微生物絮凝剂对重金属的捕集行为及机制研究

微生物絮凝剂是一种具有生物降解性和安全性的新型、高效、无毒的水处理剂。由于其较传统絮凝剂能有效的降低二次污染，成为了当今水处理剂的一大研究热点。本项目以微生物絮凝剂MBFGA1为核心，综合运用化学、生物、流体力学、计算机模拟、图像分析等手段，系统研究了微生物絮凝剂对重金属废水的处理过程。在MBFGA1特异性重金属捕集对象研究中，其对含Cu和Cd的重金属废水都表现出了良好的处理效果，去除率都达到了99%以上，而在与PAC复配处理过程中，MBFGA1对水体中残留Al也表现出了较好的抑制作用。MBFGA1对重金属废水的处理过程同时具备了生物絮凝与生物吸附作用，使得其能充分捕集水体中各种形态的重金属化合物。为了进一步探明MBFGA1絮凝处理重金属废水的吸附机制，运用分段投加法考察了其对含Pb废水的处理过程。结果发现，在絮凝的慢速搅拌期，Langmuir模型及二级动力学方程可以很好的分别描述其等温吸附及吸附动力学过程，吸附主要是发生在吸附剂表面有限活性位点的单分子层吸附，吸附类型以化学吸附为主，或者是吸附剂与吸附质间的离子交换。通过MBFGA1物质成分的鉴定，絮体结构的分析，以及絮凝现象的判断，MBFGA1对某些重金属废水优异的处理效果主要来源于其大分子多糖结构。在絮凝过程中MBFGA1分子量高达1.18×106D，范德华力大，分子内羧基、羟基等基团，容易和颗粒表面的离子结合而形成吸附。此外，多缔合羟基之间形成氢键，使得絮凝剂水溶性增大，并使其充分展开线性构型，为重金属胶体粒子的吸附提供足够的空间位点，便于架桥形成，从而实现高效絮凝。在对MBFGA1絮凝流场的CFD模拟中，优化了絮凝装置的结构，提升了絮凝控制水平，而在对印刷电路板废水的处理研究中，分别实现了对废水中Cu和COD较好的处理效果，为微生物絮凝剂在重金属废水处理过程中的实际应用提供了重要的理论依据。