清液, 获得实验用藻类.. 活性污泥和淡水中丝状绿藻复合物的制备.. 胶联剂的配制将, 及海藻酸钠加热溶于水, 冷却, 保证, 和海藻酸钠的质量分数分别为 %, % 和 %, 配制溶液... 固定化活性污泥和淡水中丝状绿藻复合物的制备向溶液中分别加入一定量经过预处理的活性污泥 藻类和二者的复合物质量

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1 第 卷 / 第 期 / 年 月 河北师范大学学报 / 自然科学版 / / /... 固定化活性污泥与淡水藻复合物吸附水体中的 + 程东祥, 李绪谦, 李红艳, 张爱国, 郑苇 ( 吉林大学环境与资源学院, 吉林长春 ) 摘要 : 研究了固定化活性污泥与淡水中绿藻复合物吸附 + 的效率及其主要影响因素间的关系. 研究结果表明 : 复合物比其单一组分固定化物质吸附效果好, 在吸附过程中, 时间 原水 值 温度 浓度及复合物的包埋量对吸附效果都有较大影响, 当原水中 ρ( + ) 为 / 包埋量. 吸附时间 温度. = 时时吸附率为. %, 吸附量为. / ; 采用 作为解吸剂, 其再生能力强. 关键词 : 活性污泥 ; 丝状绿藻 ; 复合物 ; + ; 吸附中图分类号 : 文献标识码 : 文章编号 : - ( ) - - 目前, 地表水和湿地重金属污染的处理方法主要有化学法 物理化学法和生物法. 其中化学法 物理化学法在处理中易产生污染转移, 将造成二次污染, 而生物法具有效果好 投资少 易于操作和管理 不产生二次 污染等优点, 日益受到人们的关注. 近年来, 国内外很多学者开展了固定化细胞处理含重金属有毒废水的研 究工作. 生物吸附剂具有来源广 价格低 吸附能力强 易于回收重金属等特点, 使用死的微生物作为生物源易使其固定化, 可根据需要制成特殊的生物吸附剂并反复使用. 使用活性污泥和藻类分别作为吸附剂处理重 金属的研究比较广泛 [ ~ ], 而对于二者组成的复合物对重金属的稳定化研究尚未见报道, 笔者通过该复合 物对污水中 + 的稳定化研究, 为其在地表水质生态修复中的应用提供科学依据. 材料与方法. 主要仪器和试剂.. 主要仪器 - 型电子天平 ( 常熟市意欧仪器仪表有限公司 ); - 型高速离心机 ( 上海北京梅香仪器有限公 司 ); - 型原子吸收分光光度计 ( 上海光谱仪器有限公司 ); 型显微镜 ( 日本东亚医用电子公司 ) 等... 主要试剂 聚丙烯酰胺单体 ( ) - - 亚甲基双丙烯酰胺 ( ) 海藻酸钠均为分析纯. + 贮备液 : 称取. 光谱纯铅, 用 硝酸溶解完全后加水稀释定容至 ; 采用 + 贮备液 配制,,,,,, / 的 + 溶液作为实验原水.. 活性污泥和藻类来源 活性污泥取自长春污水处理厂 ; 藻类取自吉林市丰满水电站坝后松花江水丝状绿藻 毛枝藻 ( - ) 刚毛藻 ( ) 水绵 ( ) 等.. 活性污泥的预处理 把采集的活性污泥放在阳光下晾晒, 研磨过筛后得到直径小于. 活性污泥干颗粒.. 藻类的培养及预处理 每天定时向含有藻类的水溶液中投加 和 营养物质, 定时光照连续培养. 采集藻类进行预处理. 在 条件下, 采用. ~. / 溶液浸泡培养 后的藻类, 离心分离并弃去上 收稿日期 : - - ; 修回日期 : - - 基金项目 : 江苏淮安市企业科技研究项目 ( ) 作者简介 : 程东祥 ( - ), 男, 江苏淮安人, 博士研究生, 主要从事水体及土壤污染控制和治理的研究.

