CN104475039B - 一种去除废水中氟、重金属的生物吸附剂及其制备和应用方法 - Google Patents

一种去除废水中氟、重金属的生物吸附剂及其制备和应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种去除废水中氟、重金属的生物吸附剂及其制备和应用方法。本发明采用丝状真菌为原料，用富含糖、淀粉农作物配制液体培养基，恒温培养后，与硫酸铝溶液搅拌反应，过滤、清洗、烘干，即得。该生物吸附剂制备过程工艺简单，制备成本低，实验操作条件温和，无二次污染，是环境友好型吸附剂；对氟离子吸附容量大，可达98.2mg/g，而且可同时高效快速去除废水中的氟离子和铅、锌、铜、镉等重金属离子。

Description

一种去除废水中氟、重金属的生物吸附剂及其制备和应用方法
技术领域
本发明属于微生物应用和废水处理技术领域，涉及一种处理含氟重金属废水的生物吸附剂及其制备和应用方法。适用于有色金属冶炼、铝加工等工艺过程产生的含有氟离子和铅、锌、铜、镉等重金属废水的处理。
背景技术
含氟矿石开采、有色金属冶炼、电镀、化工等行业产生的废水中常含有氟离子和多种重金属离子，造成严重的环境问题并威胁人体健康。
目前，含氟废水处理常用的方法是化学沉淀法、混凝沉淀法、吸附法。化学沉淀法通过投加钙盐生成CaF2沉淀而达到除氟目的，处理后的废水中氟浓度一般只能降低到15-20mg/L，难以达到排放标准，且人为投加石灰，造成水中钙及碱度升高，产生的污泥量大，污泥沉降缓慢，脱水困难等问题。混凝沉淀法除氟效果受搅拌条件、沉降时间等操作因素及水中SO4 2-、Cl-等阴离子浓度的影响较大，出水水质不够稳定。重金属废水处理的方法主要有沉淀法、离子交换法、吸附法等。沉淀法因为生成大量沉淀物，而且后续处理会使废水处理成本升高。离子交换法运行费用较高，再生液需要进一步处理。
吸附法是水处理中应用较广泛的方法，具有吸附剂来源广、可塑性强，操作简单等优点。但是目前常用的吸附剂仍存在一些不足，如制备工艺复杂，成本较高，二次污染或吸附性能欠佳，如对氟离子的吸附量一般仅在3～30mg/L，很难同时去除废水中的氟和重金属。生物吸附剂具有效果好、投资小及运行费用低、易于管理和操作、不产生二次污染等优点，已经日益受到人们的关注。
发明内容
本发明的目的是提供一种可同时对氟离子和重金属具有高效吸附性能的生物吸附剂及其制备和应用方法，该吸附剂制备过程简单、成本低、对氟离子、重金属离子的吸附容量高，物理化学性能稳定。应用方法简单，时间短，使用方便。
本发明的目的是通过以下方式实现的。
.一种去除废水中氟、重金属的生物吸附剂的制备方法，在搅拌条件下，将丝状菌体培养得到的菌液和硫酸铝溶液混合，混合液中菌体浓度为5～10g/L,硫酸铝的浓度为0.02～0.08mol/L，过滤，清洗，烘干即得生物吸附剂。
所述的丝状菌体为保藏编号为CGMCC No.5858的Aspergillus sp.F-1。
上述混合过程调节pH为4.5～6，反应时间为1～72小时。
所述的去除废水中氟、重金属的生物吸附剂的制备方法，将丝状菌体按106-107个/ml的接种量接种到液体培养基中，然后置于转速为150-200转每分钟摇床上培养，培养过程控制温度为35～37℃，培养时间为3～5天。
液体培养基配制：将富含糖、淀粉类农作物与水按质量比1:2～1:5置于1L的水中蒸煮20～40min，用纱布过滤得滤液，并加入硫酸镁0.5g，磷酸二氢钠1g，葡萄糖20g，再加蒸馏水定容至1L，在115℃灭菌锅灭菌20分钟，即得到液体培养基。
所述的富含糖、淀粉类农作物包括土豆、莲藕、玉米、大豆、蚕豆或芋头。
一种去除废水中氟、重金属的生物吸附剂，是由上述的方法制备得到的吸附剂。
所述的生物吸附剂的应用方法，用于去除废水中包括氟、铅、锌、铜、镉中的一种或几种的离子。
具体是取所述的生物吸附剂加入到含氟的废水中，吸附剂按照吸附剂质量与废水体积比为0.5-1g.L-1；废水初始pH值为2.0-12.0，废水中氟离子的初始浓度为3.0-200mg/L，室温条件下振荡反应5min-720min后，过滤。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的生物吸附剂，制备过程工艺简单，采用常规农作物为培养菌进行真菌培养，原料来源广，且丝状真菌可规模化培养，周期短，制备成本低，实验操作条件温和，无二次污染，是环境友好型吸附剂。
(2)本发明的生物吸附剂对氟离子的吸附性能高。对氟的吸附容量可达到98.2mg/g，高于现有的绝大部分吸附剂。
(3)本发明的生物吸附剂可同时高效快速去除废水中的氟离子和铅、锌、铜、镉等重金属离子。
具体实施方式
以下以具体的实施例来说明本发明中涉及到的生物吸附剂的制备方法及其应用于去除废水中氟、重金属的方法，不会形成对本发明的限制。
实施例1
称量200g清洗干净的土豆去皮切碎，然后加入1L去离子水并煮沸30分钟。然后用纱布进行过滤得到滤液，加入硫酸镁0.5g，磷酸二氢钠1g，葡萄糖20g，再加蒸馏水定容至1L，在115℃灭菌锅灭菌20分钟，得到液体培养基备用。收取平板上培养好的“Aspergillussp.F-1”的真菌孢子，按106-107个每毫升的接种量，接种到灭菌的培养基中，然后置于转速175转/分钟37℃的摇床培养3天，即得所要的菌液备用。取10mL菌液和10mL 0.1mol/LAl2(SO4)3.6H2O加入平底烧瓶中,混合液中菌体浓度为8g/L,硫酸铝的浓度为0.05mol/L，搅拌均匀后，用NaOH调节pH约5.5，再不断地搅拌浸泡3天后过滤，先用去离子水清洗多次，直到pH为中性，再用乙醇清洗3次，在60℃干燥24h，即得到所要的生物吸附剂。
实施例2
室温条件下，用50mg实施例1制备的生物吸附剂对100mL初始pH为4.5、氟离子浓度27.73mg·L-1溶液进行吸附反应，其中反应时间控制为5、10、20、40、60、120、240、480、720min。反应后的混合溶液过滤并用干燥烧杯收集，滤液中氟离子的浓度采用氟离子选择电极法测定。不同反应时间下，氟离子的溶液浓度与吸附率如表1所示。
表1
实施例3
用100mg实施例1制备的生物吸附剂对100mL初始pH为6.0、氟离子浓度179.1mg/L溶液进行吸附反应，振荡反应720min后，氟离子去除率为54.8％，该吸附剂对氟离子的吸附量达到98.2mg/g。
实施例4
用25mg实施例1制备的生物吸附剂对50mL溶液初始pH为5.0、氟离子浓度为30mg/L、铅离子浓度为137mg/L的溶液进行吸附反应，振荡反应120min后，过滤，滤液中氟离子的浓度采用氟离子选择电极法测定，铅离子采用原子吸收光谱法测定。氟离子和铅离子的去除效率分别为82％和60％，对氟离子和铅离子的吸附容量可分别达到49.2mg/g和164.4mg/g。
实施例5
用25mg实施例1制备的生物吸附剂对50mL溶液初始pH为5.0、氟离子浓度为30mg/L、铜离子浓度为75mg/L的溶液进行吸附反应，振荡反应120min后，过滤，滤液中氟离子的浓度采用氟离子选择电极法测定，铜离子采用原子吸收光谱法测定。氟离子和铜离子的去除效率分别为55％和72％，对氟离子和铜离子的吸附容量可分别达到33mg/g和108mg/g。
实施例6
用25mg实施例1制备的生物吸附剂对50mL溶液初始pH为5.5、氟离子浓度为30mg/L、镉离子浓度为93mg/L的溶液进行吸附反应，振荡反应2小时后，过滤，滤液中氟离子的浓度采用氟离子选择电极法测定，镉离子采用原子吸收光谱法测定。氟离子和镉离子的去除效率分别为80％和50％，对氟离子和镉离子的吸附容量可分别达到48mg/g和93mg/g。
实施例7
用25mg实施例1制备的生物吸附剂对50mL溶液初始pH为5.0，氟离子、铅离子、镉离子、铜离子和锌离子浓度分别为30mg/L、137mg/L、93mg/L、75mg/L和116mg/L的溶液进行吸附反应，振荡反应2小时后，过滤，滤液中氟离子的浓度采用氟离子选择电极法测定，铅、镉、铜、锌离子采用原子吸收光谱法测定。氟离子、铅离子、镉离子、铜离子、锌离子的去除效率分别为70％、65％、48％、56％和47％，对氟离子和铅离子的吸附容量可分别达到42mg/g、178.1mg/g、89.3mg/g、84mg/g和109.0mg/g。

