CN107585973B - 高效去除废水溶液中Cr(VI)的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高效去除废水溶液中Cr(VI)的方法，包括如下步骤：a、调整待处理的废水溶液的pH为5.5‑6.5，水温为23‑27℃；b、取纳米四氧化三铁和脂肪酶液置于25℃温度下搅拌混合至少1h，制得混合吸附剂；c、将步骤b中制得的混合吸附剂加入步骤a中所得的溶液中，搅拌至少2h后，采用微孔滤膜过滤处理，收集滤液并对滤液进行离心处理，取上层清液，即为吸附处理后的废液。本发明的处理方法通过荧光假单胞杆菌产生的脂肪酶液与纳米四氧化三铁之间的相互促进作用，确保即使在低浓度的含Cr(VI)废水中，也能够达到优异的Cr(VI)吸附效果，进而达到较高的Cr(VI)去除率，且使用的吸附剂不会对废水造成二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种高效去除废水溶液中Cr(VI)的方法。
背景技术
重金属是一类对环境具有潜在的污染物，具有不被生物降解，易累积等特点，可通过多种途径进入土壤及水体环境，不仅退化土壤肥力，降低作物的产量和品质，而且会通过食物链累积危机人类的生命和健康。其中Cr(VI)是地下水、土壤和地表水体中普遍存在的优先污染物之一，尤其在电镀、制革行业废水中含有大量的Cr(VI)。Cr(VI)是国际抗癌研究中心和美国毒理学组公布的致癌物，具有明显的致癌作用，常接触大剂量Cr(VI)会引起接触部位的溃疡或造成不良反应。摄入过量的Cr(VI)会引起肾脏和肝脏受损、恶心、胃肠道刺激、胃溃疡、痉挛甚至死亡。Cr(VI)还会进入DNA遗传给下一代。据实验，水中含铬1mg/l时作物停止生长，濒于死亡。废水中含铬化合物时，会降低废水生物处理效果。
目前已有的废水中Cr(VI)处理的方法主要有化学法、物理化学法和生物法。化学法和物理化学法都会产生污染转移，易造成二次污染，且对大流域，低浓度的Cr(VI)污染难以处理。微生物对Cr(VI)的吸附不仅影响重金属在土壤中的迁移及生物有效性，也影响其在环境中的分配与富集,而且采用微生物进行吸附处理，还需要考虑微生物的存活问题，对于处理条件要求较高，而且还必须提供给微生物足够的耐以存活的能源物质，处理成本较高。
因此，需要研发出一种高效，经济和生态可持续的新兴清洁技术，扩大适用范围，使得即使应用于低浓度Cr(VI)的废水，也能达到较高的Cr(VI)去除率，提高废水中Cr(VI)的去除率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种高效去除废水溶液中Cr(VI)的方法，通过荧光假单胞杆菌产生的脂肪酶液与纳米四氧化三铁之间的相互促进作用，确保即使在低浓度的含Cr(VI)废水中，也能够达到优异的Cr(VI)吸附效果，进而达到较高的Cr(VI)去除率，使废水中Cr(VI)达到排放标准。
本发明提供的高效去除废水溶液中Cr(VI)的方法，包括如下步骤：
a、调整待处理的废水溶液的pH为5.5-6.5，水温为23-27℃；
b、取纳米四氧化三铁和脂肪酶液置于25℃温度下搅拌混合至少1h，制得混合吸附剂；
c、将步骤b中制得的混合吸附剂加入步骤a中所得的溶液中，搅拌至少2h后，采用微孔滤膜过滤处理，收集滤液并对滤液进行离心处理，取上层清液，即为吸附处理后的废液；
进一步，所述步骤b中，按质量比为3.5-4.5：2取纳米四氧化三铁和脂肪酶液；
进一步，所述步骤c中，混合吸附剂的加入量与待处理的废水溶液中Cr(VI)的质量比为2-4:1；
进一步，所述步骤b中，脂肪酶液为荧光假单胞杆菌分泌的脂肪酶；
进一步，所述步骤c中，搅拌速度为150r/min-155r/min；
进一步，所述步骤c中，微孔滤膜孔径为0.22μm～0.45μm。
本发明的有益效果：
本发明按比例混合荧光假单胞杆菌产生的脂肪酶液与纳米四氧化三铁制成混合吸附剂，利用二者之间的相互促进作用，能够大大的提高纳米四氧化三铁对于废水中Cr(VI)的吸附率，确保即使在低浓度Cr(VI)的废水溶液中，也能够达到优异的Cr(VI)去除率，通过本发明的处理方法进行废水中Cr(VI)吸附处理，能够使Cr(VI)的去除率达到96％以上。此外，本发明中采用的处理方法简单，易操作，使用的混合吸附剂，不会对废水造成二次污染。
本发明的方法并不同于现有技术中直接利用细菌吸附金属离子的方法，也不同于现有技术中利用四氧化三铁表面修饰有机物来吸附金属离子的方法；同时，本发明的方法能够有效解决上述处理方法中所存在的问题，并达到优异的吸附效果。