2 清液, 获得实验用藻类.. 活性污泥和淡水中丝状绿藻复合物的制备.. 胶联剂的配制将, 及海藻酸钠加热溶于水, 冷却, 保证, 和海藻酸钠的质量分数分别为 %, % 和 %, 配制溶液... 固定化活性污泥和淡水中丝状绿藻复合物的制备向溶液中分别加入一定量经过预处理的活性污泥 藻类和二者的复合物质量比为 ( ) / 的四甲 基乙二胺 ( ) 催化剂. / 引发剂, 搅拌均匀后将上述溶液吸入医用针形管, 滴入到 % 溶液中, 形成的球粒迅速转入到甲苯溶液中, 滤出 洗净. 按照同样方法包埋等量的活性污泥和藻类的 球型颗粒, 以供实验备用.. 复合物吸附污水中 + 的影响因素.. 时间的影响 在 时, 取 固定包埋量的小球加入到盛有 / + 溶液的 玻璃瓶中, 在,,,,,,,,,,,, 下, 进行静态吸附实验... 值的影响 在 时, 分别取 包埋量的小球 ( 藻的质量浓度为 / ) 加入到 个盛有 / + 溶液的 玻璃瓶中, 值分别为,,,,, 静态吸附, 取出溶液进行测试, 计算 + 吸附率... 包埋量的影响 在 时, 在 个盛有 / + 溶液的 三角瓶中, 分别加入包埋了活性污泥 藻类和二者复合物的.,.,.,.,. 的小球粒, 静态吸附 ; 取出溶液进行测试, 计算 + 吸附率. 按 照同样实验步骤, 分别做包埋活性污泥和包埋藻类的吸附 + 的实验... 温度的影响分别取活性污泥 藻类 复合物 包埋小球, 分别加入到 个盛有 / + 溶液的 玻璃瓶中, 调节每份溶液的 值为, 控制在不同温度下静态吸附 ; 取出溶液, 检测 + 的去除率 ; 按照 同样实验步骤, 分别检测包埋藻类 ( ) 和包埋活性污泥 ( ) 后 + 的吸附率... 原水质量浓度的影响 在温度为. 活性污泥 藻类 复合物包埋量为 时, 在 个分别盛有,,,, / + 溶液的 玻璃瓶中, 调节每份溶液 值为, 静态吸附 ; 取出溶液检测 + 的去除率. 按照同样实验步骤, 分别检测包埋藻类 ( ) 和包埋活性污泥 ( ) 后的 + 的吸附率.. 固定化复合物吸附 + 后解吸剂的选择与固定化复合物吸附 + 同等用量条件下, 选取. /, 作为解吸剂, 室温解吸时间为, 固定化复合物重复利用 次, 每次取出溶液进行测试, 计算 + 的解吸率.. 活性污泥和丝状绿藻的显微鉴定 取一定量活性污泥和丝状绿藻分别进行 倍显微镜观察. 其中活性污泥采用结晶紫染色观察, 藻类直接观察. 结果与讨论. 吸附时间对复合物吸附 + 的影响活性污泥是由微生物有机体 有机聚合物 胶体 矿物颗粒和金属离子等组成的一个复杂体系. 这些有机 质中的氮 氧 硫等原子可以提供孤电子对与金属离子配位. 细胞壁上可以提供的能与金属离子络合的基团 包括,,,, 等 [ ], 藻类的细胞壁由多糖 蛋白质和脂类组成, 具有粘性, 带一定的负电荷, 可提供氨基 羰基 醛基 羟基 硫醇 硫醚 咪唑 磷酸根和硫酸根等官能团与金属离子 [ ~ ] 结合. 实验如结果图 所示. 在 时间内, 活性污泥 藻类和复合物快速吸附 +, 之后吸附速率降 低, 在 时复合物和藻类吸附达到平衡, 吸附率分别在. % 和. %, 活性污泥在 后达到吸附平衡, 吸附率为. %. 这说明 : 三者都经历了表面的快速吸附和细胞内的缓慢吸收 个步骤. 首先是

