī)能失調(diào)和腎損傷，易受害的人群有兒童、老人、免疫低下人群。鉛對水生生物的安全濃度為0.16mg/L，用含鉛0.14.4mg/L的水灌溉水稻和小麥時，作物中鉛含量明顯增加。人體內(nèi)正常的鉛含量應(yīng)該在0.1毫克/升，如果含量超標(biāo)，導(dǎo)致血紅蛋白合成障礙而出現(xiàn)貧血，損害神經(jīng)系統(tǒng)。而幼兒大腦受鉛的損害要比成人敏感得多1。隨著社會的發(fā)展 ，對含鉛廢水進(jìn)行處理并綜合回收利用是生產(chǎn)和生活中不容忽視的問題。選擇合適的重金屬處理方法對減輕環(huán)境污染顯得尤為重要

9、，傳統(tǒng)的處理方法有以下幾種:1.1傳統(tǒng)重金屬廢水處理方法化學(xué)沉淀法 化學(xué)沉淀法被廣泛應(yīng)用于廢水中重金屬離子的去除。溶解的金屬離子在pH值調(diào)整11后，與沉淀劑(如石灰)轉(zhuǎn)化為不溶的固體，其中比較典型的是氫氧化物。石灰和氫氧化鈣是最普遍使用的沉淀劑?；瘜W(xué)沉淀法的突出優(yōu)點(diǎn)是過程簡單、設(shè)備投資少、操作方便安全等。缺點(diǎn)是不僅需要大量的沉淀劑，還必須對產(chǎn)生的廢漿作進(jìn)一步處理。浮選法 浮選法是利用氣泡從液相中分離固體或其他液體的方法，具體是指附著在氣泡上的粒子可隨氣泡的上浮將依附在粒子上的重金屬離子加以分離。浮選法是一種物理分離過程，它在去除廢水中的重金屬離子上很有潛力。浮選法分為以下幾類：分散空氣浮選法，

10、溶解空氣浮選法，真空空氣浮選法，電浮選法， 生物浮選法。其中，溶解空氣浮選法是用來處理含重金屬離子廢水最普遍的方法。該方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：對小粒子有良好的去除效果、處理時間較短、費(fèi)用較低，是一種有潛力的廢水處理方法2。 過濾法(一）膜過濾法 膜過濾法不僅能去除懸浮固體物與有機(jī)物，還能高效地去除無機(jī)污染物，比如重金屬物質(zhì)。在處理無機(jī)廢水中，根據(jù)保留顆粒的尺寸大小，可選擇超濾、納米過濾以及反滲透法等不同的過濾方法。 （二）超濾法 超濾法應(yīng)用透過膜分離無機(jī)廢水中的重金屬。透過膜的尺寸范圍為520nm，可以使水以及低分子量的溶質(zhì)通過，大分子(分子量1000100000)以及懸浮的固體顆粒物等其他物質(zhì)則被

11、截留下來 。 （三）納米過濾 納米過濾膜介于超濾膜與反滲透膜之間。它的分離機(jī)理包括原子篩分效應(yīng)與電效應(yīng)。納米膜上的帶電離子與液體中的離子形成離子對，同時后者被除去。這種膜的小孔道以及表面電荷使得尺寸小于孔道的離子能被去除。納米過濾法比反滲透法需要的壓力低，因此，操作費(fèi)用也較后者低。一般說來，納米過濾法可以處理含重金屬離子濃度大于2000mg/L的無機(jī)廢水。如何在多種膜分離方法中選擇最合適的，主要考慮以下幾個因素：廢水的性質(zhì)、金屬離子在水中的本性與濃度、pH值與溫度。除此之外，膜還要和投料溶液與清潔劑相配套，以使表面污塞最小。 電處理 電滲析是一種膜分離技術(shù)，在加以電勢的情況下，溶液中的離子化物

