改性农作物秸秆吸附联用生物还原去除水体中高氯酸根的效果研究

【摘要】：作为一种新兴的持久性无机污染物,环境系统中的高氯酸盐因其存在浓度较低,物理化学性质稳定,近年来引起了越来越多环境工作者的重视。高氯酸盐对人体的影响主要体现在危害人体甲状腺的正常功能,并影响危害神经系统发育等,其已在我国形成了潜在健康威胁。因此,迅速、高效、无害化处理高氯酸盐迫在眉睫。我国作为农业大国,农业固体废物的合理处置一直是环境保护工作中的重要问题。本研究利用农业固体废物——麦草秸秆,通过一定的有机物进行改性,合成改性麦草吸附剂,用于高氯酸盐的吸附处理。富集在改性麦草吸附剂表面的高氯酸盐,需要通过一定的方式二次处理,使吸附剂可以重复利用。因此本研究联用微生物处理技术,驯化培养出高效的混合型高氯酸盐还原菌,利用微生物直接进行富集在固体表面的高氯酸盐的还原,使其彻底无害化。本研究的主要结论为： 1.经过多次实验甄选合适的改性方法,以硝酸根为模拟处理对象,按照改性合成的吸附剂产品对硝酸根的处理效果,得知乙二胺-三乙胺改性所得吸附剂产品(EET-MWS)的吸附效率更高,效果更好,适用于高氯酸根阴离子的去除; 2.通过对改性产品的表征,得知改性麦草吸附剂起主要作用的并不是表面空隙,而是改性合成时引入的有机官能团,其使吸附剂表面带正电荷,利于阴离子的吸附,形成了具有一定选择性的吸附位； 3.改性麦草吸附剂对高氯酸根的吸附特性研究表明,EET-MWS对高氯酸根的吸附为离子交换过程,高氯酸根代替了有机官能团上的氯离子,并且吸附过程自发,放热,室温(25℃)下最高吸附量可达119mg g-1,相较于常见吸附剂来说吸附效率较高,造价低,适用于大规模使用; 4.按照一定方法驯化培养所得的混合微生物,对水体中的高氯酸根具有较高的还原效率,可以参与吸附剂表面高氯酸根的直接生物还原,EET-MWS对高氯酸根的动态吸附效果良好,可重复进行,联用微生物还原后可以达到高氯酸根的彻底无害化处理。 【关键词】：高氯酸盐 吸附 驯化 微生物再生
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X52
【目录】：

• 摘要10-11
• Abstract11-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 引言13
• 1.2 高氯酸盐的理化性质和用途13-14
• 1.3 高氯酸盐的污染效应14-18
• 1.3.1 高氯酸根对水体环境和食品的污染14-16
• 1.3.2 高氯酸盐的环境迁移及降解16-17
• 1.3.3 高氯酸盐的生物毒性效应及环境标准17-18
• 1.4 现有的高氯酸盐处理方法18-20
• 1.4.1 离子交换法18-19
• 1.4.2 活性炭吸附和膜分离处理技术19
• 1.4.3 化学还原和电化学还原法19-20
• 1.4.4 植物修复20
• 1.4.5 微生物降解20
• 1.5 本研究的主要内容20-22
• 第二章 实验材料与方法22-36
• 2.1 实验材料22-23
• 2.1.1 实验原料22
• 2.1.2 实验药剂22-23
• 2.2 仪器与设备23-25
• 2.3 实验方法25-36
• 2.3.1 麦草秸秆改性阳离子型吸附剂的合成25-26
• 2.3.2 不同改性产品吸附效果对比26
• 2.3.3 改性阳离子型吸附剂的表征26-27
• 2.3.4 高氯酸根离子的检测27-28
• 2.3.5 秸秆改性吸附剂吸附高氯酸根的动力学及吸附等温线实验28-29
• 2.3.6 高氯酸根还原菌的培养驯化29-30
• 2.3.7 驯化培养混合菌总DNA的提取及特定基因片段的嵌套式扩增30-33
• 2.3.8 高氯酸根还原菌的DGGE分析及菌种鉴定33-34
• 2.3.9 混合菌群对水体中高氯酸根的还原34
• 2.3.10 秸秆改性吸附剂吸附高氯酸根的动态吸附及还原实验34-36
• 第三章 麦草改性阳离子型吸附剂的改性方法优化及表征36-43
• 3.1 改性麦草吸附剂对不同浓度硝酸根的吸附去除效果36-38
• 3.2 改性麦草秸秆的元素分析38-39
• 3.3 改性麦草秸秆的比表面积及孔隙分析39
• 3.4 改性产品的扫描电镜分析39-40
• 3.5 改性产品的zeta电位分析40-41
• 3.6 改性产品的IR图谱分析41-42
• 3.7 小结42-43
• 第四章 改性阳离子型吸附剂对高氯酸根离子的吸附特性研究43-51
• 4.1 改性秸秆吸附剂吸附动力学研究43-46
• 4.2 改性秸秆吸附剂吸附等温线测定46-50
• 4.3 小结50-51
• 第五章 高氯酸根还原菌驯化前后生物群落的变化及菌种的鉴定51-56
• 5.1 混合活性污泥的培养驯化51-52
• 5.2 混合厌氧培养菌总DNA提取52-53
• 5.3 混合厌氧型高氯酸根还原菌的嵌套式PCR53-54
• 5.4 DGGE基因片段分离结果54
• 5.5 小结54-56
• 第六章 混合型高氯酸根还原菌对高氯酸根离子的生物还原56-63
• 6.1 混合厌氧型高氯酸根还原菌对水体中高氯酸根的还原56-59
• 6.2 改性吸附剂对高氯酸根的动态吸附及还原实验59-62
• 6.2.1 改性秸秆吸附剂对高氯酸根溶液的动态吸附试验59-61
• 6.2.2 改性麦草吸附剂的微生物还原61-62
• 6.3 小结62-63
• 第七章 结论63-65
• 参考文献65-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士期间发表学术论文75-76
• 附表76

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