微生物絮凝剂对废水中铅的处理

1、题目题目 微生物絮凝剂对废水中铅的处理微生物絮凝剂对废水中铅的处理 摘 要.1 第一章 前言.2 1.1 传统重金属废水处理方法 .3 1.1.1 化学沉淀法 .3 1.1.2 浮选法 .3 1.1.3 过滤法 .3 1.1.4 电处理 .4 1.2 微生物絮凝剂的介绍 .4 1.3 国内外微生物絮凝剂的研究状况 .5 1.3.1 国外研究状况 .5 1.3.2 国内研究现状 .6 1.4 ldhs 的概述 .7 1.5 论文选题的目的和意义.7 第二章 实验内容.8 2.1 实验材料 .8 2.2 仪器 .8 2.3 实验步骤 .9 2.3.1ldhs 和微生物絮凝剂的制备： .9 2.3.

2、2 各种因素对吸附的影响 .10 第三章 絮凝剂对废水中铅的处理研究.11 3.1 碳酸型水滑石表征结果以及结合絮凝剂的电镜效果 .11 3.2 结果与讨论 .14 3.2.1 平衡时间及热力学吸附模型的确立 .14 3.2.2 ph 值对吸附的影响 .15 3.2.3 镉离子的存在对吸附的影响 .16 3.2.5 投加量对吸附的影响 .18 第四章 结论与展望.18 4.1 结论 .19 4.2 前景与展望 .19 参考文献.20 致谢.21 摘 要 水体中的铅是环境的危险污染物之一，寻找经济、高效的废水中铅的去除方 法是水处理研究 的热点问题。这篇论文是进行优化处理微生物絮凝剂。首先制 备

3、了 ldhs，再进行制备胞外聚合物。将 ldhs 进行了表征。将两者相结合，合 成新型的微生物絮凝剂，表征结合的效果。然后进行优化处理废水中的铅离子。 通过设定不同的温度、ph 值来研究它们对吸附的影响，探究了絮凝剂投加量等 对处理效果的影响。初步得出，在 35、ph=6、投加量适宜、不存在外界重金 属干扰离子等情况下，微生物絮凝剂具有比较好的絮凝效果。 关键词：胞外聚合物 微生物絮凝剂 铅离子 废水 ldhs 优化 abstract lead in wastewater is one of hazardous pollutants in environment. finding an eco

4、nomic 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 prepare ldhs, then extracellular polymeric substances.ldhs were characterized. comebine them to make the syn

5、thesis 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 values to study their influence on the adsorption, and to explore the treatment effect of flocculant dosage an

6、d 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 flocculant has a better treatment effect. key words: extracellular polymers; microbial flocculants,; lead ion

7、s; wastewater, ldhs,; optimization 第一章 前言 20 世纪以来科学技术迅猛发展，促进了经济的发展，提高了人民的生活水 平，然而，与此同时，人类也付出了惨重的代价。由于工业“三废”机动车尾 气的排放、污水灌溉和农药、除草剂、化肥等的使用以及矿业的发展，严重地 污染了土壤、水质和大气。据报道，1989 年中国有色冶金工业向环境中排放重 金属 hg 为 56t，cd 为 88 t，as 为 173t，pb 为 226t。美国科学家对一些公路 及城市的土壤进行过化学分析，发现其中铅的含量出奇的高，达到最大允许量 的几十倍，甚至几百倍。2004 年，夏厚林等人根据中国

8、药典 2000 版一部附录 重金属检查法及对外贸易经济合作部颁布的药用植物及制剂进出口绿色行业 标准中有关铅、镉、汞的测定法，测定了元胡止痛片中重金属总量，结果铅、 镉、汞含量均有不同程度的超标。重金属污染目前已相当严重，其对环境和生 物的危害极大，同时，其易通过食物链而富集，因此，已经引起了世界各国科 学家的高度重视，解决这个问题已迫在眉睫。 在这些重金属中，铅是可在人体和动物组织中积蓄的有毒金属。主要来源 于各种油漆、涂料、蓄电池、冶炼、五金、机械、电镀、化妆品、染发剂、釉 彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自来水管等。它是通过皮肤、消化道、呼吸 道进入体内与多种器官亲和，主要毒性效应是贫血症

