CN106219675A - 一种利用藻类植物废渣快速治理镉铜污染水体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用藻类植物废渣快速治理镉铜污染水体的方法，包括藻类植物废渣的选取、藻类植物废渣的处理、催化酶的应用、镉铜污染水体的治理和重金属元素的回收利用等五个步骤，具体为：选取海带属褐藻、假单孢兰绿藻和刚毛藻的工业废渣；将藻类植物废渣通过机械方式切碎后固定在海绵包、海泡石或硅胶网内；应用羧基转移酶、硫酸脂基转移酶和转氨酶；通过藻类植物尸体表面的官能团在促转移酶的作用下与重金属离子发生离子交换快速吸附重金属离子；将固定在多孔容器中已完成吸附的藻类植物尸体取出水面再进行重金属元素的提取再利用。本发明成本低廉、效率高、效果好、可回收利用镉、铜元素、不会带来任何额外污染、实现简单。

Description

一种利用藻类植物废渣快速治理镉铜污染水体的方法
技术领域
本发明涉及重金属防治领域，尤其涉及一种利用藻类植物废渣快速治理镉铜污染水体的方法。
背景技术
镉是人体非必需元素，在自然界中常以化合物状态存在，一般含量很低，正常环境状态下，不会影响人体健康。镉和锌是同族元素，在自然界中镉常与锌、铅共生。当环境受到镉污染后，镉可在生物体内富集，通过食物链进入人体引起慢性中毒。镉被人体吸收后，在体内形成镉硫蛋白，选择性地蓄积肝、肾中。其中，肾脏可吸收进入体内近1/3的镉，是镉中毒的“靶器官”。 其它脏器如脾、胰、甲状腺和毛发等也有一定量的蓄积。由于镉损伤肾小管，病者出现糖尿、蛋白尿和氨基酸尿。特别具使骨骼的代谢受阻，造成骨质疏松、萎缩、变形等一系列症状。
在冶炼、金属加工、机器制造、有机合成及其他工业的废水中都含有铜，其中以金属加工、电镀工厂所排废水含铜量最高，每升废水含铜几十至几百毫克。这种废水排入水体，会影响水的质量。水中铜含量达0.01毫克/升时，对水体自净有明显的抑制作用；超过3.0毫克/升，会产生异味;超过15毫克/升，就无法饮用。若用含铜废水灌溉农田，铜在土壤和农作物中累积，会造成农作物特别是水稻和大麦生长不良，并会污染粮食籽粒。灌溉水中硫酸铜对水稻危害的临界浓度为0.6毫克/升。铜对水生生物的毒性很大，有人认为铜对鱼类毒性浓度始于0.002毫克/升，但一般认为水体含铜0.01毫克/升对鱼类是安全的。在一些小河中，曾发生铜污染引起水生生物的急性中毒事件；在海岸和港湾地区，曾发生铜污染引起牡蛎肉变绿的事件。
在国内已申请的相关专利中，专利《一种镉污染水的治理方法》（申请号：201310200543.3，公开日：2013-08-14）公开了一种利用龙葵或叶用红恭菜治理镉污染水体的方法，但其仅能通过根系在植物自然生存活动中缓慢吸收水中的镉离子，植侏死亡后将失效，另外龙葵或叶用红恭菜都是陆生作物，对过度富水缺氧的环境难以适应，每间隔一段时间就要更换为在大棚中新培育的龙葵或叶用红恭菜，成本高，且不产生经济效应；专利《一种处理水中重金属铜污染的方法》（申请号：201410155085.0，公开日：2014-08-06）公开了一种将经化学处理的介孔氧化硅作为吸附主体，将水体中的铜离子吸附后清除中水体的方法，但其不能实现原位修复；并且，由于应用了多种化学物质，一方面会造成治理成本较高，另一方面，化学物质生产过程中还会带来污染；同时，实现起来需要大量的化工设备和较大的生产场地，实现困难。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种成本低廉、效率高、效果好、可回收利用镉、铜元素、不会带来任何额外污染、实现简单的利用藻类植物废渣快速治理镉铜污染水体的方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种利用藻类植物废渣快速治理镉铜污染水体的方法，包括藻类植物废渣的选取、藻类植物废渣的处理、催化酶的应用、镉铜污染水体的治理和重金属元素的回收利用等五个步骤，其中：
藻类植物废渣的选取具体是指选取海带属褐藻、假单孢兰绿藻和刚毛藻的工业废渣；藻类植物废渣的处理具体是指将藻类植物废渣通过机械方式切碎后固定在海绵包、海泡石或硅胶网内；催化酶的应用具体是指羧基转移酶、硫酸脂基转移酶和转氨酶的应用；镉铜污染水体的治理具体是指通过藻类植物尸体表面的官能团在促转移酶的作用下与重金属离子发生离子交换快速吸附重金属离子，尤其是镉离子和铜离子，将重金属离子从水体中清除；重金属元素的回收利用具体是指将固定在多孔容器中已完成吸附的藻类植物尸体取出水面再进行重金属元素的提取再利用。
上述利用藻类植物废渣快速治理镉铜污染水体的方法，其中：将藻类植物废渣切碎后的尺寸优选为1mm-5mm；
上述利用藻类植物废渣快速治理镉铜污染水体的方法，其中：促转移酶的投放量优选为羧基转移酶20×10-3 U/L -50×10-3 U/L，硫酸脂基转移酶15×10-3 U/L -30×10-3 U/L，转氨酶5×10-3 U/L -10×10-3 U/L。
