摘要
锑是一种生产生活中被广泛使用的金属物质，但随之而来的锑污染也是不容乐观的，同时其对人类健康的影响也不容忽视，寻找一种低消耗并能有效地处理水中锑污染的工艺具有重要的意义。利用细菌、藻类、真菌等生物法处理含锑废水的研究已经取得了较好的效果，但这些微生物多呈悬浮状态，与水中的分离效果较差，同时处理过程中需要消耗大量的能量。厌氧颗粒污泥法在处理过程中能源消耗低、且颗粒污泥密度大，易于沉淀分离。基于厌氧颗粒污泥法的这些优点，本论文从厌氧颗粒污泥的培养开始，探讨厌氧颗粒污泥的界面特性，解析不同类型的厌氧颗粒污泥及其组成微生物对Sb（Ⅲ）的吸附机理，并讨论了不同群落结构厌氧颗粒污泥微生物对Sb（Ⅴ）的还原作用。主要研究内容如下： 1.采用池塘底泥和污水厂剩余污泥为接种污泥，研究UASB装置的快速启动过程。采用荷花塘底泥和污水厂剩余污泥的投加比为1:1，投加量为UASB体积的三分之一。精确控制UASB反应器的温度在35±1℃，系统的pH在7左右。在以葡萄糖为碳源的模拟废水条件下，经65天左右的培养后成功启动UASB，COD去除率在90%左右，比常规UASB反应器的启动时间可节约30天左右。 2.利用孔雀石绿为生物探针评价了厌氧颗粒污泥的界面特性。结果表明，pH对厌氧颗粒污泥表面特性具有较大的影响，当pH低于2时厌氧颗粒污泥表面会质子化。Redlich–Peterson吸附等温线能够很好的描述厌氧颗粒污泥对孔雀石绿的吸附作用，说明厌氧颗粒污泥表面的官能团丰富，但分布可能不均一。厌氧颗粒污泥对孔雀石绿的吸附作用可以用伪二级动力学方程和液膜扩散方程描述，推论化学作用和厌氧颗粒污泥表面的液膜厚度可能是厌氧颗粒污泥对重金属吸附作用的限速步骤。 3.采用抑制产甲烷菌属微生物和非产甲烷菌属微生物的方法来实现对厌氧颗粒污泥微生物的驯化，培养出以产甲烷菌属为主的厌氧颗粒污泥和以非产甲烷菌为主的厌氧颗粒污泥。利用不同菌属微生物形成的厌氧颗粒污泥吸附水中的Sb(Ⅲ)，结果表明：以产甲烷菌属为主的厌氧颗粒污泥和以非产甲烷菌为主的厌氧颗粒污泥吸附水中Sb（Ⅲ）的作用过程均可以采用Freundlich，Langmuir及伪二级动力学模型进行描述。以产甲烷菌属为主的厌氧颗粒污泥对水中Sb（Ⅲ）的吸附容量大于以非产甲烷菌属为主的厌氧颗粒污泥。颗粒污泥的EPS（胞外聚合物）对Sb（Ⅲ）几乎没有吸附作用，而颗粒污泥内核对Sb（Ⅲ）具有很好的吸附效果。在不同pH条件下，组成厌氧颗粒污泥微生物与水中Sb（Ⅲ）在生物质结合和生物沉淀这两种不同的吸附方式上产生竞争关系。以产甲烷菌属为主的厌氧颗粒污泥与Sb（Ⅲ）的生物质结合效应更强，这导致了以产甲烷菌属为主的厌氧颗粒污泥的吸附容量大于以非产甲烷菌属为主的厌氧颗粒污泥。厌氧颗粒污泥微生物与Sb（Ⅲ）的生物质结合主要归结于多糖中的O-H，蛋白质中的C=O、N-H官能团。而厌氧颗粒污泥微生物对Sb（Ⅲ）吸附的主要原因是厌氧颗粒污泥内部积累的Fe2+生物铁与Sb（Ⅲ）发生络合反应生成FeOSbO3共沉淀物沉积在厌氧颗粒污泥表面。 4.采用抑制产甲烷菌属和非产甲烷菌属的方法来实现对厌氧微生物的驯化。培养出以产甲烷菌属为主的厌氧颗粒污泥和以非产甲烷菌为主的厌氧颗粒污泥。结合未驯化的厌氧颗粒污泥，采用具有不同群落结构的厌氧微生物对水中的Sb（Ⅴ）还原，结果表明：发酵末端产物无法还原Sb（Ⅴ），产氢菌可以还原Sb（Ⅴ）并使其以游离态存在，产甲烷菌可以使Sb（Ⅴ）还原并固化，此过程中主要作用的产甲烷菌属为methanthrix菌属。
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