9、、神经机能失调和肾损伤， 易受害的人群有儿童、老人、免疫低下人群。铅对水生生物的安全浓度为 0.16mg/l，用含铅 0.14.4mg/l 的水灌溉水稻和小麦时，作物中铅含量明显增 加。人体内正常的铅含量应该在 0.1 毫克/升，如果含量超标，导致血红蛋白合 成障碍而出现贫血，损害神经系统。而幼儿大脑受铅的损害要比成人敏感得多 1。随着社会的发展 ，对含铅废水进行处理并综合回收利用是生产和生活中不 容忽视的问题。选择合适的重金属处理方法对减轻环境污染显得尤为重要，传 统的处理方法有以下几种: 1.1 传统重金属废水处理方法 1.1.1 化学沉淀法 化学沉淀法被广泛应用于废水中重金属离子的去除。

10、溶解的金属离子在 ph 值调整 11 后，与沉淀剂(如石灰)转化为不溶的固体，其中比较典型的是氢氧化 物。石灰和氢氧化钙是最普遍使用的沉淀剂。化学沉淀法的突出优点是过程简 单、设备投资少、操作方便安全等。缺点是不仅需要大量的沉淀剂，还必须对 产生的废浆作进一步处理。 1.1.2 浮选法 浮选法是利用气泡从液相中分离固体或其他液体的方法，具体是指附着在 气泡上的粒子可随气泡的上浮将依附在粒子上的重金属离子加以分离。浮选法 是一种物理分离过程，它在去除废水中的重金属离子上很有潜力。浮选法分为 以下几类：分散空气浮选法，溶解空气浮选法，真空空气浮选法，电 浮选法， 生物浮选法。其中，溶解空气浮选法是

11、用来处理含重金属离子废水 最普遍的方法。该方法具有如下优点：对小粒子有良好的去除效果、处理时间 较短、费用较低，是一种有潜力的废水处理方法2。 1.1.3 过滤法 (一）膜过滤法 膜过滤法不仅能去除悬浮固体物与有机物，还能高效地去除无机污染物， 比如重金属物质。在处理无机废水中，根据保留颗粒的尺寸大小，可选择超滤、 纳米过滤以及反渗透法等不同的过滤方法。 （二）超滤法 超滤法应用透过膜分离无机废水中的重金属。透过膜的尺寸范围为 520nm，可以使水以及低分子量的溶质通过，大分子(分子量 1000100000) 以及悬浮的固体颗粒物等其他物质则被截留下来 。 （三）纳米过滤 纳米过滤膜介于超滤膜

12、与反渗透膜之间。它的分离机理包括原子筛分效应 与电效应。纳米膜上的带电离子与液体中的离子形成离子对，同时后者被除去。 这种膜的小孔道以及表面电荷使得尺寸小于孔道的离子能被去除。纳米过滤法 比反渗透法需要的压力低，因此，操作费用也较后者低。一般说来，纳米过滤 法可以处理含重金属离子浓度大于 2000mg/l 的无机废水。如何在多种膜分离方 法中选择最合适的，主要考虑以下几个因素：废水的性质、金属离子在水中的 本性与浓度、ph 值与温度。除此之外，膜还要和投料溶液与清洁剂相配套，以 使表面污塞最小。 1.1.4 电处理 电渗析是一种膜分离技术，在加以电势的情况下，溶液中的离子化物种通 过离子交换膜

13、。膜是具有正电荷或负电荷的塑料。当含有离子的溶液通过膜时： 阳离子向负极运动，阴离子向正极运动，通过离子交换膜。电渗法并不能有效 去除浓度大于 1000mgl 的离子，它更适用于浓度小于 20mgl 的离子的去除。 膜电解是一种电势作用下的化学过程。它可被用于金属离子的纯化。阴极有两 类：传统的金属阴极、高比表面的阴极。电解发生时，正极发生氧化反应，负 极发生还原反应。这一方法被有效地应用于碳电极废水中镉离子的去除上。缺 点是能耗较高。电沉积为了更有效地去除废水中的重金属离子，研究者将电压 加到传统的化学沉淀方法中。根据电极的不同，电沉积可以分别应用于酸性和 碱性溶液中。 上述传统的去除方法都