与现有技术比较，本发明由于采用了上述方案，具有以下优点：由于利用的是藻类废渣，不会损坏其本身在工业中的经济价值，仅需将废渣机械切碎达到最佳效果，其它不需要任何生产成本和场地，当然也不会产生任何污染，成本低；无论是选用海绵包、海泡石或硅胶网作为容器固定藻类尸体，多孔容器都可再利用，不产生损耗，同时获得方式简单，另外回收利用藻类尸体中吸附的重金属离子也更为简单，经济性好；藻类植物，尤其是优选的海带属褐藻、假单孢兰绿藻和刚毛藻尸体表面有大量的活性官能团，主要为羧基、硫酸脂基和氨基官能团，这些官能团可以和水体中的多种重金属离子发生离子交换，将重金属离子吸附固化在藻体表面，其中又以镉离子Cd2+和铜离子Cu2+的吸附效果最好，富集度最高，因此，本发明在单元体积或重量内，其吸附面积远高于现有技术；促转移酶的应用，尤其是优选的三种酶的应用，能大大加快羧基、硫酸脂基和氨基与重金属离子交换的速度，提升治理的效率；所有原材料都是在人类生产活动中大量应用的，来源广阔，获取容易，因此本发明实现简单。
具体实施方式
实施例1：
一种利用藻类植物废渣快速治理镉铜污染水体的方法，包括藻类植物废渣的选取、藻类植物废渣的处理、催化酶的应用、镉铜污染水体的治理和重金属元素的回收利用等五个步骤，其中：
藻类植物废渣的选取具体是指选取海带属褐藻、假单孢兰绿藻和刚毛藻的工业废渣；藻类植物废渣的处理具体是指将藻类植物废渣通过机械方式切碎至尺寸为1mm-5mm的藻类尸体后，将之固定在海绵包、海泡石或硅胶网内；催化酶的应用具体是指羧基转移酶、硫酸脂基转移酶和转氨酶的应用，投放量分别为羧基转移酶20×10-3 U/L -50×10-3 U/L，硫酸脂基转移酶15×10-3 U/L -30×10-3 U/L，转氨酶5×10-3 U/L -10×10-3 U/L；镉铜污染水体的治理具体是指通过藻类植物尸体表面的官能团在促转移酶的作用下与重金属离子发生离子交换快速吸附重金属离子，尤其是镉离子和铜离子，将重金属离子从水体中清除；重金属元素的回收利用具体是指将固定在多孔容器中已完成吸附的藻类植物尸体取出水面再进行重金属元素的提取再利用。
本实施例在实验水体里进行实地效果验证，情况如下：取浙江省某市某池塘重金属污染水体作为实验水体，对水体内Cd2+及Cu2+进行5次测量后取平均值，其中Cd2+含量以水体体积计为0.191mg/L，Cu2+含量以水体体积计为8.872mg/L；按本实施例实施方式实施后一天，再以同样方式进行检测，结果为：Cd2+含量以水体体积计为0.008mg/L，Cu2+含量以水体体积计为0.754mg/L。
国家V级水体标准为： Cd（镉）含量以水体体积计不大于0.01mg/L，Cu（铜）含量以水体体积计不大于1.0mg/L。
本发明的利用藻类植物废渣快速治理镉铜污染水体的方法工作原理为：
藻类植物，尤其是优选的海带属褐藻、假单孢兰绿藻和刚毛藻尸体表面有大量的活性官能团，主要为羧基、硫酸脂基和氨基官能团，这些官能团可以和水体中的多种重金属离子发生离子交换，将重金属离子吸附固化在藻体表面，其中又以镉离子Cd2+和铜离子Cu2+的吸附效果最好，富集度最高，因此，本发明在单元体积或重量内，其吸附面积远高于现有技术；促转移酶的应用，尤其是优选的三种酶的应用，能大大加快羧基、硫酸脂基和氨基与重金属离子交换的速度，提升治理的效率。
本发明尤其适用于镉、铜污染的水体。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种利用藻类植物废渣快速治理镉铜污染水体的方法，包括藻类植物废渣的选取、藻类植物废渣的处理、催化酶的应用、镉铜污染水体的治理和重金属元素的回收利用等五个步骤，其特征在于：
藻类植物废渣的选取具体是指选取海带属褐藻、假单孢兰绿藻和刚毛藻的工业废渣；藻类植物废渣的处理具体是指将藻类植物废渣通过机械方式切碎后固定在海绵包、海泡石或硅胶网内；催化酶的应用具体是指羧基转移酶、硫酸脂基转移酶和转氨酶的应用；镉铜污染水体的治理具体是指通过藻类植物尸体表面的官能团在促转移酶的作用下与重金属离子发生离子交换快速吸附重金属离子，尤其是镉离子和铜离子，将重金属离子从水体中清除；重金属元素的回收利用具体是指将固定在多孔容器中已完成吸附的藻类植物尸体取出水面再进行重金属元素的提取再利用。
2.根据权利要求1所述利用藻类植物废渣快速治理镉铜污染水体的方法，其特征在于：将藻类植物废渣切碎后的尺寸优选为1mm-5mm。
3.根据权利要求2所述利用藻类植物废渣快速治理镉铜污染水体的方法，其特征在于：促转移酶的投放量优选为羧基转移酶20×10-3 U/L -50×10-3 U/L，硫酸脂基转移酶15×10-3 U/L -30×10-3 U/L，转氨酶5×10-3 U/L -10×10-3 U/L。
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