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本文以四环素为研究对象,探讨四环素在城市污水处理厂活性污泥系统中的吸附、解吸性能,采用锥形瓶实验,研究四环素在活性污泥上的吸附动力学、吸附等温线、解吸等温线等特点,并研究了温度、pH、离子强度对吸附的影响以及各种解吸剂对解吸的影响;根据四环素在活性污泥上的吸附特点,评估了活性污泥法处理四环素废水的效果。主要研究内容和结论如下:
⑴对活性污泥吸附四环素的影响因素进行分析。四环素初始浓度越小、活性污泥浓度(MLSS)越大,吸附平衡时间越短,吸附量越低,吸附率越大。随着温度的升高,活性污泥对四环素的吸附量增大;pH为6时,活性污泥对四环素的吸附量最大;随着Na+离子强度的增加,活性污泥对四环素的吸附量降低。
⑵对活性污泥吸附四环素的动力学特性进行研究。活性污泥对四环素的吸附行为遵循伪二级反应动力学(R2>0.999)。
⑶对活性污泥对四环素的吸附等温线特征进行研究。10、25℃时,吸附较符合Langmuir模型,拟合的最大吸附量分别为31.14、70.95 mg·g-1。在40℃下,吸附较符合Henry模型。灭活污泥对四环素的吸附性能显著小于活性污泥,Langmuir拟合的最大吸附量为30.19 mg·g-1。
⑷对活性污泥对四环素的吸附机制进行研究。活性污泥吸附四环素的过程中,同时存在着物理吸附和化学吸附。离子交换、静电吸附均是四环素在活性污泥上的吸附机制。△G0在5.6~11.3KJ·mol-1之间;平均吸附能E大于8kJ·mol-1,且随着温度的升高而升高。四环素初始浓度在5~50 mg·L-1之间,平衡溶液的zeta值在-57.1~-22.5 mv之间。傅里叶红外结果表明,四环素在活性污泥上吸附前后没有检测到官能团的变化。
⑸对活性污泥吸附四环素的解吸过程进行研究。四环素从活性污泥上的解吸存在吸附-解吸滞后现象,添加酸、离子、螯合剂等解吸剂,有助于提高四环素的解吸效率。
⑹对活性污泥法处理四环素废水的效果进行评估。用多项式回归法对pH值进行优化,当pH为5.6时活性污泥对四环素废水的处理效果最佳。高浓度的活性污泥(4000mg·L-1)对四环素的处理时间短,去除率高,但是单位污泥吸附四环素量低。污泥浓度在3000~4000 mg·L-1左右,污泥停留时间为8 h时,去除率在94.32%~96.16%之间,单位污泥对四环素的吸附量在13.93~10.63 mg·g-1之间,去除效果良好。