重金属污染废水处理技术研究

1. 2. 4在流化床生物反应器中运行情况研究

本研究采用曝气式方法处理含锌模拟废水,实验装置如图1 所示。反应器采用流化床生物反应器,主体为圆柱形容器,由塑料制成,其内径为100 mm,高300 mm,有效容积为1. 5 L。该反应器为串联多床系统,适用于处理量较小,出水要求较高的场合。所需液体由水泵提供,并由液体流量计调节其水量;所需气体由空气泵提供,由气体流量计调节其空气量。通过分别调节流量和曝气量,待稳定反应后,测出水中重金属浓度。

1. 2. 5固定化小球吸附与解吸研究

使用0. 1 mol˙L - 1 HCl 作为解吸剂,对固定化小球进行连续的吸附与解吸研究,测量3 次循环后固定化小球对废水的吸附率。

2结果与分析

2. 1固定化小球吸附空白对照实验

由图2 可以看出,吸附效果由大到小依次是:(d) > ( b) > ( c) > ( a), ( d) 的吸附率最高达到81. 8% ,鼠尾藻小球吸附率略高于活性炭小球,而(a)空白小球的吸附率最低,只有30% 左右。(c)与(d)小球对比表明,由于在鼠尾藻小球中加入了活性炭,固定化小球的内部空隙增大,更多的Zn2 + 能进入小球内部进行吸附。(b) 和(c) 的对比表明同样质量分数的吸附剂,鼠尾藻比活性炭对Zn2 + 的吸附效果更好。同时活性炭还有较好的稳定性,能进一步提高固定化小球的机械强度。

表2主体间效应的检验

表3各水平间多重比较

2. 2固定化配比对吸附Zn2 + 的影响

用SPSS 进行主体间效应检验结果如表2 所示,

经过显著性检验结果可以看出,PAC 和藻类投放量(C)的sig 值分别为0. 036 和0. 033,均小于0. 05,说明当SA 条件一定时,PAC 和C 对吸附重金属Zn2 + 有显著影响。这是由于鼠尾藻粉和活性炭粉都具有较好的亲水能力,使水中的重金属锌能更有效的与鼠尾藻和活性炭进行吸附反应。PVA 对重金属的吸附率影响不显著。通过功效检验确定因素主次分别为C >PAC > PVA。对3 个因素水平进行SNK 多重比较结果,由表3 经过计算可以确定最大吸附率组合为PAC(1. 5)PVA(6)C(15)。

2. 3环境因素对吸附Zn2 + 的影响

2. 3. 1不同pH 对吸附Zn2 + 的影响

将最佳配比的固定化鼠尾藻颗粒放入重金属溶液中,保持温度、时间等条件不变,通过调节溶液的pH来观察固定化颗粒对Zn2 + 的吸附能力变化。

由图3 可以看出,pH 在1 ~ 2 的时候,固定化鼠尾藻对水中重金属吸附率较低,在50% 以下,随着pH值的升高,吸附率逐渐上升,当pH 值为6 时,吸附率达到最大值为80. 2% ,但随着pH 的再次增加,吸附率开始下降。由此可以看出pH 对固定化鼠尾藻颗粒吸附重金属有显著影响,这与其他研究中藻类吸附重金属受pH 影响研究结果相同。可能由于当H + 和Zn2 + 在pH 值较低时,鼠尾藻和活性炭表面的官能团会结合更多的H + ,从而减少了对Zn2 + 的结合;当pH 升高时,颗粒表面会结合更多的负电荷,这样就会吸附更多的金属离子。但随着pH 进一步升高,氢氧化阴离子会与自由金属离子相结合形成微溶或难溶性化合物,从而离子的吸附能力开始下降。

许多关于生物吸附的研究都发现,细菌、真菌以及藻类等都把pH 作为影响生物吸附率的首要原因 。pH 不仅会影响在官能团上发生的络合反应,也会对藻类细胞壁表面产生的离子交换作用造成影响。重金属离子在被藻类吸附的同时,还一直在和H + 保持竞争性吸附,而藻细胞表面的自由位点数是受pH 影响的,因此pH 值是影响藻类细胞吸附重金属离子的重要因素之一。

2. 3. 2不同温度对吸附Zn2 + 的影响

依照前面实验确定的最佳pH 值调节重金属溶液,其他条件不变,只对温度进行调节,调节范围为15~ 35 ℃ 。再对固定化颗粒对Zn2 + 的吸附进行实验。

由图4 可以看出:不同的温度对吸附Zn2 + 的影响不同,随着温度的升高,固定化颗粒的吸附能力显著上升,由最低的45. 2% 上升到86% ,提高了40% 。到达30 ℃ 时,吸附率趋于平衡达到84. 2% ,说明鼠尾藻能在较高温度的情况下,仍然能保持较高的吸附率。温度是通过影响生物吸附剂的生理代谢活动和基团吸附动力等因素影响最终的吸附效果,可能由于提高温度增强了生物表面活性,加快了表面官能团的解离以及溶液中重金属离子的运动,从而提高了吸附率。