活性污泥胞外聚合物吸附重金屬效能與機(jī)制研究.pdf

1、胞外聚合物（extracelluar polymeric substances,EPS）是活性污泥的第三大組份，對重金屬有良好的富集作用，由于其重要特性和位置而成為研究熱點(diǎn)。目前關(guān)于EPS的組成、性質(zhì)、提取方法、對多種重金屬的富集作用等方面研究均取得了一定進(jìn)展，但關(guān)于其吸附重金屬的效能和機(jī)制研究較少，針對重金屬污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀和現(xiàn)存技術(shù)成本高等局限性，本文考察了剩余污泥胞外聚合物對水中和土壤中典型污染重金屬（Cd2+、Zn2+、Pb2+）

2、的吸附效能，并對其機(jī)制作了研究，最終在剩余污泥減容減量的同時(shí)用于重金屬污染的控制，達(dá)到以廢治污的目的。
　　本文首先以三種廣泛存在的活性污泥（市政污水污泥、飲料廢水好氧污泥、飲料廢水厭氧污泥）為研究對象，考察了提取方法對污泥胞外聚合物組分性質(zhì)的影響規(guī)律，并分析了EPS對活性污泥脫水性能影響和影響機(jī)制，確定以蒸汽提取法為最佳提取方法，-20℃為EPS最佳儲(chǔ)存溫度，EPS的提取有助于污泥的減容減量。
　　根據(jù)以上研究，模擬市政污

3、水和飲料廢水培養(yǎng)污水污泥提取EPS，以其為吸附劑考察pH值、EPS投加量、吸附時(shí)間對水中Cd2+、Zn2+吸附效能的影響規(guī)律、熱力學(xué)吸附特征及共存離子對胞外聚合物吸附Cd2+、Zn2+的影響，結(jié)果表明，胞外聚合物對Cd2+和Zn2+吸附較好，在初始投加濃度為20mg/L條件下，最佳pH值均為6，EPS最佳投加量分別為375mg/L和250mg/L，此時(shí)，EPSⅠ吸附率約為27mg/g和47.5mg/g，EPSⅡ?qū)d2+和Zn2+吸附率

4、分別約為19.5mg/g和40.5mg/g，EPSⅢ吸附率約為17mg/g和37mg/g。三種EPS對Cd2+和Zn2+的吸附過程均可分為快速吸附～慢速吸附～吸附平衡三個(gè)階段，Langmuir方程可描述三種EPS在常溫下對Zn2+和Cd2+的熱力學(xué)過程，EPS對Zn2+的吸附能力大于Cd2+。
　　本文考察了EPS對兩種不同性質(zhì)土壤中Cd2+、Zn2+、Pb2+的吸附效能，分析了pH值、EPS濃度、吸附時(shí)間對吸附效能的影響規(guī)律，并

5、考察了EPS處理前后土壤性質(zhì)的變化，和EPS從土壤中提取重金屬的動(dòng)力學(xué)，最后通過分析土壤中金屬形態(tài)解釋了EPS去除土壤中重金屬的機(jī)制。結(jié)果表明，EPS濃度、pH、吸附時(shí)間均對EPS去除土壤中Pb2+，Cd2+和Zn2+影響較大，EPSⅠ效果最好，土壤A，Pb，Cd和Zn分別在pH3～6.5，4.5～6.0和3.0時(shí)取得最大去除率，分別約為50％、60%和70%；土壤B，Pb、Cd和Zn分別在pH為3.0，6.0和3.0時(shí)取得最大去除率，

6、分別約為40%、50%和45%。EPS對土壤中重金屬的去除包括快速和慢速兩個(gè)階段。最佳條件下兩種土壤重金屬快速反應(yīng)速率順序均為：Cd>Pb>Zn，土壤A中，慢速反應(yīng)速率為：Zn>Cd>Pb，土壤B中順序?yàn)椋篜b>Zn>Cd，土壤A大部分重金屬在快速反應(yīng)階段得到去除，土壤B中相反。三種重金屬在土壤中的去除在堿性條件下反應(yīng)速率較高。EPS處理后土壤的基本性質(zhì)稍有變化，但不會(huì)對土壤生態(tài)造成危害；EPS對土壤中重金屬的去除受重金屬的形態(tài)影響很大

7、。
　　通過X射線光電子光譜（XPS）分析，表明EPS主要元素包括C、N和O，EPS中醛酮、醚、醇類C參與吸附反應(yīng)，含N基團(tuán)對Pb2+和Cd2+的作用大于對Zn2+的作用，EPS中O元素對Pb2+的作用大于其對Cd2+和Zn2+的作用。紅外光譜（IR）分析表明，Pb2+、Cd2+、Zn2+的活性吸附基團(tuán)主要為羧基、羰基、酰胺基團(tuán)，酰胺基團(tuán)對Pb2+的吸附作用大于Cd2+、Zn2+。X射線衍射光譜（XRD）分析表明，EPS與Pb2+

8、結(jié)合無序，與Cd2+、Zn2+結(jié)合有序。Ｘ射線熒光光譜（XRF）分析表明，Pb2+結(jié)合于EPS的顆粒內(nèi)部，Cd2+在EPS表面結(jié)合量較大。XRF分析與吸附過程中離子組成與濃度的變化表明離子交換是EPS吸附Pb2+、Cd2+、Zn2+的機(jī)理之一，且在Pb2+的吸附中占比例較Cd2+、Zn2+大；與Sr2+的競爭吸附說明Zn2+和Cd2+在EPS上成離子鍵的吸附量只占少部分，Pb2+成離子鍵部分較大；EPS有多種吸附位，對不同重金屬吸附敏感