Pb(Ⅱ)在活性污泥中的吸附特性及形態(tài)遷移規(guī)律研究.pdf

1、活性污泥是生物處理系統(tǒng)中的主體作用物質(zhì),主要由微生物群體、細(xì)胞分泌物、難降解有機(jī)物、無機(jī)物等成分所組成的復(fù)雜的非均質(zhì)體。由于其來源廣、成本低、吸附性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),因此本文選用活性污泥作為吸附劑去除廢水中的Pb(Ⅱ)。本論文主要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究:①活性污泥對Pb(Ⅱ)的吸附性能研究,②活性污泥對Pb(Ⅱ)的吸附機(jī)理研究,③Pb(Ⅱ)在活性污泥上的遷移規(guī)律,④超聲加酸輔助去除活性污泥中Pb(Ⅱ)的研究。
　　根據(jù)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,得

2、出以下結(jié)論:
　　(1) Pb(Ⅱ)在活性污泥中的吸附特性研究
　　活性污泥對Pb(Ⅱ)的吸附是一個(gè)快速吸附的過程,在2h內(nèi)吸附質(zhì)在液固相表面基本達(dá)到平衡。吸附平衡時(shí)間受Pb(Ⅱ)初始濃度影響不大。隨著Pb(Ⅱ)初始濃度的增加,活性污泥對Pb(Ⅱ)的吸附平衡濃度增加,吸附率下降。
　　活性污泥對Pb(Ⅱ)的吸附作用能夠較好的滿足偽一級動(dòng)力學(xué)模型(R2=0.989)和偽二級動(dòng)力學(xué)模型(R2=0.990);活性污泥對Pb(

3、Ⅱ)的理論飽和吸附量與實(shí)驗(yàn)飽和吸附量均非常接近。
　　在10℃、20℃和30℃時(shí), Langmuir和Freundlich等溫吸附線均能對活性污泥對Pb(Ⅱ)的吸附平衡數(shù)據(jù)能較好的擬合。Freundlich吸附等溫模型中n值和Langmuir吸附等溫模型中RL值均表明活性污泥對Pb(Ⅱ)具有良好的吸附性能。
　　pH對活性污泥吸附Pb(Ⅱ)有很大的影響,當(dāng)pH較低時(shí),活性污泥對Pb(Ⅱ)的平衡吸附量較低。隨著pH升高(4-7

4、),活性污泥對Pb(Ⅱ)的吸附性能增強(qiáng),當(dāng)pH(7-9)繼續(xù)增長時(shí),吸附量增加不明顯。
　　溶液中共存離子Cu(Ⅱ)對Pb(Ⅱ)在活性污泥上的吸附起著一定的抑制作用。隨著Cu(Ⅱ)濃度的增加,對活性污泥吸附Pb(Ⅱ)的抑制強(qiáng)度越大。
　　(2) Pb(Ⅱ)在活性污泥上的吸附機(jī)理探討
　　活性污泥對Pb(Ⅱ)的吸附是自發(fā)的不可逆的自由度增加的吸熱反應(yīng),隨著溫度(10℃-30℃)的升高,吸附性能越強(qiáng)。
　　運(yùn)用傅里葉

5、紅外光譜發(fā)現(xiàn)在活性污泥吸附Pb(Ⅱ)的過程中,-CH、-C=O、-CN、-CO、-S=O、-COOH等官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)。
　　Zeta電位測定結(jié)果顯示,活性污泥對Pb(Ⅱ)的吸附涉及到靜電作用、疏水作用等機(jī)理。
　　輕金屬離子濃度的測定結(jié)果及X射線熒光光譜分析表明,活性污泥對Pb(Ⅱ)的吸附過程存在離子交換作用。
　　掃描電鏡檢測結(jié)果表明:活性污泥為異質(zhì)化吸附劑,在活性污泥表面包含有Pb(Ⅱ)與胞外聚合物形成難溶性物質(zhì)以

6、及金屬顆粒物沉降形成白色顆粒結(jié)晶體。
　　X射線能譜衍射分析表明:活性污泥吸附Pb(Ⅱ)前后,C、O元素含量和元素周圍形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變,活性污泥胞外聚合物的活性基團(tuán)參與吸附反應(yīng)。(3) Pb(Ⅱ)在活性污泥中形態(tài)遷移規(guī)律
　　在0.1h時(shí)即快速吸附階段,活性污泥上以酸可交換態(tài)(F1)、易還原態(tài)(F2)、可氧化態(tài)(F3)和殘余態(tài)(F4)形式存在的Pb(Ⅱ)均迅速增加。隨著時(shí)間的增長,酸可交換態(tài)(F1)易還原態(tài)(F2)和殘余

7、態(tài)(F4)的Pb(Ⅱ)均有不同程度的升高,而可氧化態(tài)(F3)的Pb(Ⅱ)含量在0.1h最大。
　　在不同的初始濃度下的Pb(Ⅱ),隨著溫度的升高,在活性污泥中以酸可交換態(tài)(F1)、易還原態(tài)(F2)、可氧化態(tài)(F3)和殘余態(tài)(F4)形式存在的Pb(Ⅱ)都呈現(xiàn)增長趨勢。
　　隨著pH升高,活性污泥中酸可交換態(tài)的Pb(Ⅱ)含量從0.62 mg/g上升至2.91mg/g。pH在中性條件下,易還原態(tài)(F2)、可氧化態(tài)(F3)和殘余態(tài)(

8、F4)的Pb(Ⅱ)含量最大,分別是4.75,3.45和2.81 mg/g。
　　在共存金屬離子存在時(shí),隨著Cu(Ⅱ)含量的升高,活性污泥上以酸可交換態(tài)(F1)、可氧化態(tài)(F3)和殘余態(tài)(F4)的Pb(Ⅱ)分別下降了0.40,2.21和1.66 mg/g。而易還原態(tài)的Pb(Ⅱ)上升了2.45 mg/g。
　　使用X射線光譜衍射分析表明:活性污泥吸附了大量的Pb(Ⅱ),鉛在活性污泥中主要以有機(jī)類的鉛即可氧化態(tài)的鉛和酸可交換態(tài)的鉛

9、的形式存在。
　　(4) Pb(Ⅱ)在活性污泥上的解析研究
　　活性污泥中重金屬的溶出量隨著超聲時(shí)間的延長而不斷增加。超聲自身對活性污泥中重金屬去除的效果不明顯,在和酸共同作用下,浸提率大大提高。酸的濃度越大,促進(jìn)作用越強(qiáng)。
　　活性污泥中重金屬的浸出率在聲能較大的情況下浸出速度較快,而聲能的強(qiáng)度大小對于重金屬的最終浸出效果沒有明顯的效果。
　　超聲和酸共同作用下去除活性污泥中的Pb(Ⅱ)對其各種化學(xué)形態(tài)影響程度