12、種通過離子交換膜。膜是具有正電荷或負(fù)電荷的塑料。當(dāng)含有離子的溶液通過膜時：陽離子向負(fù)極運(yùn)動，陰離子向正極運(yùn)動，通過離子交換膜。電滲法并不能有效去除濃度大于1000mgL的離子，它更適用于濃度小于20mgL的離子的去除。膜電解是一種電勢作用下的化學(xué)過程。它可被用于金屬離子的純化。陰極有兩類：傳統(tǒng)的金屬陰極、高比表面的陰極。電解發(fā)生時，正極發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)。這一方法被有效地應(yīng)用于碳電極廢水中鎘離子的去除上。缺點(diǎn)是能耗較高。電沉積為了更有效地去除廢水中的重金屬離子，研究者將電壓加到傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀方法中。根據(jù)電極的不同，電沉積可以分別應(yīng)用于酸性和堿性溶液中。 上述傳統(tǒng)的去除方法都或多或少

13、的存在缺點(diǎn)與不足，選擇更加環(huán)保，且環(huán)境友好的處理方法是科學(xué)家目前研究的重點(diǎn)。微生物絮凝劑是其中的一種。1.2微生物絮凝劑的介紹 微生物絮凝劑(Microbial Flocculants，簡稱MBF )是利用生物技術(shù)等方法將微生物體或其分泌物，通過生物發(fā)酵、抽提、精制而得到的一種新型、高效、無毒、廉價的水處理劑。不同微生物在特定條件下產(chǎn)生的絮凝劑種類不同，按其化學(xué)組成分類，生物絮凝劑大多數(shù)為機(jī)能性多糖和機(jī)能性蛋白質(zhì)類物質(zhì)，另外還有少量屬于脂類和DNA等其他類型。按絮凝劑的來源大致可分為3類：( 1 ) 直接利用微生物細(xì)胞的絮凝劑。如某些細(xì)菌、霉菌、放線菌和酵母，大量存在于土壤、活性污泥和沉積物中

14、；( 2 )利用微生物細(xì)胞壁提取物如酵母細(xì)胞壁葡萄糖 ，甘露聚糖、蛋白質(zhì)等成分均可用作絮凝劑；( 3 )利用微生物細(xì)胞代謝產(chǎn)物的絮凝劑，包括胞外代謝產(chǎn)物和胞內(nèi)代謝產(chǎn)物。KCrabtree等對菌膠團(tuán)細(xì)菌 Zoogloear amigera的研究證明，胞內(nèi)聚合物PHB具有絮凝性。目前 ，研究獲得的微生物絮凝劑主要是胞外代謝產(chǎn)物。 按其微生物菌株情況可分為下面三種：( 1 ) 純種菌株及其產(chǎn)生的生物絮凝劑。國內(nèi)研究的大多屬于此類，如 Dematium sp .、 Pa cecilomyces sp、Acinetobacter sp、 Alcaligenes sp、 Agrobacteri -am s

15、p 等。( 2 ) 混合菌株及其產(chǎn)生的微生物絮凝劑。如 Kurane等分離的產(chǎn)微生物絮凝劑的微生物R-3就是4種菌株的混合體。( 3 ) 基因復(fù)合型菌株，利用生物工程技術(shù)，將篩選出的具有絮凝性能的菌株和具有降解性能而沒有絮凝性能的菌株，進(jìn)行遺傳因子質(zhì)體的移植所產(chǎn)生的新菌株。使其不僅具有絮凝的功效且有降解污染物質(zhì)的功能 3。 到目前為止，對絮凝的機(jī)理尚未有一個清晰的解釋，還處于探討階段。目前，微生物絮凝劑作用機(jī)理存在多種假說普遍被人接受的作用機(jī)理有： (1) 吸附架橋作用 吸附架橋作用學(xué)說認(rèn)為微生物絮凝劑是鏈狀結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，在高分子物質(zhì)濃度較低時，吸附在微粒表面上的生物高分子長鏈可能同時吸

