新型聚乙烯醇载体的设计、制备及其固定化污水处理系统的构筑研究

【摘要】： 本学位论文综述了聚乙烯醇(PVA)材料作为固定化载体用于水处理的研究进展,并对目前研究现状与存在的问题进行了评述,提出了本学位论文的选题指导思想。 应用反相悬浮交联法将纳米Fe0固定在PVA微球上,通过是否加入分散剂这一条件制备了两种不同尺寸的Fe0／PVA微球。Fe0／PVA微球降解硝基苯模拟废水遵循准一级反应动力学。其标准化表面速率(kSA)值,L-Fe0／PVA微球为0.162L h-1 m-2,S-Fe0／PVA微球为0.098 L h-1 m-2,未固定的纳米Fe0粒子为0.023 L h-1m-2。同时,通过用GC-MS分析反应产物,提出了Fe0／PVA微球还原降解硝基苯的可能途径。L-Fe0／PVA微球中铁离子的回收率为81.17%,S-Fe0／PVA微球铁离子的回收率为60.31%。 使用不同浓度的环氧氯丙烷对PVA泡沫载体进行交联,应用载体的溶胀性测定其链间平均分子量,交联密度和链间距离。研究了不同交联浓度的PVA泡沫载体的热性能,比表面积和渗透系数。载体固定生物量和活性产率分别通过测定蛋白质浓度和溶解氧消耗速率求得。TG和DSC分析表明,随着交联度增加,载体的热稳定性增加,结晶度减少。载体固定生物量随交联密度的增大而增大,最高固定生物量为0.0638±0.0093 g VSS g-1载体。然而,生物活性回收率却随着交联密度的增大而减小,最高值为69.38%。 通过交联聚乙烯醇泡沫(CPVAF)载体与传统的聚乙烯醇(TPVA)固定化微生物载体的比较可知,CPVAF有更好的化学和热稳定性,更大的比表面积和渗透系数。两种载体固定化硝化细菌的实验表明：CPVAF载体固定的生物量较TPVA载体更大且生物活性更高。在固定生物量相同的条件下,CPVAF载体固定化硝化菌的硝化速率更高,这是由于基质和氧气在载体和溶液间具有更加优异的传质能力所致。 通过向载体中加入致孔剂(碳酸钙)改进的传统聚乙烯醇-硼酸法,制备大孔PVA球状载体(MPC),并与戊二醛交联,研究不同交联度载体的孔体积,孔结构,孔隙率和持水倍率。根据载体的溶胀性,应用Flory方程计算载体的交联度。MPC载体显示出较高的溶胀性,比表面积,渗透系数,以及化学和机械强度。高交联度载体固定的生物量较高但活性低,反之亦然。MPC载体的优良特性使得其在微生物固定化领域具有巨大的应用潜力。同时,本论文提供了一个固定化载体设计和优化的科学方法。