3 金属离子快速地与包埋体壁和膜结合, 随后被吸附的金属离子向包埋小球内部缓慢迁移直至最后达到平衡. 包埋体的吸附在 内即达较大的吸附, 此阶段以生物吸附为主要途径, 速度快, 而且是一个可逆的吸附 - 解吸的动态平衡, 被吸附的离子可被其他离子 螯合剂或酸解吸下来, 随着时间的延长, 金属离子向藻细胞内部缓慢迁移, 直至最后达到平衡. 实验选取 作为系统吸附试验的时间.. 对复合物吸附 + 的影响 藻类和活性污泥吸附水体中金属离子均受作用体系酸碱度的影响. 实验结果如图 所示. 由图 可知, 对活性污泥 藻类 复合物吸附污水中 + 效率影响比较大, 且存在共同点 : 吸附率开始都是随着 的升高而升高, 当达到一定 值的时候, 吸附率又随着 的升高而下降. 当 在 附近时, 复合物对 / 的 + 溶液吸附效率达到. %. 藻类在 = 时对 + 溶液吸附率最大, 达. %. 活性污泥在 = 时对 + 溶液吸附率最大, 达. %, 显然, 在原水浓度一定, 上述 种物质等量的条件下, 在相应的酸碱污水体系中, 复合物最大吸附率 > 藻类最大吸附率 > 活性污泥最大吸附率. 复合物的最大吸附效率之 所以高于藻类和活性污泥, 是因为当藻类和活性污泥复合之后, 增加了生物的多样性, 使之产生了更多有利 于与金属离子络合的基团, 从而使藻类与活性污泥的复合物在同等条件下对 + 有更强的吸附能力. 当溶 - 液中的 增加到使 + 结合形成微溶化合物时, 直接影响藻类和活性污泥以及混合物对重金属离子的吸附, 进而导致实验中混合物对重金属离子吸附效率的下降. 实验选取 = 作为系统吸附实验的 值.. 包埋量对复合物吸附 + 的影响 微生物量和藻类包埋量的不同会导致与金属离子作用的位点的数量不同, 进而影响吸附重金属离子的 [, ] 效率. 实验结果如图 所示. 由图 可知, 固定化的活性污泥 藻类和复合物在吸附 + 的过程中, 在包埋量为. 以内时, + 的吸附速率增加较快, 藻类和复合物的吸附率都达到了最大值, 分别为. % 和. %, 之后吸附速率下降, 活性污泥在 包埋量时达到最大吸附量. %. 实验选取 作为最佳包埋 量. 图 时间对 + 吸附率的影响图 值对 + 吸附率的影响图 包埋量对 + 吸附率的影响. 温度对复合物吸附 + 的影响 [ ~ ] 一般情况下, 温度不同生物体吸附水体中重金属离子的效率也会有所不同. 实验结果见图, 活性 污泥 藻类 复合物吸附 + 的效率均受到温度的影响, 其共同规律是在一定温度范围内, 吸附效率随着温 度的升高而增大, 之后吸附率减小. 本实验中, 在. 时, 随着温度升高, 复合物和藻类 + 吸附率增大为. %, 之后效率开始下降. 这说明该混合物对 + 的吸附是吸热反应, 温度在一定范围内升高, 有利于 该混合物的吸附, 而当温度 > 时, 由于温度过高, 又影响了该混合物的吸附.. 原水质量浓度对复合物吸附 + 的影响 原水质量浓度也是影响复合物及其单一组分物质吸附 + 的一个主要因素. 实验结果见图, ρ ( + ) 超过 / 后, 活性污泥 藻类和复合物吸附 + 的效率逐渐下降, ρ( + ) 在 / 时复合 物和藻类的吸附率分别达到了. % 和. %, 之后下降较快, 这是由物质的吸附能力决定的, 一定量的 藻类和活性污泥对目标重金属离子的吸附能力存在最大值, 超过该值, 该物质就无法承受, 所以, 当原水中 + 的质量浓度加大时, 该物质的吸附效率反而下降. 质量浓度比较低时, 固定化物质表面大部分作用位点 [, ]