16、附在另一個微粒的表面上通過架橋方式形成“膠粒-高分子物質(zhì)-膠粒”的聚合體，從而導(dǎo)致絮凝沉淀。高分子在微粒表面的特殊吸附來源于各種物理化學(xué)作用 ，如范德華引力、靜電引力、氫鍵、配位鍵等。通常微生物絮凝劑的分子量越大對架橋越有利， 絮凝效率越高。但若分子量過高，由架橋過程中發(fā)生的鏈段間重疊產(chǎn)生的排斥作用會削弱架橋作用使絮凝效果變差；另一方面，若生物分子絮凝劑的帶電符號與微粒相反時絮凝劑的離解程度就越大，電荷密度越高，分子越易擴(kuò)展，越有利于架橋 4。 (2) 電荷中和機(jī)理 水中的膠體粒子一般帶有負(fù)電荷，當(dāng)帶有一定正電荷的鏈狀生物大分子絮凝劑或其水解產(chǎn)物被吸附到膠體表面時，會中和其表面的部分負(fù)電荷，減

17、少靜電斥力， 使膠體脫穩(wěn)，進(jìn)而使膠粒之問、膠粒與絮凝劑分子問發(fā)生相互碰撞，通過分子間作用力凝聚而沉淀 。 (3) 卷掃作用 當(dāng)微生物絮凝劑的投量一定且形成小粒絮體時，可以在重力作用下迅速網(wǎng)捕，卷掃水中膠粒，從而產(chǎn)生沉淀分離，稱為卷掃或網(wǎng)捕作用。這種作用可看成是一種機(jī)械作業(yè)，所需絮凝劑量與原水雜質(zhì)含量成反比5。 其中，用吸附架橋作用和電荷中和機(jī)理來解釋鉛離子的去除比較合適。1.3國內(nèi)外微生物絮凝劑的研究狀況國外研究狀況 國外對于微生物絮凝劑的研究較早，最早的報道是1876年LouisPaste 對于酵母菌的研究直到1935年，Butterfield從活性污泥中分離出能形成菌膠團(tuán)的細(xì)菌，發(fā)現(xiàn)該菌的

18、培養(yǎng)液具有一定的絮凝能力，拉開了微生物絮凝劑研究的序幕。1971年 Zajic 和 Knetting從煤油中分離出了一株棒狀桿菌，該菌分泌的多聚物對泥水具有絮凝作用。1975年J. Nakamura等對產(chǎn)絮微生物做了大量深入的研究，他們從細(xì)菌、放線菌酵母菌、霉菌等214種菌株中篩選出19種具有絮凝能力的微生物，包括細(xì)菌5種，放線菌5種，酵母菌1種，霉菌8種。其中，研究較為深入的是Aspergillus Sojae 產(chǎn)生的絮凝劑AJ7002。1985年H.Takagi等研究出了PF101 生物絮凝劑，分子量約為30萬，主要成分是半乳糖胺。1986年Ryuichiro Kurane等采用從自然界分

19、離出的紅球菌屬微生物的S-1菌株，用特定培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件，制成絮凝劑NOC-1。其在畜產(chǎn)廢水處理膨脹污泥處理、磚場生產(chǎn)廢水處理以及廢水的脫色處理等方面都取得了很好的處理效果，被認(rèn)為是目前發(fā)現(xiàn)的最好的生物絮凝劑。1991年K.Toeda等從土壤中分離出一革蘭氏陰性菌產(chǎn)堿桿菌AL201，該菌在含有蔗糖的培養(yǎng)基中生長并分泌絮凝物質(zhì)。1994年，Kurane等報道分離出一組能夠產(chǎn)生大量黏液的R-3的混合菌株，在液體培養(yǎng)中能高效產(chǎn)生APR-3絮凝劑。1999年，M.Watanabe 和Y.Suzuki等發(fā)現(xiàn)海洋光合細(xì)菌Rhodovulum sp.的胞外聚合物（EPS）具有絮凝性能，通過與常用絮凝劑的比較

