CN101444719B - 一种生物吸附剂及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸附分离废水中重金属离子的生物吸附剂及应用方法，所述的生物吸附剂是用沉水植物龙须眼子菜的地上部分经化学改性制成。此生物吸附剂具有对重金属吸附能力强和制备简单等特点，不仅能处理重金属废水，净化受重金属污染的水体，还能有效回收废水中有价金属，处理后的水可以达到国家污水综合排放标准。该生物吸附剂可应用于重金属废水的处理及受重金属污染水体的修复等领域。
Description
技术领域
本发明涉及生物吸附法处理重金属废水领域，特别提供一种基于水生植物龙须眼子菜的生物吸附剂，应用其回收废水中重金属的方法。
背景技术
随着人类开采、冶炼、电镀等生产活动的日益增加，产生的重金属废水无论是从数量上还是种类上都大增加，不仅导致资源流失，而且还造成了严重的环境污染。因此，重金属废水的处理一直是环保领域的重大课题。
常见的重金属废水处理方法有化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法、膜法、生物处理技术等。这些方法中，化学沉淀法和氧化还原法等在消耗大量的化学药剂的同时还产生二次污染。而离子交换法和膜法等则面临处理成本过高及设备维护等问题。吸附法作为一种重要的物理化学方法在重金属废水处理中已有应用，它在净化废水的同时也可实现有价金属的回收利用。吸附分离技术的发展为工业界和环保领域提供了一个重要机会。近年来，国内外研究较多的吸附剂包括粉煤灰、分子筛、活性炭、工农业废料等等，但目前还难以同时实现吸附效率高而成本低廉，给产业化带来了不少困难。因此，开发廉价、高效的处理重金属废水的吸附剂很有必要。
龙须眼子菜是一种多年生沉水草本植物，具有良好的环境适应能力，广泛分布于世界各地，主要用作鱼类，家禽等的饲料原料。前期研究发现龙须眼子菜具备较好的吸附重金属的能力，但还存在吸附容量低，且出水色度高及有机物浓度高等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于水生植物龙须眼子菜的生物吸附剂具有高的吸附容量，避免了用未改性的龙须眼子菜吸附时带来的有机物二次污染的情况。
本发明的另一目的旨在提供上述生物吸附剂的应用在回收废水中重金属的方法。
为解决这一系列的问题，本发明根据相似相溶原理，采用有机改性剂来提取龙须眼子菜表面的油脂类疏水性物质，提高其亲水性能，同时使得位于植物细胞壁骨架上的吸附位点得以充分暴露，从而提高其的吸附溶量。此外，龙须眼子菜中一些易溶于水的小分子有机物及色素也溶于有机改性剂中，使后续吸附过程中不会出现色度高及有机物浓度高的现象。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明的生物吸附剂是采集龙须眼子菜地上部分的鲜样，用有机改性剂在常温下改性处理5～30h，过滤，得到改性废液和改性后的龙须眼子菜；将改性后的龙须眼子菜经洗净、干燥即制得；所述的有机改性剂为碳原子数为1-4的低级醇中的一种或几种混合。
龙须眼子菜与有机改性剂的料液质量比为1∶5～1∶10。
本发明的另一目的是通过下述方案实现的。
应用方法一将含各种重金属的废水调节pH值至3.5～6.0，加入以上所述的生物吸附剂进行吸附反应。
生物吸附剂浓度优选为0.1～10g/L。吸附反应时间为30～60min。
本发明具体的应用过程为：将含各种重金属的废水调节pH值至3.5～6.0加入到反应器中，加入所述的生物吸附剂，在常温条件下搅拌反应，依靠龙须眼子菜细胞壁上的吸附位点吸附重金属，以达到净化废水和回收重金属的目的。反应30～60min后经筛网过滤，滤液进入下一级反应器或排放(视其重金属残余浓度而定)。
应用方法二：用本发明的生物吸附剂吸附废水中的重金属，待生物吸附剂中的重金属富集后，用龙须眼子在改性过程得到的改性废液作助燃剂进行焚烧，焚烧后的灰分作为生物精矿回收重金属。
所述的改性废液是采集龙须眼子菜地上部分的鲜样，用有机改性剂在常温下改性处理5～30h，过滤，得到改性废液；所述的有机改性剂为碳原子数为1-4的低级醇中的一种或几种混合。
生物吸附剂浓度优选为0.1～10g/L。吸附反应时间为30～60min。
本发明适于各种主要含Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+等的重金属废水。
工艺所用设备：带搅拌装置的反应槽或反应池。
本发明的优点和积极效果
(一)普适性强
本发明所述生物吸附剂基于死体植物，相比其它的活体生物吸附剂而言不存在重金属毒害作用，其适应范围较为广泛。水生植物龙须眼子菜的地上部分，既可是未进行茎叶分离的龙须眼子菜的地上部分，也可是经茎叶分离后单独的叶片或茎。
(二)吸附能力强
对初始浓度为20mg/L的Cu2+、100mg/L的Pb2+、20mg/L的Zn2+、10mg/L的Cd2+，仅经一次吸附处理，其吸附率分别达95.7％、99.1％、94.5％、99.4％，出水均达国家污水综合排放标准(GB8978-1996)，而在高浓度下四种重金属的最大吸附容量分别可达32.1mg/g、110.7mg/g、32.4mg/g、53.3mg/g，高于一般的生物吸附剂。另外，高浓度的重金属废水经两次以上吸附处理也能达国家污水综合排放标准。
(三)变废为宝
