磁性生物载体的制备及处理Cd2+/苯酚复合污染废水特性研究

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农林废弃物如木屑、秸秆等生物质材料,具有很好的亲水性和亲生物性,且含有大量的-COOH、-NH2、-OH、-CONH2等官能团,可吸附去除多种重金属,但其对废水中有机污染物的处理效果差;而生物法能有效降解水中的有机污染物,此外,弱磁场的存在有利于微生物的生长,促进污染物质的降解。因此,本文以Cd2+/苯酚复合污染废水为研究对象,选择木屑、花生壳、黄豆杆为原料,通过化学共沉淀法制备系列磁性生物载体,利用比表面积孔径分析仪及X射线衍射等手段进行了表征,探讨了磁性生物载体在废水处理过程中的铁溶出量,对比研究了原材料与磁性生物载体对Cd2+的吸附性能,并以木屑和磁性木屑作为微生物载体,比较研究了它们处理复合污染废水中Cd2+和苯酚的去除效果;实验过程中与粒径相同的颗粒活性炭材料进行了比较。得到以下结论:(1)采用化学共沉淀法制得的磁性生物载体具有良好的磁稳定性,磁性生物载体的比表面积和孔径均有增大,其中磁性木屑的比表面积由2.2m2/g增加到49m2/g,磁性花生壳由4.8m2/g增加到63.0m2/g,木屑和花生壳的平均孔径分别增加到16μm和19μm;形成的铁氧化物主要为Fe3O4和Fe2O3。(2)载体对Cd2+的吸附受初始pH的影响较大,pH为26时随pH的升高而增加,吸附速率较快,在60min内可以达到平衡。常温下,Cd2+初始浓度为20mg/L,载体投加量为6g/L的条件下,研制的系列生物质磁性生物载体对Cd2+的吸附去除率与颗粒活性炭相似,都可达95%以上。磁性生物载体的吸附过程都可以用Langmuir和Freundlich等温线进行描述,磁性木屑、磁性花生壳、磁性黄豆杆和磁性活性炭对Cd2+的最大吸附量分别为12.4、23.6、14.5、14.2mg/g。(3)木屑载体挂膜后对Cd2+/苯酚复合污染废水中苯酚的去除率与颗粒活性炭载体相似,都可达到95%左右;与未挂膜的木屑载体比较,苯酚去除率可提高80%以上。对Cd2+的去除率,木屑类与活性炭类载体的效果相差不大,可达到7390%。而且木屑类载体比活性炭类载体可以提前完成微生物挂膜,生物膜量提高8%左右。(4)在相同的实验条件下,挂膜后的磁性木屑对复合污染废水中COD和Cd2+的去除率比挂膜后的原木屑分别提高9%和12%,对苯酚的去除率均可达到95%左右;此外,与原材料比较,磁性生物载体能提前完成微生物挂膜,生物膜量提高30%左右。
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