20、，該聚合物不適合于大規(guī)模污水處理，但可用于食品加工廢水處理。2001年，等發(fā)現(xiàn)了一株桿狀細(xì)菌CCRC12826可產(chǎn)絮凝劑，并指出該絮凝劑的分子量達(dá)2106，最適環(huán)境為中性6-10。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國對微生物絮凝劑的研究起步較晚，始于20世紀(jì)90年代。1980 年臺灣鄧德豐等從污水處理場的污水中分離得到具有絮凝作用的C-62細(xì)菌菌株。1996年張本蘭用從活性污泥中篩選出的微生物菌株 P.Alcaligenes 8724，脫色率達(dá)到 90%以上?？到ㄐ鄣壤枚坦Ｃ筃3.837 菌株制成生物絮凝劑。1999年鄧述波等將從土壤中分離得到的A-9 菌株所產(chǎn)生的絮凝劑對淀粉廢水進(jìn)行處理，取得了很好的效果

21、。2000年尹華等對某污水處理廠活性污泥中富集的菌種進(jìn)行了篩選，得到絮凝性能最優(yōu)的GS7菌株產(chǎn)生的微生物絮凝劑。2001 年胡筱敏等利用A-9 所產(chǎn)生的生物絮凝劑MBFA9處理含泥河水、硫化染料廢水和淀粉黃漿廢水，效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的化學(xué)絮凝劑。黃民生等以活性污泥中分離出的Q3-2 菌株產(chǎn)生的絮凝劑對高嶺土懸濁液、土壤懸濁液和堿性染料廢水進(jìn)行了絮凝凈化實(shí)驗(yàn)，凈化效果良好。張永波用微生物絮凝劑普魯蘭和聚鋁復(fù)合使用，處理低濃度城市污水。 陶濤等研究了微生物絮凝劑普魯蘭，用于處理高濃度味精廢水。江南大學(xué)的李寅、何寧等研究了新型蛋白聚糖類生物絮凝劑REA-11的發(fā)酵和絮凝條件、谷氨酸棒狀桿菌合成新型生物

22、絮凝劑的分批發(fā)酵等。廢水方面近年來主要有，林俊岳等利用一株氣單胞菌（Aeromonas sp .）產(chǎn)生的絮凝劑A-2處理洗毛廢水。尹華、余莉萍等利用微生物絮凝劑產(chǎn)生菌J-25 在味精廢水中發(fā)酵產(chǎn)生絮凝劑對石化廢水進(jìn)行處理11-12。 這些研究都促進(jìn)了微生物絮凝劑研究的進(jìn)展。微生物絮凝劑可以和載體相結(jié)合來更好的處理廢水，LDHs是一種很環(huán)保的良好載體，我們可以將其與絮凝劑結(jié)合，以便取得更好的處理效果。1.4 LDHs的概述 層狀雙金屬氫氧化物（LDHs）是一類重要的無機(jī)功能材料，在吸附、化工等方面具有廣泛的用途。隨著交叉學(xué)科研究領(lǐng)域的不斷拓展，該類材料載體方面的應(yīng)用被廣泛的開發(fā)，并且，LDHs還

23、具有可降解，便于回收，綠色無污染的特性。因此，越來越受到研究者的關(guān)注13。 LDHs的特殊的分子結(jié)構(gòu)決定了其具有特殊的性能，主要有堿性、幾何結(jié)構(gòu)效應(yīng)、結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)、較低的表面能、良好的熱穩(wěn)定性、良好的吸附性能。層狀雙氫氧化物的表征 表征LDHs的方法有很多種，主要有X射線衍射（XRD）、紅外光譜（FT-IR）、熱重/差熱分析、透射電子顯微鏡（TEM）、氮物理吸附法等。利用XRD圖譜可以推斷出LDHs的結(jié)晶度和層狀結(jié)構(gòu)的有序度，通過晶面的衍射峰可以計(jì)算沿垂直于晶面方向的晶粒直徑。紅外光譜可以推斷出水滑石的結(jié)構(gòu)是否發(fā)生變化，結(jié)合XRD可確定嵌入的陰離子。熱分析是用來分析水滑石熱穩(wěn)定性的方法。TEM

