生物除磷颗粒污泥对污水中锌和铅的去除性能

摘要

近年来，随着人们对重金属的开发和利用，重金属废水不断增多，重金属污染对我们的环境和身体健康造成了很大的威胁。所以对于重金属废水的治理也越来越受到人们的重视。目前对于重金属污水的处理方法有化学沉淀法、离子交换法、溶剂萃取法等。但是这些方法普遍有费用高、效果不佳，还会造成水体再次污染等问题。为降低运行成本和减少二次污染，生物吸附法在重金属污水的处置中得到了一定的应用。生物吸附法具备来源广、投资低、运行费用低、效率高、再生能力强等优势。而目前污水厂存在剩余污泥量大，不易处理的问题，同时剩余污泥是一种生物质废物，利用剩余污泥处置含锌和含铅重金属污水是不错的方式，同时能实现以废治废。但剩余污泥存在沉降性差，吸附重金属后不易分离的缺陷，所以我们需要提高剩余污泥的沉降性，使污泥颗粒化，因为颗粒污泥具备沉降性好和生物量高等优点，所以利用生物除磷颗粒污泥去除污水中的Zn2+和Pb2+不仅能提高去除率，同时使水厂的污泥问题得到改善。
　　在厌氧/好氧交替运行的SBR中，系统处于以颗粒污泥为主，絮体为辅的共存状态，同时除磷体系具有优良的脱氮除磷能力。采用EUB338全菌探针（绿色）与PAOmix探针（红色）对颗粒污泥进行FISH染色分析，颗粒污泥中聚磷菌在全菌中占大多数。在稳定期系统中颗粒的沉降性良好，SVI为52.2mL/g，MLSS为6830mg/L，平均粒径为565μm。颗粒中胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances,EPS）的含量为212.72mg/g-MLSS，胞外多糖与胞外蛋白质的含量分别为62.16mg/g-MLSS，176.15mg/g-MLSS。此外，在一个周期内，生物除磷体系对COD的去除率是80.3％，PO43-P的去除率是98.4%，TN的去除率是77.5%。
　　在生物除磷污颗粒泥吸附Zn2+的试验中，考察了Zn2+浓度、污泥浓度、PH、温度、反应时间和共存离子对Zn2+去除行为的影响。结果表明，生物除磷污泥对100mg/L的Zn2+的最大吸附量为29.55mg/g，平衡吸附量为17.54mg·g-1，最佳pH为5，最佳温度为25℃～35℃，最佳污泥浓度为1000mg/L。Zn2+的去除过程分为快速吸附、慢速吸附和吸附平衡三个过程，符合伪二级动力学方程。对溶液中Ca2+、K+、Mg2+和TP的含量测定，发现Ca2+、K+、Mg2+通过离子交换参与了Zn2+的吸附。对溶液中、胞外聚合物中和细胞中的Zn2+的含量进行测定，发现去除Zn2+的行为还包括胞外聚合物和胞内聚磷菌的作用，Zn2+在细胞内的比例为33.52%。通过傅里叶变换红外光谱分析，去除Zn2+的主要官能团为脂碳链、羧基、伯醇、多聚糖、磷酸基和硫酸基团。
　　在生物除磷颗粒污泥吸附Pb2+的试验中，考察了Pb2+浓度、污泥浓度、PH、温度、反应时间和共存离子对Pb2+去除行为的影响。结果发现，生物除磷颗粒污泥对100mg/L的Pb2+的去除率为98.97%，反应所需pH为5，在T为25℃～40℃范围内时，对Pb2+的吸附量保持在99.17mg/L左右，在污泥浓度为1000mg/L时，去除率达到98.54%。生物除磷颗粒污泥对Pb2+的去除过程是一个先快速去除（0~15min），后缓慢去除（15~60min），最后平衡的过程（60~240min），与伪二级动力学方程相吻合。对溶液中Ca2+、K+、Mg2+和TP的含量测定，发现Ca2+、K+、Mg2+与部分Pb2+发生离子交换作对用，参与了Pb2+的去除。通过对溶液中、胞外聚合物中和细胞中的Pb2+的含量进行测定，发现生物除磷颗粒污泥去除Pb2+的行为主要是依赖Pb2+与聚磷菌体内的多聚磷酸盐的作用来完成的，Pb2+在细胞内的比例为80.65%。通过傅里叶变换红外光谱分析，发现参与去除Pb2+的主要官能团为羧基、酰胺Ⅲ(蛋白质肽键)、磷酰基、磷酸基和硫酸基团。

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第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究的背景和意义

1.3 国内外重金属废水处理的研究现状

1.4 生物吸附法

1.5 研究内容

第2章 试验材料与方法

2.1 试验装置及运行方式

2.2 试验材料

2.3 吸附试验

2.4 试验分析项目与检测方法

第3章 生物除磷颗粒污泥的培养

3.1 引言

3.2 反应器的运行状况

3.3 颗粒污泥的形成过程

3.4 颗粒污泥的形态特征

3.5 颗粒污泥的沉降特性

3.6 颗粒污泥中EPS的特性

3.7 生物除磷体系中污染物的去除情况

3.8 生物除磷颗粒污泥的微生物分布特征

3.9 本章小结

第4章 污泥对污水中锌和铅的去除特性研究

4.1 引言

4.2 Zn2+和Pb2+的初始浓度对污泥去除Zn2+和Pb2+的影响

4.3 污泥浓度对污泥去除Zn2+和Pb2+的影响

4.4 pH对污泥去除Zn2+和Pb2+的影响

4.5 温度对污泥去除Zn2+和Pb2+的影响

4.6 反应时间对污泥去除Zn2+和Pb2+的影响

4.7 生物除磷颗粒污泥对Zn2+和Pb2+的去除机理的探究

4.8 共存离子的影响

4.9 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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