14、或多或少的存在缺点与不足，选择更加环保，且环 境友好的处理方法是科学家目前研究的重点。微生物絮凝剂是其中的一种。 1.2 微生物絮凝剂的介绍 微生物絮凝剂(microbial flocculants，简称 mbf )是利用生物技术等方法 将微生物体或其分泌物，通过生物发酵、抽提、精制而得到的一种新型、高效、 无毒、廉价的水处理剂。不同微生物在特定条件下产生的絮凝剂种类不同，按 其化学组成分类，生物絮凝剂大多数为机能性多糖和机能性蛋白质类物质，另 外还有少量属于脂类和 dna 等其他类型。按絮凝剂的来源大致可分为 3 类：( 1 ) 直接利用微生物细胞的絮凝剂。如某些细菌、霉菌、放线菌和酵母，大

15、量存在 于土壤、活性污泥和沉积物中；( 2 )利用微生物细胞壁提取物如酵母细胞壁葡萄 糖 ，甘露聚糖、蛋白质等成分均可用作絮凝剂；( 3 )利用微生物细胞代谢产物 的絮凝剂，包括胞外代谢产物和胞内代谢产物。kcrabtree 等对菌胶团细菌 zoogloear amigera 的研究证明，胞内聚合物 phb 具有絮凝性。目前 ，研究获 得的微生物絮凝剂主要是胞外代谢产物。 按其微生物菌株情况可分为下面三种： ( 1 ) 纯种菌株及其产生的生物絮凝剂。国内研究的大多属于此类，如 dematium sp .、 pa cecilomyces sp 、acinetobacter sp 、 alcali

16、genes sp 、 agrobacteri -am sp 等。( 2 ) 混合菌株及其产生的微生物絮凝剂。如 kurane 等分离的产微生物絮凝剂的微生物 r-3 就是 4 种菌株的混合体。( 3 ) 基 因复合型菌株，利用生物工程技术，将筛选出的具有絮凝性能的菌株和具有降 解性能而没有絮凝性能的菌株，进行遗传因子质体的移植所产生的新菌株。使 其不仅具有絮凝的功效且有降解污染物质的功能 3。 到目前为止，对絮凝的机理尚未有一个清晰的解释，还处于探讨阶段。目 前，微生物絮凝剂作用机理存在多种假说普遍被人接受的作用机理有： (1) 吸附架桥作用 吸附架桥作用学说认为微生物絮凝剂是链状结构的高分子

17、聚合物，在高分子物 质浓度较低时，吸附在微粒表面上的生物高分子长链可能同时吸附在另一个微 粒的表面上通过架桥方式形成“胶粒-高分子物质-胶粒”的聚合体，从而导致 絮凝沉淀。高分子在微粒表面的特殊吸附来源于各种物理化学作用 ，如范德华 引力、静电引力、氢键、配位键等。通常微生物絮凝剂的分子量越大对架桥越 有利， 絮凝效率越高。但若分子量过高，由架桥过程中发生的链段间重叠产生 的排斥作用会削弱架桥作用使絮凝效果变差；另一方面，若生物分子絮凝剂 的带电符号与微粒相反时絮凝剂的离解程度就越大，电荷密度越高，分子越易 扩展，越有利于架桥 4。 (2) 电荷中和机理 水中的胶体粒子一般带有负电荷，当带有一

18、定正电荷的链状生物大分子絮 凝剂或其水解产物被吸附到胶体表面时，会中和其表面的部分负电荷，减少静 电斥力， 使胶体脱稳，进而使胶粒之问、胶粒与絮凝剂分子问发生相互碰撞， 通过分子间作用力凝聚而沉淀 。 (3) 卷扫作用 当微生物絮凝剂的投量一定且形成小粒絮体时，可以在重力作用下迅速网 捕，卷扫水中胶粒，从而产生沉淀分离，称为卷扫或网捕作用。这种作用可看 成是一种机械作业，所需絮凝剂量与原水杂质含量成反比5。 其中，用吸附架桥作用和电荷中和机理来解释铅离子的去除比较合适。 1.3 国内外微生物絮凝剂的研究状况 1.3.1 国外研究状况 国外对于微生物絮凝剂的研究较早，最早的报道是 1876 年

