纳米硒的制备、表征、应用及其对好氧颗粒污泥系统的影响

发布时间：2017-10-18 16:29

  本文关键词：纳米硒的制备、表征、应用及其对好氧颗粒污泥系统的影响

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【摘要】：纳米硒因为具有粒径小、比表面积大和表面电负性高等特点被认为是一种良好的吸附剂。生物法制备纳米硒因为绿色环保、经济快速而受到关注。好氧颗粒污泥系统中微生物种群丰富,可以将硒氧化物还原得到纳米硒。本论文在序批式污泥反应器中培养得到好氧颗粒污泥并在其中以亚硒酸钠为硒源还原制备得到纳米硒,对纳米硒进行表征并考察其对水溶液中镉离子的吸附性能。另外,还考察了纳米硒原位还原对好氧颗粒污泥系统的影响。主要研究内容和结果如下：1.在SBR反应器内通过逐步提高进水有机负荷、逐渐增加曝气量、投加Ca2+为内核以及逐步缩短沉降时间等方法成功培养出好氧颗粒污泥。培养得到的颗粒污泥为黄褐色,具有结构密实、沉降性能好和生物活性高等特点。颗粒化过程中污泥的胞外多聚物含量不断增加,其主要成分多糖和蛋白质都能促进微生物的聚集,有利于颗粒污泥的形成。颗粒污泥粒径在1-5mm之间,SVI稳定在40 mL/g左右,最大沉降速度可达到56.6m/h,系统对COD和NH4+-N去除率都高于97%。2.在序批式颗粒污泥反应器中原位还原制备红色纳米硒颗粒,利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、拉曼光谱(Raman)、X-射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)以及光电子能谱(XPS)等手段对纳米硒进行表征。此外,考察了纳米硒对水溶液中镉离子的吸附性能。通过批次吸附实验研究了吸附时间、反应溶液的pH和吸附剂投加量对吸附效果的影响,并对实验数据进行了吸附动力学和吸附热力学分析。结果表明,相比于Freundlich吸附等温线模型,纳米硒吸附镉离子的过程更符合Langmuir吸附等温线模型且最大单分子层吸附量为59.7 mg/g。同时,吸附过程也同样符合Temkin吸附等温线模型,这说明该吸附反应为化学吸附。伪二级动力学模型能很好地描述该吸附过程,相关性系数均大于0.999。整个过程的吸附速率受表面膜扩散和颗粒内扩散的共同影响,但主要受颗粒内扩散控制。吉布斯自由能变化量和焓变化量均为负值,说明该吸附反应是自发进行的放热反应。FTIR和XPS分析表明纳米硒对镉离子的吸附去除是一个包含静电引力和表面络合的复杂过程。研究结果说明纳米硒可以高效的吸附去除水溶液中的镉离子。3.纳米硒的附着使得颗粒污泥轮廓更清晰,但是纳米硒阻塞了颗粒污泥的孔隙,影响了营养物质传输,导致污泥微生物的生物活性降低。颗粒污泥系统对COD和NH4+-N去除效果变差,异养菌(XBH)和氨氧化细菌(AOB)的比耗氧速率都降低。此外,纳米硒的存在促进了微生物胞外多聚物的分泌,但是增加量较小。
【关键词】：好氧颗粒污泥 纳米硒 吸附 镉离子 生物活性
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 硒元素的概述13
• 1.2 纳米硒的概述13-15
• 1.2.1 纳米硒的特性及其应用13-14
• 1.2.2 纳米硒的制备方法14-15
• 1.3 好氧颗粒污泥综述15-18
• 1.3.1 好氧颗粒污泥的优势16
• 1.3.2 影响好氧颗粒污泥形成和稳定的因素16-17
• 1.3.3 好氧颗粒污泥的形成机理17-18
• 1.4 研究的目的、意义和内容18-21
• 第二章 好氧颗粒污泥的培养21-33
• 2.1 概述21
• 2.2 材料与方法21-24
• 2.2.1 SBR装置和运行方式21-22
• 2.2.2 接种污泥和实验用水22
• 2.2.3 分析项目和方法22-23
• 2.2.4 试剂和仪器23-24
• 2.3 结果与讨论24-32
• 2.3.1 好氧颗粒污泥的形成过程24-26
• 2.3.2 污泥浓度和沉降性能变化26-28
• 2.3.3 污泥反应器对污染物的去除效果28-30
• 2.3.4 胞外多聚物(EPS)含量和组分变化30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 纳米硒的制备、表征及其吸附性能研究33-53
• 3.1 概述33
• 3.2 材料和方法33-36
• 3.2.1 纳米硒的制备与纯化33-34
• 3.2.2 纳米硒的表征34
• 3.2.3 试剂和仪器34-35
• 3.2.4 批次吸附实验35-36
• 3.3 结果和讨论36-51
• 3.3.1 纳米硒的表征36-38
• 3.3.2 批次吸附实验38-41
• 3.3.3 吸附动力学41-44
• 3.3.4 吸附热力学44-47
• 3.3.5 热力学参数47-48
• 3.3.6 吸附机理48-51
• 3.4 本章小结51-53
• 第四章 纳米硒的原位还原对好氧颗粒污泥系统的影响53-59
• 4.1 概述53
• 4.2 材料和方法53-55
• 4.2.1 反应装置53
• 4.2.2 接种污泥和实验用水53-54
• 4.2.3 实验安排54
• 4.2.4 分析测定方法54-55
• 4.3 结果与讨论55-58
• 4.3.1 对颗粒污泥形貌的影响55
• 4.3.2 对颗粒污泥沉降性能的影响55-56
• 4.3.3 对颗粒污泥处理有机物性能的影响56-57
• 4.3.4 对颗粒污泥微生物活性的影响57-58
• 4.3.5 对颗粒污泥微生物EPS分泌的影响58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-70
• 致谢70-71
• 硕士期间研究成果71-73
• 学位论文评阅及答辩情况73

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本文编号：1055994