水体甲氧苄啶类物质的生态生物处理探究

发布时间：2020-07-05 06:42

【摘要】：本文通过采用空心莲子草活性炭(Alligator Weed Activated Carbon,简称AWAC)和活性污泥法两种方法,对水体中的抗生素甲氧苄啶(TMP)进行了去除探究。用扫描电镜(SEM)、BET法、红外光谱法(FTIR)测定AWAC的物理性质;利用单因素试验中探究溶液初始浓度,活性炭投加量,震荡时间,pH以及温度对TMP去除效果的影响,并且在其基础上进行了吸附动力学、吸附等温线以及吸附热力学的分析。SBR降解TMP试验中,探究TMP对SBR反应器的整体运行性能如平均化学需氧量(COD)、氨氮(NH_4~+-N)、总磷(TP)和TMP的去除效果,胞外聚合物(EPS)的产量变化以及微生物群落结构的变化等。具体研究结果如下:(1)SEM结果表明AWAC具有粗糙不平的表面而且孔隙结构发达。BET法测得的活性炭比表面积比较高,达到了752.6 m~2/g,有利于提高AWAC对甲氧苄啶的吸附能力,其平均孔径为5.80 nm,AWAC属于微孔和中孔组合型。FTIR结果显示,AWAC表面存在一些与自身吸附性能和催化能力密切相关的官能团,如酚羟基、羧基、酯基等。(2)吸附试验中,AWAC对TMP的最大吸附量达到了125mg/g,并且在TMP浓度60mg/L,活性炭投加量为2.0g/L时去除率最高达到99%。综合考虑TMP的去除率和吸附量,在后续试验中选取TMP浓度60mg/L,震荡时间为1.0g/L,AWAC投加量为1.0g/L,温度为室温,pH为TMP溶液初始值作为试验进行条件。通过吸附动力学、等温线研究表明,该吸附过程符合伪二级动力学(R~2=1)、Freundlich模型(R~2=0.9950),表明该吸附过程是一个化学吸附、多分子层吸附过程。热力学研究表明反应过程是自发的、放热的过程。(3)SBR工艺中,COD、NH_4~+-N和TP的去除效率分别为88.6%±0.56%,90.47%±0.29%和64.25%±0.29%。TMP的去除率最后稳定在70%左右。随着TMP浓度的增加,蛋白质(PN)含量与多糖(PS)含量增加,这可以解释为微生物在受到刺激条件下通过分泌EPS来保护自身。三维荧光光谱(EEM)表明EPS中含有PN和可溶性微生物副产物以及腐殖质的有机物。(4)Alpha多样性分析中,丰度等级曲线表明初期样本中的OTU数目最多并且群落组成的均匀度最高。Beta多样性分析中,PC1与PC2两个主成分对细菌群落产生差异的贡献率分别为65.69%和31.39%,也就是初期与末期的群落结构差异大,表明TMP的加入驯化可以有效地将微生物群落区分。微生物群落动态变化中,Zoogloea、Paracoccus以及Pseudomonas都是优势属,其中副球菌属能够通过反硝化作用进行脱氮作用,假单胞菌属具有很强的分解有机物的能力。Gordonia(大头茶属)是具有降解功能的菌属,Methylobacillus(甲基菌属)是严格的好氧菌属,这几个属在初期的丰度很低,末期丰度很高,表明TMP利于这几个属的富集。
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52
【图文】：

空心莲子草,活性炭吸附,扫描电镜图

在正交表中列出，对试验设计的结果进行方差等分析，最后综合分析，选择出优的因素水平组合作为最优试验组。2 结果与讨论.1 活性炭的表征分析.1.1 扫描电镜（SEM）分析AWAC 吸附前后的扫描电镜结果如图 2-1 所示，图(a)吸附前显示，AWAC表面比较粗糙，具有发达的孔隙结构，这些孔隙的孔径有大有小，并且排列并规则。随着吸附反应的进行，活性炭表面的孔隙数目减少，表明表面的孔隙结被 TMP 所填充。

脱附等温线,氮气吸附,活性炭

图 2-2AWAC 氮气吸附-脱附等温线和孔径分布曲线表 2-1 AWAC 与其他活性炭的比表面积及孔径活性炭 SBET(m2/g)VtotDp参考文献(cm3/g) (nm)姜果棕活性炭 315 0.35 1.35 [37]AWAC 752 1.09 5.80 本文莲花茎活性炭 342 0.27 3.19 [38]芦竹活性炭 675 0.31 1.85 [39]AWAC 的 N2吸-脱附等温线结果如图(a)所示，AWAC 的吸附等温线趋势和Ⅳ两种类型的混合类型，在相对压力较高的区域内出现了比较明显的滞说明 AWAC 的表面主要是由微孔和中孔构成的[40]。由氮气吸-脱附等温线

【参考文献】