19、louispaste 对于 酵母菌的研究直到 1935 年，butterfield 从活性污泥中分离出能形成菌胶团的细 菌，发现该菌的培养液具有一定的絮凝能力，拉开了微生物絮凝剂研究的序幕。 1971 年 zajic 和 knetting 从煤油中分离出了一株棒状杆菌，该菌分泌的多聚物 对泥水具有絮凝作用。1975 年 j. nakamura 等对产絮微生物做了大量深入的研 究，他们从细菌、放线菌酵母菌、霉菌等 214 种菌株中筛选出 19 种具有絮凝能 力的微生物，包括细菌 5 种，放线菌 5 种，酵母菌 1 种，霉菌 8 种。其中，研 究较为深入的是 aspergillus sojae 产

20、生的絮凝剂 aj7002。1985 年 h.takagi 等 研究出了 pf101 生物絮凝剂，分子量约为 30 万，主要成分是半乳糖胺。1986 年 ryuichiro kurane 等采用从自然界分离出的红球菌属微生物的 s-1 菌株，用特 定培养基及培养条件，制成絮凝剂 noc-1。其在畜产废水处理膨胀污泥处理、 砖场生产废水处理以及废水的脱色处理等方面都取得了很好的处理效果，被认 为是目前发现的最好的生物絮凝剂。1991 年 k.toeda 等从土壤中分离出一革兰 氏阴性菌产碱杆菌 al201，该菌在含有蔗糖的培养基中生长并分泌絮凝物质。 1994 年，kurane 等报道分离出一组能

21、够产生大量黏液的 r-3 的混合菌株，在液 体培养中能高效产生 apr-3 絮凝剂。1999 年，m.watanabe 和 y.suzuki 等发现 海洋光合细菌 rhodovulum sp.的胞外聚合物（eps）具有絮凝性能，通过与常用 絮凝剂的比较，该聚合物不适合于大规模污水处理，但可用于食品加工废水处 理。2001 年，shih.i.l 等发现了一株杆状细菌 ccrc12826 可产絮凝剂，并指出 该絮凝剂的分子量达 2106，最适环境为中性6-10。 1.3.2 国内研究现状 我国对微生物絮凝剂的研究起步较晚，始于 20 世纪 90 年代。1980 年台湾 邓德丰等从污水处理场的污水中

22、分离得到具有絮凝作用的 c-62 细菌菌株。1996 年张本兰用从活性污泥中筛选出的微生物菌株 p.alcaligenes 8724，脱色率达到 90%以上。康建雄等利用短梗霉 n3.837 菌株制成生物絮凝剂。1999 年邓述波 等将从土壤中分离得到的 a-9 菌株所产生的絮凝剂对淀粉废水进行处理，取得 了很好的效果。2000 年尹华等对某污水处理厂活性污泥中富集的菌种进行了筛 选，得到絮凝性能最优的 gs7 菌株产生的微生物絮凝剂。2001 年胡筱敏等利 用 a-9 所产生的生物絮凝剂 mbfa9 处理含泥河水、硫化染料废水和淀粉黄浆 废水，效果明显优于传统的化学絮凝剂。黄民生等以活性污泥

23、中分离出的 q3-2 菌株产生的絮凝剂对高岭土悬浊液、土壤悬浊液和碱性染料废水进行了絮凝净 化实验，净化效果良好。张永波用微生物絮凝剂普鲁兰和聚铝复合使用，处理 低浓度城市污水。 陶涛等研究了微生物絮凝剂普鲁兰，用于处理高浓度味精废 水。江南大学的李寅、何宁等研究了新型蛋白聚糖类生物絮凝剂 rea-11 的发 酵和絮凝条件、谷氨酸棒状杆菌合成新型生物絮凝剂的分批发酵等。废水方面 近年来主要有，林俊岳等利用一株气单胞菌（aeromonas sp .）产生的絮凝剂 a- 2 处理洗毛废水。尹华、余莉萍等利用微生物絮凝剂产生菌 j-25 在味精废水中 发酵产生絮凝剂对石化废水进行处理11-12。 这

