探析电生物复合吸附塔处理重金属离子的研究及数学模拟

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2、o而7葡硝j⑧灭洋大謦中国近代第一所大学博士学位论文■_誓啊-■●嘎_岛爿j强■冒●■叫口___一级学科：化学工程与技术学科专业：化学工程作者姓名：刘丽艳指导教师：李叁钢教授天津大学研究生院中文摘要电生物技术是近二十年来发展起来的新型技术，本文对电生物复合吸附技术处理含重金属离子废水过程进行了系统的理论与实验研究。选择枯草芽孢杆菌活菌体和死菌体作为生物吸附剂，20～40目的石英砂作为无机吸附剂，活菌体+石英砂，死菌体+石英砂分别形成复合吸附剂，用这五种吸附剂进行吸附性能实验研究。对重金属离子在生物体上的吸附过程进行分析，建立了生物体对单一重金属离子和多离子共存的竞争吸附动力学微分方程和等温吸

3、附平衡方程，并对准一级和准二级动力学方程进行了数学求解。采用不同吸附剂分别对Cu2+、Zn2+乘lCd2*离子进行单一离子和多离子共存竞争吸附动力学和等温吸附平衡实验，研究不同吸附体系的性能。通过单一离子和多离子共存竞争吸附实验发现，多离子共存时各个吸附体系的吸附性能都有明显下降，表明竞争离子的存在不同程度上抑制了体系的吸附性能。共存离子影响的程度因各吸附剂对目标离子吸附性能的差异而不同，吸附性越强的吸附剂受影响的程度越高。从死菌体、石英砂及二者组成的复合吸附剂对单--Cur、z∥和C矿离子的等温吸附平衡实验数据中得到一条可用于指导实际生产的规律：两种吸附能力不同的吸附剂进行复合，其复合吸附剂

4、的吸附性能取决于吸附能力强的吸附剂。采用最小二乘法对单一离子和多离子共存竞争吸附理论模型中的参数值进行了非线性回归。通过实验数据与模拟结果的比较，该竞争与非竞争吸附模型均可准确地描述实验数据趋势。利用自行设计的电生物复合吸附过程(EBA)装置处理低浓度含重金属离子废水，研究该装置在不同操作条件下的传质性能。在综合考虑吸附和电迁移理论的基础上，建立了EBA过程的数学模型，并采用有限差分和追赶法对该模型进行数值求解。通过实验数据的对比验证，非平衡吸附运移模型与实验数据吻合程度较平衡吸附运移模型好，重金属离子在EBA系统中的运移吸附过程是一动态过程。关键词：重金属离子，复合吸附剂，生物吸附，竞争吸附

5、，吸附动力学，等温吸附平衡，电迁移，电生物复合吸附过程。AbstractElectrobioteehnologybecameoneofemergingtechnologyoverthepasttwodecades．Withthecombineofeleet-bioteetmologyandadsorption,thisstudyemphasizedthetheoryandexperimentfortheremovalofheavymetalionsfromthewastewater．Fivesorbentswerechosentoresearchtheadsorptionability．The

6、Bacillussubtilislivevaccineandunlivingonesaretwokindsofbiosorbent,and20--40meshsilicasandsareinorganicsorbents．ThemixedBacillussubtilisandsilicasandsalecombinedsorbent．AnothercombinedsorbentisthemixedualivingB．subtilisandsilicasands．TheprocessoforganismadsorbingheavymetaliomWasanalyzed．Acompetitivea

7、dsorptionkineticdifferentialequationandadsorptionisothermequationhavebeensetupinthec瓣thesingleheavymetalionandmulti-ionscoexist．Thequasifirst-ordermadquasitwoorderkineticequationsWeresolvedbymathematicmethod．AseriesofadsorptionkineticandadsorptionisothermexperimentswereachievedwithCu2+,Zn2+andCd”ond

8、ifferentsorbents．Here．thesingleionandmulti-componentcoexistingcompetitiveadsorptionwe陀considered,whichWaSprovedconsistentwiththeexperimentaldata．Theresultsshowthattheadsorptionabilityisdecreasingwhenm