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绿藻在污水处理中的作用

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今天分享一篇发表在Environmental Technology上的文章:绿藻介导的合成溶液和工业废水中锌的处理过程。文章的引用信息如下:

     本次实验主要是研究绿海藻(Ulva lactuca)从含锌溶液和工厂废水中吸附Zn(II)离子的能力以及重复解吸后的再吸附能力。采用成批处理的模式,通过建立等温实验模型,动力学实验模型,以及洗脱实验和生物吸附剂的回收等数据分析,探究不同平衡的pH、Zn(II)浓度和平衡时间对绿藻生物吸附的影响以及再利用的效益。其中含锌水样各项指标如表1所示:

实验及讨论结果如下:
溶液pH对U. lactuca吸收锌的影响及讨论:
     已知溶液pH影响海水表面结合的功能,从而影响金属离子的形态。本研究结果表明,在pH4.5时,对锌离子的吸附有利。另一方面,在强酸性条件下(pH <3),吸附量非常低。(图1)绿海藻中的石莼多糖(Ulvan)是一种阴离子聚电解质,因此对各种带正电的金属离子表现出强的结合能力。在酸性条件下(低pH),带负电荷的结合位点被溶液中存在的过量H +离子结合;随着pH值的增加,H +离子浓度降低,从而增加了Zn(II)离子在U. lactuca中的结合位点。据报道在海藻中,羧基官能部位的pKa值在3.6-4.5的范围内,因此预期在该pH范围内会发生最大的生物吸附。如上所述,溶液pH值强烈影响金属(Zn)离子的形态。在2-5的pH检测范围内,Zn以Zn(Ⅱ)的形式存在。当pH值为4.5这一有利条件时,U. lactuca表现出最高的30.2 mg / g的吸附能力。

等温线实验结果:
考虑到实验等温线为L形,在本研究中使用了Langmuir,Freundlich和Redlich-Peterson等经验模型(表2)。

     在本研究中,Zn(II)实验等温线数据通过在最佳pH值为4.5的不同初始Zn(II)浓度(100-1000mg / L)下进行试验获得(图2)。结果发现,等温线呈陡坡,表明了Zn(II)离子对绿海藻(U. lactuca)的亲和力随生物量增加而增加。最高的实验吸附容量估计为107.9 mg/ g。
绿藻在污水处理中的作用
动力学实验结果及讨论
      结果表明,U. lactuca在第1小时内完成摄取超过90%的Zn(II)(图3)。 在这个快速阶段之后,摄取率随着达到平衡而逐渐下降。呈现这两个阶段是由于在反应开始时,吸附剂表面存在大量可交换的功能位点。随着时间的增加,这些官能团达到饱和,并降低金属吸收率。
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      利用拟一级动力学模型和拟二级动力学模型对实验Zn(II)生物吸附动力学数据进行预处理。表3中列出了预测的平衡Zn(II)吸附能力,各自的模型速率常数,百分误差值和相关系数。从结果中可以清楚地看出,将拟一级模型应用于实验动力学数据将导致低百分误差值(<0.97%)和高R2值(> 0.991)。此外,发现拟一级模型的预测吸收能力与实验测定的Zn(II)吸附能力密切相关(表3)。发现速率常数(k1)值随着初始Zn(II)浓度的增加而增加。另一方面,假二阶动力学模型显示了对实验Zn(II)动力学数据的合理预测(表3)。然而,仔细研究结果表明,假二级动力学的吸附容量值相对高于平衡吸附容量。与伪一级模型相比,在两个Zn(II)浓度下,伪二级模型获得低R2和高%误差值。

洗脱和生物吸附回收研究结果:
1.使用0.1M浓度的各种化学试剂(CaCl 2,HCl,CaCl 2(HCl,pH 3.5))进行批次洗脱试验。
      2.用0.1M CaCl2(HCl,pH3.5)作为洗脱剂,对再生的海带藻的Zn(II)吸收潜力进行了三个循环的研究。 对于所有检测的三个循环,洗脱液显示非常高的洗脱效率(> 99%)。 然而,随着循环进行,U. lactuca的Zn(II)吸收能力降低。 在第一,第二和第三吸附—解吸循环结束时,Zn(II)吸附容量分别为107.5 mg / g,104.8 mg / g和101.9mg / g。 生物质重量的轻微损失(6.4%)也在三个周期结束时被检测到,由于洗脱液的酸性,损害了生物质结构基质。

污水处理研究以及流水连续实验结果
      U. lactuca表现出Zn(II)摄取量为24.8 mg / g。与第1节中观察到的水溶液(30.2mg / g)相比,U. lactuca表现出稍差的生物吸附性能。高浓度的轻金属和其他离子的存在强烈地影响了Zn(II)吸附能力。

      流水连续实验结果表明,与水溶液相比,在真实流出物的情况下,U.Lucuca对Zn(II)离子的结合稍差(图4)。人工水溶液中U. lactuca记录Zn(II)的吸附能力为70.8 mg / g,而实际出水中为78.3 mg Zn(II)/ g。在去除Zn(II)的百分比的基础上,U. lactuca分别显示水溶液和流出物的77.8%和65.1%。这是因为在污水中存在大量的Na,K,Ni和其他离子,阻碍了U. lactuca对Zn(II)离子的吸附,它们同样也可以占据活性官能团。

解吸重复循环实验结果
     最后阶段,U. lactuca被解吸,随后重复使用三个循环来净化锌流出物。表4列出了在三个循环中观察到的Zn(II)吸附能力,穿透时间和%Zn(II)去除率。

      在所有循环中,低床高度保持相对恒定。这证实了重复周期中生物吸附能力的下降主要是由于难以进入结合基团而不是生物吸附剂损伤。生物吸附能力受前面的解吸过程的强烈影响,因为部分解吸可能允许金属离子留在功能组中,其中过度的解吸可能损害结合位点。解吸剂0.1M CaCl 2(HCl,pH 3.5)显示非常高的洗脱效率超过99.3%(表4)。洗脱过程一开始就产生了高度浓缩的金属溶液,其次是浓度较低的金属溶液。在随后的循环中洗脱时间下降,这表明可解吸的金属离子浓度较低,且与生物质的结合较松散。

      因此,结果表明,U. lactuca的解吸和再利用为我们提供了一种可行的,廉价的替代技术来净化含锌工业废水。

      点评:最初,我们关注水处理,是源于对工厂化循环水养殖水处理的需求。为此,团队也相继吸纳了做水处理技术研究的两个博士。随着了解的深入,我们逐渐意识到:水处理是一个关系到生态环境可持续发展的大问题,养殖水只是其中很小的一部分而已,而对于景观水、空调水、自然水体的处理才是重中之重。在深圳,哪怕是简单的一个区,水处理专项的经费都几个亿,毕竟水环境的维护是生态圈之水圈的维护。水,是生命之源,万物之本。看得到的江河湖泊,会通过蒸发、台风、洋流等实现水在整个生态圈的运转。水的破坏,水的污染,或者通过水所传播的waterborne致病菌、耐药菌,将会使得全球暴露于污染物、致病微生物、耐药微生物的恐怖袭击之下!警钟长鸣,且行且珍惜!
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策划撰写:未知
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2018-01-12
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