24、些研究都促进了微生物絮凝剂研究的进展。微生物絮凝剂可以和载体相 结合来更好的处理废水，ldhs 是一种很环保的良好载体，我们可以将其与絮 凝剂结合，以便取得更好的处理效果。 1.4 ldhs 的概述 层状双金属氢氧化物（ldhs）是一类重要的无机功能材料，在吸附、化工 等方面具有广泛的用途。随着交叉学科研究领域的不断拓展，该类材料载体方 面的应用被广泛的开发，并且，ldhs 还具有可降解，便于回收，绿色无污染 的特性。因此，越来越受到研究者的关注13。 ldhs 的特殊的分子结构决定了其具有特殊的性能，主要有碱性、几何结 构效应、结构记忆效应、较低的表面能、良好的热稳定性、良好的吸附性能。 层

25、状双氢氧化物的表征 表征 ldhs 的方法有很多种，主要有 x 射线衍射（xrd） 、红外光谱（ft- ir） 、热重/差热分析、透射电子显微镜（tem） 、氮物理吸附法等。利用 xrd 图谱可以推断出 ldhs 的结晶度和层状结构的有序度，通过晶面的衍射峰可以 计算沿垂直于晶面方向的晶粒直径。红外光谱可以推断出水滑石的结构是否发 生变化，结合 xrd 可确定嵌入的阴离子。热分析是用来分析水滑石热稳定性 的方法。tem 可直接观察到粒子的形貌、大小、分布以及晶粒的积聚、烧结情 况。利用氮物理吸附法可以得到粒子的比表面积、孔容、平均粒径等。本实验 根据实验性质与实验条件只选择了用 xrd 和 f

26、t-ir 表征 ldhs14。 ldhs 具有的载体性能、以及良好的吸附性能，可以用来进行优化实验。 1.5 论文选题的目的和意义 ldhs 由于具有良好的载体性能，分布均匀,可以当做载体来使用。ldhs 无 毒、无污染、制备过程简单、再生循环利用简便。在此实验中可以用作微生物 絮凝剂的吸附剂，又可以辅助吸附废水中的铅。 本课题主要是研究微生物絮凝剂优化处理废水中的重金属铅，从而达到改 善环境的效果。通过将 ldhs 与微生物絮凝剂结合来处理废水，研究温度、 ph、共存离子、生物吸附剂投加量对去除效果的影响。研究内容：（1）选取 合适的方法，制备碳酸型 ldhs；（2）制备胞外聚合物絮凝剂，将

27、 ldhs 与絮 凝剂结合，从而提高去除废水中铅的效果；（3）研究温度、ph、共存离子与 生物吸附剂投加量对去除效果的影响 第二章 实验内容 2.1 实验材料 表 2-1 实验试剂列表 药品名称 纯度级别 试剂产地 六水合硝酸镍 分析纯 上海市科达化工有限公司 九水合硝酸铝 分析纯 上海市科达化工有限公司 氢氧化钠 分析纯 沧州乾雨化工有限公司 碳酸钠 分析纯 上海市科达化工有限公司 硝酸铅 分析纯 沈阳市新光化工厂 硫酸铵 分析纯 沈阳市新光化工厂 乙醇 分析纯 临朐恒昌化工有限公司 氨水 分析纯 临朐恒昌化工有限公司 氯化钠 分析纯 上海光铧科技有限公司 浓硝酸 优级纯 河北海天化工有限公

28、司 溴化钾 光谱纯 渭南市惠丰化工有限公司 2.2 仪器 表 2-2 实验所需仪器 仪器名称 仪器产地 wyx-9004 型原子吸收分光光度计 沈阳仪通仪器有限公司 5pc ft-ir 光谱仪 美国 nicolet 公司 780 高级 ph 计 上海首立实业有限公司 fd-1000 型冻干机 日本 rik akika ixo.,lto hzq-f160 型全温振荡培养箱 哈尔滨东联电子技术有限公司 里叶红外光谱仪 天津港东科技发展有限公司 x 射线衍射仪 辽宁丹东通达科技公司 2.3 实验步骤 2.3.1ldhs 和微生物絮凝剂的制备： 一溶液配制 （1）1m 六水合硝酸镍：称取 29.08g