24、可直接觀察到粒子的形貌、大小、分布以及晶粒的積聚、燒結(jié)情況。利用氮物理吸附法可以得到粒子的比表面積、孔容、平均粒徑等。本實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)與實(shí)驗(yàn)條件只選擇了用XRD和FT-IR表征LDHs14。 LDHs具有的載體性能、以及良好的吸附性能，可以用來進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。1.5 論文選題的目的和意義 LDHs由于具有良好的載體性能，分布均勻,可以當(dāng)做載體來使用。LDHs無毒、無污染、制備過程簡單、再生循環(huán)利用簡便。在此實(shí)驗(yàn)中可以用作微生物絮凝劑的吸附劑，又可以輔助吸附廢水中的鉛。 本課題主要是研究微生物絮凝劑優(yōu)化處理廢水中的重金屬鉛，從而達(dá)到改善環(huán)境的效果。通過將LDHs與微生物絮凝劑結(jié)合來處理廢水，研究

25、溫度、PH、共存離子、生物吸附劑投加量對去除效果的影響。研究內(nèi)容：（1）選取合適的方法，制備碳酸型LDHs；（2）制備胞外聚合物絮凝劑，將LDHs與絮凝劑結(jié)合，從而提高去除廢水中鉛的效果；（3）研究溫度、PH、共存離子與生物吸附劑投加量對去除效果的影響 第二章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 2.1實(shí)驗(yàn)材料 表2-1 實(shí)驗(yàn)試劑列表藥品名稱 純度級別 試劑產(chǎn)地六水合硝酸鎳 分析純 上海市科達(dá)化工有限公司 九水合硝酸鋁 分析純 上海市科達(dá)化工有限公司氫氧化鈉 分析純 滄州乾雨化工有限公司碳酸鈉 分析純 上海市科達(dá)化工有限公司硝酸鉛 分析純 沈陽市新光化工廠硫酸銨 分析純 沈陽市新光化工廠乙醇 分析純 臨朐恒昌化工有限公

26、司氨水 分析純 臨朐恒昌化工有限公司氯化鈉 分析純 上海光鏵科技有限公司 濃硝酸 優(yōu)級純 河北海天化工有限公司溴化鉀 光譜純 渭南市惠豐化工有限公司2.2儀器 表2-2 實(shí)驗(yàn)所需儀器儀器名稱 儀器產(chǎn)地WYX-9004型原子吸收分光光度計(jì) 沈陽儀通儀器有限公司5PC FT-IR光譜儀 美國Nicolet公司780高級pH 計(jì) 上海首立實(shí)業(yè)有限公司FD-1000型凍干機(jī) 日本RIK AKIKA IXO.,LTO HZQ-F160型全溫振蕩培養(yǎng)箱 哈爾濱東聯(lián)電子技術(shù)有限公司里葉紅外光譜儀 天津港東科技發(fā)展有限公司x射線衍射儀 遼寧丹東通達(dá)科技公司2.3實(shí)驗(yàn)步驟LDHs和微生物絮凝劑的制備：一溶液配制