现有技术中利用细菌吸附金属离子的机理是利用细菌细胞壁的吸附，这种吸附方法存在的问题包括：1、细菌生长会处于生长期，稳定期和衰亡期，当细菌处于某一时期利用细胞壁来吸附时，细菌会存在竞争，以及物料和环境条件的影响而使反应难以达到预期的效果；2、有些细菌有毒性，对环境和人都存在危害。而本发明中利用荧光假单胞杆菌产生的脂肪酶协同纳米四氧化三铁对Cr(VI)进行吸附，能够有效地避免利用细菌吸附金属离子所存在的问题，大大降低了危害性，安全环保。
现有技术中利用四氧化三铁表面修饰有机物来吸附金属离子的方法中，需要先通过化学药品来修饰四氧化三铁表面，然后再吸附金属离子，过程中如果处理不当，会造成二次污染，而本发明中利用的是天然的脂肪酶液来修饰四氧化三铁表面，能够促进纳米四氧化三铁的吸附作用，并且不会造成二次污染。
具体实施方式
以下为具体实施例：
实施例一
本实施例提供的高效去除废水溶液中Cr(VI)的方法，包括如下步骤：
a、调整待处理的浓度为20mg/L的废水溶液的pH为5.5，水温为25℃；
b、按质量比为4：2取纳米四氧化三铁和脂肪酶液置于25℃温度下搅拌混合1.5h，制得混合吸附剂；
c、将步骤b中制得的混合吸附剂以60mg/L的加入量加入步骤a中所得的溶液中，以搅拌速度为150r/min，搅拌2h后，采用孔径为0.22μm的微孔滤膜过滤处理，收集滤液并对滤液进行离心处理，取上层清液，即为吸附处理后的废液。
本实施例中，荧光假单胞杆菌的培养方法为：
(1)制备牛肉膏液体培养基：称取牛肉膏30g、蛋白胨15g和氯化钠15g溶于1000mL蒸馏水中，用0.1mol/L NaOH溶液调节ph＝7.0～7.2，然后于灭菌锅中在121℃灭菌5分钟，即得；
(2)冻干粉活化：将冻干粉加入牛肉膏液体培养基中，轻轻摇晃使其混匀制得菌悬液，然后将灭菌的LB固体培养基稍冷却后制作成斜面培养基，并将菌悬液部分移植到斜面培养基上，置于37℃的恒温培养箱中培养，使其菌落数量增多，再从斜面培养基上挑选培养茁壮的菌落，接种到新的斜面培养基上培养，重复以上步骤2～3次，直至得到生长良好的荧光假单胞杆菌株。
本实施例中，所述步骤b中，脂肪酶液为荧光假单胞杆菌分泌的脂肪酶；所述脂肪酶的提取方法包括如下步骤：
(1)提取粗酶液：取0.1mL荧光假单胞杆菌的菌液离心处理至少10分钟后，取上层清液，即为粗酶液；
(2)提取脂肪酶液：取3mL浓度为0.0667mol·L-1磷酸盐缓冲溶液和1mL油酸于锥形瓶中，混匀后放入37℃的恒温水浴锅中预热至少5min，然后向其中加入步骤(1)中提取所得的粗酶液，搅拌反应10min后，立即加入8ml甲苯(分析纯)，继续搅拌反应2min后，终止反应；再将经上述步骤处理后所得的溶液在3000r/min条件下离心处理至少10min，取上层有机混合液即为脂肪酶液。
本实施例中，在提取脂肪酶液时，磷酸盐缓冲溶液、油酸以及甲苯的用量均根据提取到的粗酶液的量(通过所取的荧光假单胞杆菌的菌液的量进行估算即可)等比例进行调整。
实施例二
本实施例提供的高效去除废水溶液中Cr(VI)的方法，包括如下步骤：
a、调整待处理的浓度为42mg/L的废水溶液的pH为6.5，水温为25℃；
b、按质量比为4：2取纳米四氧化三铁和脂肪酶液置于25℃温度下搅拌混合1.5h，制得混合吸附剂；
c、将步骤b中制得的混合吸附剂以126mg/L的加入量加入步骤a中所得的溶液中，以搅拌速度为150r/min，搅拌2h后，采用孔径为0.45μm的微孔滤膜过滤处理，收集滤液并对滤液进行离心处理，取上层清液，即为吸附处理后的废液。
本实施例中，荧光假单胞杆菌的培养方法同实施例一。
本实施例中，所述步骤b中，脂肪酶液为荧光假单胞杆菌分泌的脂肪酶；所述脂肪酶的提取方法同实施例一。
实施例三
本实施例提供的高效去除废水溶液中Cr(VI)的方法，包括如下步骤：
a、调整待处理的浓度为55mg/L废水溶液的pH为6，水温为23℃；
b、按质量比为3.5：2取纳米四氧化三铁和脂肪酶液置于25℃温度下搅拌混合1h，制得混合吸附剂；
c、将步骤b中制得的混合吸附剂以165mg/L的加入量加入步骤a中所得的溶液中，以搅拌速度为150r/min，搅拌2.5h后，采用孔径为0.22μm的微孔滤膜过滤处理，收集滤液并对滤液进行离心处理，取上层清液，即为吸附处理后的废液。
本实施例中，荧光假单胞杆菌的培养方法同实施例一。
本实施例中，所述步骤b中，脂肪酶液为荧光假单胞杆菌分泌的脂肪酶；所述脂肪酶的提取方法同实施例一。
实施例四
