探析电—微生物技术处理含重金属离子及难降解有机物废水

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1、虿天津又蓥中国近代第一所大学博士学位论文一级学科：化学工程与技术学科专业：化学工程作者姓名：王韬指导教师：牵纛钢救授天津大学研究生院中文摘要电生物技术作为一项绿色高新技术在环境污染治理领域的应用已初见端倪，深入开展有关研究具有重要的理论和现实意义。本文针对含难降解有机物(以苯酚为例)和重金属离子等废水，分别采用全新的电催化一固定化微生物耦合工艺和自行发明的电——生物膜固定床反应塔进行处理。本文主要研究内容如下：对苯酚和重金属离子分别渤j化后的功能微生物进行TEM、SEM表征：掣i化后，微生物种群数量

2、急剧减少，但适应性个体数量明显增加，且细胞结构，表面形态均发生显著变化。对电催化、固定化微生物及其耦合工艺降解苯酚的工艺进行比较研究，考察了初始浓度、电压、酸碱度及液固比等因素对苯酚降解效果的影响。反应动力学研究表明三种工艺对苯酚的降解过程均符合零级反应动力学，单位时间内耦合工艺对苯酚的处理效果与两种单一工艺效果的总和相当，表明耦合工艺是一种高效的新型处理工艺；三种工艺的主要中问产物均为2、6一二叔丁基对苯醌，该特征产物在相关工艺的文献中均未见报道。在电一生物膜固定床反应塔内，分别研究了陶瓷载体及三

3、维电极载体挂生物膜的方式处理含重金属离子的有机废水，考察了间歇操作中重金属离子初始浓度、吸附时间、操作电压和pH值变化对去除效果的影响。建立了该工艺外直流电场强化过程重金属离子传递及生物膜吸附的二维数学模型，并结合实验结果进行了验证，理论模型与实验结果吻合良好。首次迸行了软、硬性金属离子问竞争吸附的相关研究。结果表明，二元组分竞争吸附规律符合Fretmdlich二元吸附模型；并发现同一类型离子发生明显的竞争吸附，不同类的金属离子间的竞争吸附效果不明显，生物膜对软性离子吸附效果好于硬性离子。关键词：废

4、水处理，苯酚，重金属离子，电催化，微生物固定化，耦合工艺，生物膜，生物吸附AbstractElectrobioteehnologyasanenvironment-friendlytechnologyshowspotentialvaluesinthefieldofenvironmentpollutiontreatment．Itisnecessarytocarryoutextensiveresearchtheoreticallyandpractically．Novelcouplingtechnicsof

5、electro·catalyticandimanobilizedmicroorganismsisinitiallyputforwardandutilizedtOdealwithdifficultbiodegradationorganicmatterssuchasphenolaswhileasallinventionofbio—electrofixed-bedreactiontowerisusedtopurifingmetal—ladenorganicwastewatersinthisarticle．

6、Themaincontentinthisarticleareasfollows：TEMandSEMAnalysesoffunctionalmicrobialceilsshowthat：afteracclimationbyheavymetalsornon-degradationorganicsubstances，smallsortsofmixedmicrobialaresurvived,andadaptableindividualsareincreasedobviously．Moreover，thei

7、rmicrostructureandmorphologicalcharacteristicsalechangedgreatly．Westudytheinfluencesfactorssuchasinitialconcen'a'ation,voltage，pHvauleandpropor￡ionbgtwecnliquidandsolidtowardphenoldegradationprocessinelectro-catalytiemethod,immobilizedmicroorganismsmet

8、hodandtheircouplingtechnics．Asaresult,wefindzerogradekineticsrulearethesamewitlIdegradationprocessofthethreereactionmethods．ThedegradationefficiencyofcouplingtechnicsisalmostthesummationofthetWOsinglemethodsinunitreactiontime。ItlnealBth