27、（1）1M六水合硝酸鎳：稱取29.08g硝酸鎳，溶于100ml超純水。（2）1M九水合硝酸鋁：稱取37.51g硝酸鋁，溶于100ml超純水。（3）4M氫氧化鈉：稱取16g氫氧化鈉，溶于100ml超純水。（4）0.5M碳酸鈉：稱取5.3g碳酸鈉，溶于100ml超純水。二混鹽混堿（1）混鹽：配60 ml，n（/）=3：1的混鹽溶液，即量取45 ml硝酸鎳溶液和15 ml硝酸鋁溶液。（2）混堿：配60 ml，n（/）=4：1的混堿溶液，即量取48 ml碳酸鈉溶液和12 ml氫氧化鈉溶液。三共沉淀制備碳酸型鎳鋁水滑石（1）沉淀：將混鹽、混堿同時勻速緩慢滴入裝有100 ml超純水的三口燒瓶中，同時劇烈攪

28、拌并保持室溫。滴加完成后，繼續(xù)劇烈攪拌30 min。測混合液的pH，約為6.0。（2）老化：于80陳化20 h。（3）洗滌：抽濾，洗滌至中性。（4）干燥：濾餅于80干燥備用。四胞外聚合物的制備：將長清湖的湖水作為培養(yǎng)生物膜的水體,用載玻片培養(yǎng)生物膜 ,利用稀釋平板計(jì)數(shù)法確定載玻片上培養(yǎng)的生物膜中的優(yōu)勢菌種。將優(yōu)勢菌種接種到培養(yǎng)基中,在恒溫振蕩培養(yǎng)箱中培養(yǎng)3d(2830)后,離心棄去沉淀物 ,所得上清液為胞外聚合物。五LDHs與絮凝劑的結(jié)合：移取20mL的胞外聚合物(質(zhì)量濃度為60mg/L)溶液于100mL透析袋內(nèi) ,將其置于含鉛(質(zhì)量濃度為4mg/L)的250mL溶液中,于20 100r/mi

29、n的條件下,在全溫振蕩培養(yǎng)箱中連續(xù)振蕩一定時間后,加入1g的碳酸型鎳鋁水滑石樣品，將加入LDHs的溶液放入搖床中，保持恒定溫度（室溫），使LDHs與溶液充分混合、反應(yīng)。 配十組相同的溶液以備用。各種因素對吸附的影響一平衡時間的確立取一組制備好的結(jié)合絮凝劑，將其置于含鉛(質(zhì)量濃度為4mg/L)的250mL溶液中,于20 100r/min的條件下,在全溫振蕩培養(yǎng)箱中連續(xù)振蕩一定時間后，每隔30分鐘進(jìn)行取樣檢測，同時用原子吸收分光光度計(jì)測定吸附情況，直到達(dá)到平衡。二pH值對吸附的影響取一組制備好的結(jié)合絮凝劑，將其置于含鉛(質(zhì)量濃度為4mg/L)的250mL溶液中,于20 100r/min的條件下,在

30、全溫振蕩培養(yǎng)箱中連續(xù)振蕩一定時間后，分別取6組30mL溶液，進(jìn)行調(diào)節(jié)酸堿度。通過加入硝酸和氫氧化鈉來調(diào)節(jié)，使其值分別為3、4、5、6、7、8。然后再用原子分光光度計(jì)檢測絮凝狀況。三鎘離子的存在對吸附的影響取一組制備好的結(jié)合絮凝劑，將其置于含鉛(質(zhì)量濃度為4mg/L)的250mL溶液中,于20 100r/min的條件下,在全溫振蕩培養(yǎng)箱中連續(xù)振蕩一定時間后，分別取幾組30mL的配好溶液，將它們的濃度調(diào)成不同梯度的濃度，先檢測它們的絮凝狀況。然后再在溶液中加入適量鎘離子，檢測它們的絮凝情況。四溫度對吸附的影響取一組制備好的結(jié)合絮凝劑，將其置于含鉛(質(zhì)量濃度為4mg/L)的250mL溶液中,于20