29、 硝酸镍，溶于 100ml 超纯水。 （2）1m 九水合硝酸铝：称取 37.51g 硝酸铝，溶于 100ml 超纯水。 （3）4m 氢氧化钠：称取 16g 氢氧化钠，溶于 100ml 超纯水。 （4）0.5m 碳酸钠：称取 5.3g 碳酸钠，溶于 100ml 超纯水。 二混盐混碱 （1）混盐：配 60 ml，n（/）=3：1 的混盐溶液， 2 ni 3 al 即量取 45 ml 硝酸镍溶液和 15 ml 硝酸铝溶液。 （2）混碱：配 60 ml，n（/）=4：1 的混碱溶液， 23 na conaoh 即量取 48 ml 碳酸钠溶液和 12 ml 氢氧化钠溶液。 三共沉淀制备碳酸型镍铝水滑石

30、（1）沉淀：将混盐、混碱同时匀速缓慢滴入装有 100 ml 超纯水的三口烧瓶中， 同时剧烈搅拌并保持室温。滴加完成后，继续剧烈搅拌 30 min。 测混合液的 ph，约为 6.0。 （2）老化：于 80陈化 20 h。 （3）洗涤：抽滤，洗涤至中性。 （4）干燥：滤饼于 80干燥备用。 四胞外聚合物的制备： 将长清湖的湖水作为培养生物膜的水体,用载玻片培养生物膜 ,利用稀释平 板计数法确定载玻片上培养的生物膜中的优势菌种。将优势菌种接种到培养基 中,在恒温振荡培养箱中培养 3d(2830)后,离心弃去沉淀物 ,所得上清液为 胞外聚合物。 五ldhs 与絮凝剂的结合： 移取 20ml 的胞外聚合

31、物(质量浓度为 60mg/l)溶液于 100ml 透析袋内 ,将 其置于含铅(质量浓度为 4mg/l)的 250ml 溶液中,于 20 100r/min 的条件下, 在全温振荡培养箱中连续振荡一定时间后,加入 1g 的碳酸型镍铝水滑石样品， 将加入 ldhs 的溶液放入摇床中，保持恒定温度（室温） ，使 ldhs 与溶液充分混 合、反应。 配十组相同的溶液以备用。 2.3.2 各种因素对吸附的影响 一平衡时间的确立 取一组制备好的结合絮凝剂，将其置于含铅(质量浓度为 4mg/l)的 250ml 溶液中,于 20 100r/min 的条件下,在全温振荡培养箱中连续振荡一定时间后， 每隔 30 分

32、钟进行取样检测，同时用原子吸收分光光度计测定吸附情况，直到达 到平衡。 二ph 值对吸附的影响 取一组制备好的结合絮凝剂，将其置于含铅(质量浓度为 4mg/l)的 250ml 溶液中,于 20 100r/min 的条件下,在全温振荡培养箱中连续振荡一定时间后， 分别取 6 组 30ml 溶液，进行调节酸碱度。通过加入硝酸和氢氧化钠来调节，使 其值分别为 3、4、5、6、7、8。然后再用原子分光光度计检测絮凝状况。 三镉离子的存在对吸附的影响 取一组制备好的结合絮凝剂，将其置于含铅(质量浓度为 4mg/l)的 250ml 溶液中,于 20 100r/min 的条件下,在全温振荡培养箱中连续振荡一

33、定时间后， 分别取几组 30ml 的配好溶液，将它们的浓度调成不同梯度的浓度，先检测它们 的絮凝状况。然后再在溶液中加入适量镉离子，检测它们的絮凝情况。 四温度对吸附的影响 取一组制备好的结合絮凝剂，将其置于含铅(质量浓度为 4mg/l)的 250ml 溶液中,于 20 100r/min 的条件下,在全温振荡培养箱中连续振荡一定时间后， 在 10、12.5、15、17.5、20、22.5、25几种水浴温度条件下进行实验，用原 子分光光度计检测絮凝状况。 五投加量对吸附的影响。 取一组制备好的结合絮凝剂，将其置于含铅(质量浓度为 4mg/l)的 250ml 溶液中,于 20 100r/min 的