4 没有得到利用, 因此提高原水的质量浓度会增加吸附量, 但提高到一定程度后, 吸附量虽仍有增加, 但速度减 慢. 这说明吸附表面的大部分已被占据. 当全部吸附表面被占据时, 吸附量就达到了极限状态. 图 温度对 + 吸附率的影响图 + 质量浓度对吸附率的影响. 固定化复合物吸附 + 后解吸剂的选择 实验选取 和 作为解吸剂, 是因为 + 能够溶于它们的溶液中, 且 和 为常用的工 + + 业试剂, 价格便宜. 此外, 与金属离子会竞争细胞表面的结合位点, 当溶液中有较高浓度的 时可置换出吸附于细胞上的金属离子. 实验结果表明 : 解析效果比 好, 固定化复合物重复利用 次后, 解吸 率分别达到 % 以上 ; 而 第 次解吸率仅为 %, 固定化复合物重复利用 次后解吸率仅为 %. 这 主要是因为 的溶解度较小, 而 ( ) 溶解度大. 实验选取 作为固定化复合物重复利用的解吸剂.. 活性污泥和藻类的显微鉴定 活性污泥和藻类的显微观察如图 图 所示. 活性污泥中微生态系统原生动物以游泳型纤毛虫 袋鞭 虫 绿眼虫 半眉虫 累枝虫等为主, 但细菌数量大, 且以球形菌为主, 说明吸附重金属离子主要是细菌在起作用. 而藻类主要为绿藻目 丝藻属 团藻属 水绵属 小球藻属等. 图 活性污泥的显微图片 图 藻类的显微图片 结论 复合物可以有效吸附水体中较大浓度的 +. 该复合物对 + 的吸附效率会受到时间 值 温度 生物包埋量及原水质量浓度的影响. 该复合物吸附水体中 + 的最佳条件是 : 原水中 + 质量浓度为 / 时, 包埋量., 吸附时间, 温度., =, 此时吸附率为. %, 吸附量为. /. 固 定化复合物吸附 + 的解吸剂为, 重复吸附 次后的解吸率分别在 % 以上. 说明该复合物作为生 物吸附剂的进一步研究具有很高的经济价值和社会价值.

5 参考文献 : [ ],. [ ].,, ( ): -. [ ] 浩云涛, 李建宏, 潘欣. 椭圆小球藻对 种重金属的耐受性及富集 [ ]. 湖泊科学,, ( ): -. [ ] 况金蓉. 生物吸附技术处理重金属废水的应用 [ ]. 武汉理工大学学报 ( 交通科学与工程版 ),, ( ): -. [ ] 胡自伟, 潘志彦, 王泉源. 固定化生物技术在废水处理中的应用研究进展 [ ]. 环境污染治理技术与设备,, ( ): -. [ ] 张剑波, 冯金敏. 离子吸附技术在废水处理中的应用与发展 [ ]. 环境污染治理技术与设备,, ( ): -. [ ],,. [ ].,, : -. [ ],,. [ ].,, : -. [ ],,. [ ].,, : -. [ ], -. (Ⅱ) - [ ].,, ( ): -. [ ],,. [ ].,, ( ): -. [ ], -. (Ⅱ) (Ⅱ) [ ].,, ( ): -. [ ] 林荣根, 黄朋林, 周俊良. 两种褐藻对铜和镉的吸着及洗脱研究 [ ]. 海洋环境科学,, ( ): -. [ ] 黄民生, 施华丽, 郑乐平. 曲霉对水中重金属的吸附去除 [ ]. 上海环境科学,, ( ): -. [ ],. (Ⅱ) - [ ].,, ( ): -. [ ],,,. [ ].,, ( ): , -, -, - (,,, ) : ,, ',, -.. %. /. + - /,.,.,. : ; ; ; + ; ( 责任编辑邱丽 )

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