生物炭与Pseudomonas hibiscicola strain L1协同去除Ni2+和硝酸盐氮的机理及电镀废水的去除研究

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电镀工艺是一项表面处理工艺,是将一层薄层金属镀在镀件表面的过程。虽然电镀工艺给人们生活带来便利,但是在电镀作业中会产生大量的含多种重金属、偏酸性、含盐的复合型污染废水,例如电镀镍工艺,在生产作业中涉及到硝酸盐酸洗、退镀等工艺,会产生含镍、硝酸盐等复合污染的废水,若发生“跑冒滴漏”会对周围环境造成影响。目前,处理含镍废水常用的废水处理方法有:化学沉淀法、膜分离法、离子交换法和吸附法等。可是传统的废水处理方法有耗资高、处理复杂、二次污染等弊端,而找到二次污染少、成本低、处理效率高等优点的处理工艺是环境人的奋斗目标。本课题组在镍与硝酸盐废水处理方向已有宝贵的经验,经研究发现菌株Pseudomonas hibiscicola strain L1(简称“L1菌”)与花生壳炭材料对低浓度镍(0mg/L-20 mg/L)和硝酸盐有一定的去除能力。但考虑到在电镀废水实际处理中难免发生预处理池出现事故,即高镍浓度废水进入生物池,导致微生物中毒使废水不能达标排放。因此本研究在本课题组研究的基础上对更高镍浓度(20 mg/L-100mg/L)进行研究,采用花生壳炭与L1菌炭菌联合手段探究镍与硝酸盐的去除效果。本研究通过对比L1菌、花生壳炭独立体系与L1菌与花生壳炭联合体系对镍与硝酸盐的去除效果,来反映炭菌联合体系去除镍与硝酸盐的优劣性;并通过炭菌联合体系中活菌生物量与微生物代谢活性的测定,联合使用扫描电镜方法观测L1菌在花生壳炭上的分布特性,印证了炭菌联合体系去除镍与硝酸的机理;另外,为了了解炭菌联合实际的运用潜力,本研究还讨论了p H值和共存离子重金属六价铬与铜对电镀废水中镍与硝酸盐的去除效果影响,进一步地,将L1菌与炭菌联合体系分别置于SBR反应器中模拟炭菌联合体系在实际环境中的运用。实验结果表明:(1)三种体系去除镍与硝酸盐的趋势皆是随着镍初始浓度的升高,镍与硝酸盐的去除效率下降,因此当镍初始浓度为20 mg/L时,镍与硝酸盐去除效率达到最高。通过对比三种体系去除效率,在相同镍初始浓度条件下,炭菌联合去除镍与硝酸盐的去除效率比L1菌、花生壳炭单独体系的去除效率高,并高于L1菌、花生壳炭单独体系的去除效率之和。(2)通过对炭菌联合体系的活菌生物量与微生物代谢活性分析,间接确定L1菌能固定在花生壳炭上,使用扫描电镜方法观测炭菌联合体系,直接证明L1菌是附着在花生壳炭上的表面与孔隙中。(3)L1菌与花生壳炭之间存在协同作用,花生壳炭可减少L1菌在反应器中的流失,并能减弱环境对L1菌的毒害作用。推测出花生壳炭表面上碳酸根与吸附镍发生共沉淀反应,从而达到去除镍作用。L1菌表面带负电荷的反应位点与镍结合,同时L1菌表面官能团与镍发生络合反应产生晶体,从而降低含镍废水中镍的含量。炭菌联合去除硝酸盐,主要是L1菌的作用,L1菌表面官能团参与硝酸盐还原过程,从而使硝酸盐浓度降低。(4)通过探究炭菌联合在实际电镀废水中的去除潜势。p H影响实验得出,p H=8时炭菌联合体系去除镍的效果最佳,达到87.3%,随着p H值降低,炭菌联合去除镍的能力变弱。硝酸盐的去除性能不受p H值的影响。在六价铬与铜干扰下炭菌联合去除镍和硝酸盐的去除效率未受到影响。SBR反应器实验表明炭菌联合体系具有更高的去除效率和更广泛的适用性。
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