34、条件下,在全温振荡培养箱中连续振荡一定时间后， 分别取 8 组 30ml 浓度为 4mg/l 的铅离子溶液中加入不同体积的絮凝剂。以每 30 ml 溶液接种 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8ml 进行试验，观察 检测结果。 第三章 絮凝剂对废水中铅的处理研究 3.1 碳酸型水滑石表征结果以及结合絮凝剂的电镜效果 （一） 碳酸型镍铝水滑石的红外（ft-ir)表征 样品的红外图谱如 3-1 所示，34003600cm-吸收峰归属于水镁石中羟基 （-oh）的氢键伸缩振动峰，一般比自由的羟基（-oh）的伸缩振动波数小，图 谱中 3472 cm-为 ni/al 水滑石中羟基

35、的峰。水滑石层中所有-oh 基是以氢键相 连的，其振动波数与 ni/al 比有关。3000 cm-处的弱吸收肩峰相应于水分子与 层间形成的氢键的吸收峰。1640 cm-为水中-oh 基的弯曲振动峰。的 2 3 co 2 3 co 主要吸收峰位于 6001600 cm-，水滑石谱中观察到 1360 cm-的 c-o 不对称伸 缩振动峰，与参考文献中的吸收峰比较，波数降低，说明层间区域的 3 caco 为非自由形式，与层间羟基通过强氢键相连接。1120 cm-为 c-o 键的峰。 2 3 co 827 cm-为 c-o 伸缩振动峰。400600 cm-归属于层中晶格氧振动吸收峰，是水 滑石中金属离

36、子的特征振动峰如 ni-o-al 的伸缩振动和弯曲振动。 红外光谱（ir）分析表明成功合成了碳酸型镍铝水滑石。 2 倍的布拉格衍射角（度） 强度 吸光值 050010001500200025003000350040004500 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 633 825 1120 1360 1640 2080 3470 absorbance wavenumber（cm-（ 图 3-1 碳酸型镍铝水滑石的红外（ft-ir)表征 （二）酸型镍铝水滑石的 xrd 表征图 图谱表明通过低过饱和沉淀法合成的样品呈现了层状结构的水滑石的 4 个 特征峰，也显示了水滑石类化合物图的一些典

37、型的尖锐且强的特征峰出现在 2 值低的位置，弱且普通的不对称峰出现在 2 值高的位置。它们的衍射峰强且尖 锐，前三个高级衍射峰 d003、d006、d009有良好的倍数关系，表明所合成的水滑 石结晶度良好，有序性高。 结合 ft-ir 分析结果，可知已成功合成了碳酸型镍铝水滑石。 01020304050607080 0 200 400 600 800 1000 1200 intensity 2theta（degree（ 图 3-2 碳酸型镍铝水滑石的 xrd 表征图 通过扫描电子显微镜可以直观观察物质微观形貌，从图 a 可明显看到 ldhs 的层状结构及良好的结晶度。从图 b 还可以看到有些

38、sds 分子插层到 ldhs 层间， 有些胞外聚合物分子被固定在 ldhs 上。 图 a 未与絮凝剂结合的 ldhs 的电子显微镜照片 图 b 与絮凝剂结合后的 ldhs 的电子显微镜照片 3.2 结果与讨论 3.2.1 平衡时间及热力学吸附模型的确立 在实验条件下,胞外聚合物对铅的吸附是个动态过程(图 3-3),分为快速吸附 阶段和缓慢吸附阶段 ,最后达到动态平衡。胞外聚合物在吸附进行的 1h 内 ,吸 附体系对铅吸附速率较快 ,达到平衡吸附量的 62.9% ,铅离子的吸附量缓慢上 升,当吸附时间为 6 h 时,吸附剂对铅的吸附基本达到平衡 ,所以选择吸附平衡 时间为 6 h。在 20, p

39、h=60.1,吸附时间 6h 的实验条件下,胞外聚合物对铅 离子的吸附实验结果 ,分别以 langmuir 方程 q =q0kc/(1+ kc)和 freundlich 方程 (q = kc1 / n)进行线性拟合 ,结果如表 1 所示。q(mmol/g)为 对应于平衡浓度 c 的吸附量,c(mol/l)为溶液中吸附质的平衡浓度 , langmuir 方程式 q0(mmol /g)为吸附剂的最大吸附量 , k 为 langmuir 平衡常 数;freundlich 方程式中的 k 和 n 是吸附体系的特征常数。从表 3-1 中的相关 系数可知 ,langmuir 和 freundlich 方程