本实施例提供的高效去除废水溶液中Cr(VI)的方法，包括如下步骤：
a、调整待处理的浓度为82.5mg/L废水溶液的pH为6，水温为25℃；
b、按质量比为3.5：2取纳米四氧化三铁和脂肪酶液置于25℃温度下搅拌混合1h，制得混合吸附剂；
c、将步骤b中制得的混合吸附剂以330mg/L的加入量加入步骤a中所得的溶液中，以搅拌速度为150r/min，搅拌2.5h后，采用孔径为0.45μm的微孔滤膜过滤处理，收集滤液并对滤液进行离心处理，取上层清液，即为吸附处理后的废液。
本实施例中，荧光假单胞杆菌的培养方法同实施例一。
本实施例中，所述步骤b中，脂肪酶液为荧光假单胞杆菌分泌的脂肪酶；所述脂肪酶的提取方法同实施例一。
实施例五
本实施例提供的高效去除废水溶液中Cr(VI)的方法，包括如下步骤：
a、调整待处理的浓度为130mg/L的废水溶液的pH为5.5，水温为27℃；
b、按质量比为4.5：2取纳米四氧化三铁和脂肪酶液置于25℃温度下搅拌混合2h，制得混合吸附剂；
c、将步骤b中制得的混合吸附剂以260mg/L的加入量加入步骤a中所得的溶液中，以搅拌速度为155r/min，搅拌3h后，采用孔径为0.22μm的微孔滤膜过滤处理，收集滤液并对滤液进行离心处理，取上层清液，即为吸附处理后的废液。
本实施例中，荧光假单胞杆菌的培养方法同实施例一。
本实施例中，所述步骤b中，脂肪酶液为荧光假单胞杆菌分泌的脂肪酶；所述脂肪酶的提取方法同实施例一。
实施例六
本实施例提供的高效去除废水溶液中Cr(VI)的方法，包括如下步骤：
a、调整待处理的浓度为1000mg/L的废水溶液的pH为6，水温为25℃；
b、按质量比为4：2取纳米四氧化三铁和脂肪酶液置于25℃温度下搅拌混合1.5h，制得混合吸附剂；
c、将步骤b中制得的混合吸附剂以4000mg/L的加入量加入步骤a中所得的溶液中，以搅拌速度为150r/min，搅拌5h后，采用孔径为0.22μm的微孔滤膜过滤处理，收集滤液并对滤液进行离心处理，取上层清液，即为吸附处理后的废液。
本实施例中，荧光假单胞杆菌的培养方法同实施例一。
本实施例中，所述步骤b中，脂肪酶液为荧光假单胞杆菌分泌的脂肪酶；所述脂肪酶的提取方法同实施例一。
利用原子吸收分光光度计检测实施例一至实施例六处理后的废液中Cr(VI)的浓度，计算吸附率，结果见表1：
| 项目 | 初始浓度(mg/L) | Cr(VI)去除率(％) |
| 实施例一 | 20 | 97.5 |
| 实施例二 | 42 | 97.9 |
| 实施例三 | 55 | 96.1 |
| 实施例四 | 82.5 | 98.8 |
| 实施例五 | 130 | 96.9 |
| 实施例六 | 1000 | 99.2 |
由上表可知，采用本发明的处理方法可使低浓度Cr(VI)的废水溶液的Cr(VI)的去除率达到96％以上。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种高效去除废水溶液中Cr(VI)的方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、调整待处理的废水溶液的pH为5.5-6.5，水温为23-27℃；
b、取纳米四氧化三铁和脂肪酶液置于25℃温度下搅拌混合至少1h，制得混合吸附剂；
c、将步骤b中制得的混合吸附剂加入步骤a中所得的溶液中，搅拌至少2h后，采用微孔滤膜过滤处理，收集滤液并对滤液进行离心处理，取上层清液，即为吸附处理后的废液；
所述步骤b中，按质量比为3.5-4.5：2取纳米四氧化三铁和脂肪酶液；
所述步骤c中，混合吸附剂的加入量与待处理的废水溶液中Cr(VI)的质量比为2-4:1；
所述步骤b中，脂肪酶液为荧光假单胞杆菌分泌的脂肪酶。
2.根据权利要求1所述的高效去除废水溶液中Cr(VI)的方法，其特征在于：所述步骤c中，搅拌速度为150r/min-155r/min。
3.根据权利要求1所述的高效去除废水溶液中Cr(VI)的方法，其特征在于：所述步骤c中，微孔滤膜孔径为0.22μm～0.45μm。
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| 浮游球衣菌-纳米Fe3O4生物吸附剂处理电镀废水中Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的研究;秦玉春;《广东化工》;20140430;第41卷(第8期);108 * |
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