31、100r/min的條件下,在全溫振蕩培養(yǎng)箱中連續(xù)振蕩一定時間后，在10、12.5、15、17.5、20、22.5、25幾種水浴溫度條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用原子分光光度計(jì)檢測絮凝狀況。五投加量對吸附的影響。取一組制備好的結(jié)合絮凝劑，將其置于含鉛(質(zhì)量濃度為4mg/L)的250mL溶液中,于20 100r/min的條件下,在全溫振蕩培養(yǎng)箱中連續(xù)振蕩一定時間后，分別取8組30mL濃度為4mg/L的鉛離子溶液中加入不同體積的絮凝劑。以每30 mL溶液接種0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8mL進(jìn)行試驗(yàn)，觀察檢測結(jié)果。 第三章 絮凝劑對廢水中鉛的處理研究3.1碳酸型水滑石表征結(jié)果以及

32、結(jié)合絮凝劑的電鏡效果（一） 碳酸型鎳鋁水滑石的紅外（FT-IR)表征 樣品的紅外圖譜如3-1所示，34003600cm-吸收峰歸屬于水鎂石中羥基（-OH）的氫鍵伸縮振動峰，一般比自由的羥基（-OH）的伸縮振動波數(shù)小，圖譜中3472 cm-為Ni/Al水滑石中羥基的峰。水滑石層中所有-OH基是以氫鍵相連的，其振動波數(shù)與Ni/Al比有關(guān)。3000 cm-處的弱吸收肩峰相應(yīng)于水分子與層間形成的氫鍵的吸收峰。1640 cm-為水中-OH基的彎曲振動峰。的主要吸收峰位于6001600 cm-，水滑石譜中觀察到1360 cm-的C-O不對稱伸縮振動峰，與參考文獻(xiàn)中的吸收峰比較，波數(shù)降低，說明層間區(qū)域的為非

33、自由形式，與層間羥基通過強(qiáng)氫鍵相連接。1120 cm-為C-O 鍵的峰。827 cm-為 C-O伸縮振動峰。400600 cm-歸屬于層中晶格氧振動吸收峰，是水滑石中金屬離子的特征振動峰如Ni-O-Al的伸縮振動和彎曲振動。紅外光譜（IR）分析表明成功合成了碳酸型鎳鋁水滑石。吸光值 圖3-1碳酸型鎳鋁水滑石的紅外（FT-IR)表征（二）酸型鎳鋁水滑石的XRD表征圖 圖譜表明通過低過飽和沉淀法合成的樣品呈現(xiàn)了層狀結(jié)構(gòu)的水滑石的4個特征峰，也顯示了水滑石類化合物圖的一些典型的尖銳且強(qiáng)的特征峰出現(xiàn)在2值低的位置，弱且普通的不對稱峰出現(xiàn)在2值高的位置。它們的衍射峰強(qiáng)且尖銳，前三個高級衍射峰d003、d

34、006、d009有良好的倍數(shù)關(guān)系，表明所合成的水滑石結(jié)晶度良好，有序性高。結(jié)合FT-IR分析結(jié)果，可知已成功合成了碳酸型鎳鋁水滑石。強(qiáng)度2倍的布拉格衍射角（度） 圖3-2 碳酸型鎳鋁水滑石的XRD表征圖 通過掃描電子顯微鏡可以直觀觀察物質(zhì)微觀形貌，從圖a可明顯看到LDHs的層狀結(jié)構(gòu)及良好的結(jié)晶度。從圖b還可以看到有些SDS分子插層到LDHs層間，有些胞外聚合物分子被固定在LDHs上。 圖a 未與絮凝劑結(jié)合的LDHs的電子顯微鏡照片 圖b 與絮凝劑結(jié)合后的LDHs的電子顯微鏡照片 3.2結(jié)果與討論平衡時間及熱力學(xué)吸附模型的確立在實(shí)驗(yàn)條件下,胞外聚合物對鉛的吸附是個動態(tài)過程(圖3-3),分為快速吸

