生物吸附法对水中重金属离子的处理研究

论文摘要

我国是一个农业大国，随着农业生产水平的不断提高，人们对农林废弃物的利用越来越少。每年我国产生的农作物废弃物可达5亿吨左右，其中大部分被直接丢弃或露天焚烧，既造成了绿色资源的严重浪费，而且还污染了生态环境。随着水污染的日益严重，人们在寻找高效、环保的处理途径的同时，将目光投向了农作物废弃物。农作物废弃物含有大量的纤维素、半纤维素和木质素等物质，可以提供很多活性官能团，如羟基、羧基、酚基等，这些基团对重金属离子具有吸附特性。本论文就农作物废弃物菌糠处理含重金属废水的性能进行了试验探究。以菌糠本身所具有的吸附特性为基础，对其进行化学改性，制备出高效的改性菌糠，并应用于废水中铜离子和镍离子的脱除。在改性过程中，对菌糠改性效果起主要作用的影响因素进行了探讨，确定出最佳改性条件；在静态吸附试验中，在不同的初始pH值、铜离子和镍离子初始浓度、吸附剂添加量及吸附时间等条件下，研究了改性菌糠对铜离子溶液和镍离子溶液的吸附效果，并与未改性菌糠的去除效果进行了对比。在动态吸附试验中，初步研究了改性菌糠对含铜离子废水的处理效果及其再生性能。研究结果表明：菌糠经化学改性后，处理铜离子溶液和镍离子溶液时，其对两种离子的吸附能力均得到提高，并且吸附速度加快。菌糠质量为10g时的最佳改性条件是：改性温度30℃，改性时间60min，250mL质量浓度0.5mol/L的草酸。在静态吸附试验中，改性菌糠对铜离子和镍离子的吸附率随着初始pH值的升高而上升，在pH值分别为5.0和4.0时，改性菌糠对两种离子的吸附率最高，分别为87.73%和81.59%；初始重金属浓度越低，处理效果越好；改性吸附剂的添加量均为20g/L时，对50mL10mg/L的铜离子和镍离子废水处理效果较好；在反应60min时达到吸附平衡。在最佳吸附条件下，草酸改性菌糠对铜离子和镍离子的最大吸附率为94.23%和90.42%；改性菌糠处理10mg/L的铜离子溶液和10mg/L的镍离子溶液后分别可以达到GB8978-1996的二级标准及GB8978-1996的最高允许排放浓度范围之内。在菌糠去除铜离子的动态吸附试验中，草酸改性菌糠在初次使用时效果较好，再生一次后的吸附性能低于初次使用。该项研究不仅为重金属废水提供了一种高效、环保、经济的处理方法，同时也为农作物废弃物菌糠提出了一个资源化利用的新思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 重金属铜和镍对人体的危害及其废水污染现状
• 1.2 重金属废水传统处理的方法
• 1.3 生物吸附概念的提出
• 1.4 农林废弃物在废水处理方面的应用研究现状
• 1.5 本课题的立项背景及研究内容的提出
• 1.6 本课题的创新点
• 2 试验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验用主要试剂和仪器
• 2.3 测定方法
• 2.3.1 铜离子的测定方法
• 2.3.2 镍离子的测定方法
• 2.3.3 吸附率和吸附量的计算公式如下：
• 2.4 食用菌菌糠对含铜离子和镍离子溶液的静态吸附试验
• 3 未改性菌糠对 Cu（Ⅱ）和 Ni（Ⅱ）的吸附性能
• 3.1 初始 pH 值对吸附效果的影响
• 3.1.1 试验方法
• 3.1.2 试验结果与分析
• 3.2 初始重金属浓度对吸附效果的影响
• 3.2.1 试验方法
• 3.2.2 试验结果与分析
• 3.3 吸附剂添加量对吸附效果的影响
• 3.3.1 试验方法
• 3.3.2 试验结果与分析
• 3.4 吸附时间对吸附效果的影响
• 3.4.1 试验方法
• 3.4.2 试验结果与分析
• 3.5 温度对吸附效果的影响
• 3.5.1 试验方法
• 3.5.2 试验结果与分析
• 3.6 本章小结
• 4 生物吸附剂改性菌糠的制备
• 4.1 改性菌糠的制备
• 4.1.1 硝酸改性菌糠的制备
• 4.1.2 草酸改性菌糠的制备
• 4.1.3 次氯酸钠改性菌糠的制备
• 4.2 改性剂效果的确认
• 4.3 改性条件的优化
• 4.3.1 改性温度对改性效果的影响
• 4.3.2 改性时间对改性效果的影响
• 4.3.3 改性剂浓度对改性效果的影响
• 4.4 菌糠的红外光谱分析
• 4.5 本章小结
• 5 草酸改性菌糠对铜离子和镍离子的吸附性能
• 5.1 初始 pH 值对两种离子的吸附效果的影响
• 5.2 初始重金属浓度对两种离子的吸附效果的影响
• 5.3 吸附剂添加量对两种离子的吸附效果的影响
• 5.4 吸附时间对两种离子的吸附效果的影响
• 5.5 草酸改性菌糠对金属离子的动态吸附
• 5.5.1 草酸改性菌糠对铜离子的动态吸附试验
• 5.5.2 草酸改性菌糠的再生
• 5.5.3 结果与讨论
• 5.6 等温吸附
• 5.7 菌糠吸附铜离子和镍离子的机理探讨
• 5.8 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本论文取得的主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 致谢