Claims (6)

1.一种去除废水中氟、重金属的生物吸附剂的制备方法，其特征在于：在搅拌条件下，将丝状菌体培养得到的菌液和硫酸铝溶液混合，混合液中菌体浓度为5～10g/L,硫酸铝的浓度为0.02～0.08mol/L，过滤，清洗，烘干即得生物吸附剂；丝状菌体培养过程：将丝状菌体按106-107个/ml的接种量接种到液体培养基中，然后置于转速为150-200转每分钟摇床上培养，培养过程控制温度为35～37℃，培养时间为3～5天；液体培养基配制过程：将富含糖、淀粉类农作物与水按质量比1:2～1:5置于1L的水中蒸煮20～40min，用纱布过滤得滤液，并加入硫酸镁0.5g，磷酸二氢钠1g，葡萄糖20g，再加蒸馏水定容至1L，在115℃灭菌锅灭菌20分钟，即得到液体培养基。
2.根据权利要求1所述的去除废水中氟、重金属的生物吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的丝状菌体为保藏编号为CGMCC No.5858的Aspergillus sp.F-1。
3.根据权利要求1所述的去除废水中氟、重金属的生物吸附剂的制备方法，其特征在于，混合过程调节pH为4.5～6，反应时间为1～72小时。
4.一种去除废水中氟、重金属的生物吸附剂，其特征在于，是由权利要求1-3任一项所述的方法制备得到的吸附剂。
5.权利要求4所述的生物吸附剂的应用方法，其特征在于，用于去除废水中包括氟、铅、锌、铜、镉中的一种或几种的离子。
6.根据权利要求5所述的应用方法，其特征在于，取所述的生物吸附剂加入到含氟的废水中，吸附剂按照吸附剂质量与废水体积比为0.5-1g.L-1；废水初始pH值为2.0-12.0，废水中氟离子的初始浓度为3.0-200mg/L，室温条件下振荡反应5min-720min后，过滤。
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