35、附階段和緩慢吸附階段 ,最后達(dá)到動態(tài)平衡。胞外聚合物在吸附進(jìn)行的1h內(nèi) ,吸附體系對鉛吸附速率較快 ,達(dá)到平衡吸附量的62.9% ,鉛離子的吸附量緩慢上升,當(dāng)吸附時間為6 h時,吸附劑對鉛的吸附基本達(dá)到平衡 ,所以選擇吸附平衡時間為6 h。在20, pH=60.1,吸附時間6h的實(shí)驗(yàn)條件下,胞外聚合物對鉛離子的吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ,分別以 Langmuir方程 Q =Q0Kc/(1+ Kc)和 Freundlich方程 (Q = Kc1 / n)進(jìn)行線性擬合 ,結(jié)果如表 1所示。Q(mmol/g)為對應(yīng)于平衡濃度 c的吸附量,c(mol/L)為溶液中吸附質(zhì)的平衡濃度 , Langmuir方程式Q0(

36、mmol /g)為吸附劑的最大吸附量 , K為 Langmuir平衡常數(shù);Freundlich方程式中的 K和 n是吸附體系的特征常數(shù)。從表3-1中的相關(guān)系數(shù)可知 ,Langmuir和 Freundlich方程均適合描述 吸附劑對鉛的熱力學(xué)吸附過程 ,但用Langmuir方程的擬合效果略好。 表3-1 胞外聚合物吸附鉛離子的熱力學(xué)擬合參數(shù)吸收物 Langmuir 方程 Freundlich 方程k Q0 r 1 / n K F r胞外聚合物 4.416 23.64 0.997 0.495 2.101 0.987 圖3-3 絮凝平衡時間的確立3.2.2 pH值對吸附的影響 初始pH值對胞外聚合物

37、吸附鉛的影響如圖3-4所示。圖中可見 ,鉛的吸附量隨著pH值增大而逐漸增加,當(dāng) pH = 6時,吸附量達(dá)最大, pH 6時,吸附量有所下降。當(dāng)pH值較低時,吸附劑表面基團(tuán)被氫離子或水合氫離子占據(jù),由于斥力作用阻礙金屬離子對其靠近,pH值越低 ,吸附能力越弱; pH 6時,由于產(chǎn)生氫氧化鉛沉淀而影響鉛的吸附。 圖3-4 pH值對絮凝的影響鎘離子的存在對吸附的影響在20, pH=6.00.1,吸附時間6h的實(shí)驗(yàn)條件下,無鎘和有鎘共存時,胞外聚合物對鉛的吸附如圖3-5和圖3-6所示。圖中可見,鎘的存在使吸附劑對鉛的吸附量降低。這是由于吸附劑表面可結(jié)合金屬離子的帶負(fù)電荷基團(tuán)的數(shù)目是有限的,共存離子的競

38、爭吸附,降低了鉛的吸附量。鎘離子對胞外聚合物吸附鉛的干擾比較明顯。 圖3-5 無鎘離子時的絮凝效果圖 圖3-6 存在鎘離子時的絮凝效果圖 溫度對吸附的影響從圖3-7中可以看出，在培養(yǎng)溫度為30、35、40時測定的絮凝率分別為41、44、33，在培養(yǎng)溫35時，絮凝的活性較大且比較穩(wěn)定。因此，35可作為生產(chǎn)絮凝劑最佳培養(yǎng)溫度，這說明絮凝溫度對絮凝效果具有很大影響。廢水溫度太低，絮凝劑反應(yīng)慢，水解時間長，影響絮凝效果；廢水溫度過高，可導(dǎo)致絮凝劑變性，絮凝效果受到影響。 圖3-7 溫度對絮凝的影響投加量對吸附的影響 由絮凝原理可知，如果投入的高分子絮凝劑過量，膠體顆粒將被其吸附的過多的聚合物所包圍，反而會失去同其它微粒架橋結(jié)合的可能