醇类本身是很好的燃料，经改性处理后的改性废液富含醇类和其它有机物，可回用作助燃剂，焚烧富集了重金属的吸附剂。而重金属废水经一次或多次连续吸附可净化至达标排放或回用。废水中的重金属可通过生物矿砂的形式返回冶炼加以回收。
(四)操作简单
全过程对设备及操作均无特殊要求，只需普通的带搅拌装置的反应槽或反应池和进行简单的pH调节，而每一轮的吸附反应只需30～60min即能完成。
综上所述，本发明的生物吸附剂具有对重金属吸附能力强和制备简单等特点，不仅能处理重金属废水，净化受重金属污染的水体，还能有效回收废水中有价金属，处理后的水可以达到国家污水综合排放标准。该生物吸附剂可应用于重金属废水的处理及受重金属污染水体的修复等领域。
附图说明
图1：本发明工艺流程示意图
具体实施方式
实施例1
龙须眼子菜分别用甲醇、乙醇、正丙醇改性制成吸附剂，吸附始浓度为106.3±1.7mg/L，pH值为4.4的含Cu2+废水，温度为20℃，吸附剂用量为5g/L，吸附时间为60min，搅拌速度为120r/min，吸附率和出水浓度见表1。
表1不同改剂制得的吸附剂对含Cu2+废水的吸附效果
由上表可知，通过改性后的龙须眼子菜吸附剂，吸附率大大地提高了。
实施例2
重金属离子为Cu2+，pH值为4.0，温度为20℃，吸附剂经甲醇改性制得，用量为4g/L，吸附时间为30min，搅拌速度为100r/min，对于不同初始浓度的含Cu2+废水，其吸附率和出水浓度见表2。
表2生物吸附剂对不同浓度的含Cu2+废水的吸附效果
实施例3
重金属离子为Pb2+，pH值为5.0，温度为30℃，吸附剂经甲醇改性制得，用量为4g/L，吸附时间为60min，搅拌速度为100r/min，对于不同初始浓度的含Pb2+废水，其吸附率和出水浓度见表3。
表3生物吸附剂对不同浓度的含Pb2+废水的吸附效果
实施例4
重金属离子为Zn2+，pH值为5.0，温度为30℃，吸附剂经甲醇改性制得，用量为4g/L，吸附时间为60min，搅拌速度为100r/min，对于不同初始浓度的含Zn2+废水，其吸附率和出水浓度见表4。
表4生物吸附剂对不同浓度的含Zn2+废水的吸附效果
实施例5
重金属离子为Cd2+，pH值为5.0，温度为30℃，吸附剂经甲醇改性制得，用量为4g/L，吸附时间为60min，搅拌速度为100r/min，对于不同初始浓度的含Cd2+废水，其吸附率和出水浓度见表5。
表5生物吸附剂对不同浓度的含Cd2+废水的吸附效果
Claims (8)
1.一种生物吸附剂，其特征在于，采集龙须眼子菜地上部分的鲜样，用有机改性剂在常温下改性处理5～30h，过滤，得到改性废液和改性后的龙须眼子菜；将改性后的龙须眼子菜经洗净、干燥即制得；所述的有机改性剂为碳原子数为1-4的低级醇中的一种或几种混合；龙须眼子菜与有机改性剂的料液质量比为1∶5～1∶10。
2.权利要求1所述的一种生物吸附剂的应用方法，其特征在于，将含各种重金属的废水调节pH值至3.5～6.0，加入所述的生物吸附剂进行吸附反应。
3.根据权利要求2所述的一种生物吸附剂的应用方法，其特征在于，生物吸附剂浓度为0.1～10g/L。
4.根据权利要求2所述的一种生物吸附剂的应用方法，其特征在于，吸附反应时间为30～60min。
5.根据权利要求2所述的一种生物吸附剂的应用方法，其特征在于，将含各种重金属的废水调节pH值至3.5～6.0加入到反应器中，加入所述的生物吸附剂，在常温条件下搅拌反应，依靠龙须眼子菜细胞壁上的吸附位点吸附重金属，反应30～60min后经筛网过滤，滤液进入下一级反应器或排放。
6.权利要求1所述的一种生物吸附剂的应用方法，其特征在于，用所述的生物吸附剂吸附废水中的重金属，待生物吸附剂中的重金属富集后，用龙须眼子在改性过程得到的改性废液作助燃剂进行焚烧，焚烧后的灰分作为生物精矿回收重金属。
7.权利要求6所述的一种生物吸附剂的应用方法，其特征在于，生物吸附剂浓度为0.1～10g/L。
8.权利要求6所述的一种生物吸附剂的应用方法，其特征在于，吸附反应时间为30～60min。
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Effective date of registration: 20110622 Address after: 410004 Changsha Yuhua District No. 12 wells kyu road in Hunan Province Environmental Protection Science Research Institute Applicant after: Hunan Research Academy of Environmental Sciences Co-applicant after: Peng Kejian Co-applicant after: Ma Chao Address before: 410004 Hunan province Changsha Yuhua District No. 12 wells kyu road in Hunan Province Environmental Protection Science Research Institute Applicant before: Liu Yigui |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110810 Termination date: 20161212 |