40、均适合描述 吸附剂对铅的热力学吸附 过程 ,但用 langmuir 方程的拟合效果略好。 表 3-1 胞外聚合物吸附铅离子的热力学拟合参数 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 0 2 4 6 8 10 0246810 时时间间/ /h h 0 0. .0 01 1q q/ /( (m mm mo ol l/ /g g) ) 图 3-3 絮凝平衡时间的确立 3.2.2 ph 值对吸附的影响 初始 ph 值对胞外聚合物吸附铅的影响如图 3-4 所示。图中

41、可见 ,铅的吸附 量随着 ph 值增大而逐渐增加,当 ph = 6 时,吸附量达最大, ph 6 时,吸附量有所 下降。当 ph 值较低时,吸附剂表面基团被氢离子或水合氢离子占据,由于斥力作 用阻碍金属离子对其靠近,ph 值越低 ,吸附能力越弱; ph 6 时,由于产生氢氧化 铅沉淀而影响铅的吸附。 0 2 4 6 345678 p ph h 0 0. .0 01 1q q/ /( (m mm mo ol l/ /g g) ) 图 3-4 ph 值对絮凝的影响 3.2.3 镉离子的存在对吸附的影响 在 20, ph=6.00.1,吸附时间 6h 的实验条件下,无镉和有镉共存时,胞 外聚合物对铅

42、的吸附如图 3-5 和图 3-6 所示。图中可见,镉的存在使吸附剂对铅 的吸附量降低。这是由于吸附剂表面可结合金属离子的带负电荷基团的数目是 有限的,共存离子的竞争吸附,降低了铅的吸附量。镉离子对胞外聚合物吸附铅 的干扰比较明显。 0 7 14 21 28 051015 c c/ /( (m mo ol l/ /l l) ) 0 0. .0 01 1q q/ /( (m mm mo ol l/ /g g) ) 图 3-5 无镉离子时的絮凝效果图 0 7 14 21 28 051015 c c/ /( (m mo ol l/ /l l) ) 0 0. .0 01 1q q/ /( (m mm m

43、o ol l/ /g g) ) 图 3-6 存在镉离子时的絮凝效果图 3.2.4 温度对吸附的影响 从图 3-7 中可以看出，在培养温度为 30、35、40时测定的絮凝率分别为 41、44、33，在培养温 35时，絮凝的活性较大且比较稳定。因此， 35可作为生产絮凝剂最佳培养温度，这说明絮凝温度对絮凝效果具有很大影 响。废水温度太低，絮凝剂反应慢，水解时间长，影响絮凝效果；废水温度过 高，可导致絮凝剂变性，絮凝效果受到影响。 20 25 30 35 40 45 202530354045 温温度度/ /( (） 去去除除率率/ /（） 图 3-7 温度对絮凝的影响 3.2.5 投加量对吸附的影响

44、 由絮凝原理可知，如果投入的高分子絮凝剂过量，胶体颗粒将被其吸附的 过多的聚合物所包围，反而会失去同其它微粒架桥结合的可能性，处于稳定状 态，不易沉降。因此絮凝剂也有最佳投入量，过多的投入量不但会造成成本提 高而且会降低絮凝率，絮凝剂用量为 0.4ml 时絮凝效果最佳。这可能是因为絮 凝剂本身作为一个聚电解质，在适当的浓度下，降低了胶体离子之间的静电斥 力并在胶体之间发生吸附 架桥作用而絮凝沉降;浓度过高，高分子就可能大量 地吸附在胶体表面，并增加对介质的亲和力，有妨碍聚沉的作用 最佳絮凝剂投 加量一般应当根据实际的废水情况做出判断结果表明，以每 30ml 铅离子液接 0.4ml 絮凝液时的絮凝效果最佳。 图 3-8 投加量对絮凝的影响 第四章 结论与展望 4.1 结论 通过这次实验对微生物絮凝剂的研究，取得了一定的实验结果。ph 可以影 响絮凝效果，在 ph 为 6 时，所用的絮凝剂达到的效果比较理想。外界离子会 影响到絮凝剂处理废水的结果。此实验比较合适的温度是 35。微生物絮凝剂 的投加量并不是越多越好，需要控制适当。 4.2 前景与展望 微生物絮凝剂在处理重金属废水方面较