CN107879485A - 一种工业废水中重金属的生物吸附回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业废水中重金属的生物吸附回收方法，用于处理铬、镍、铜、银和钼含量为2 mg/L以下，pH＜2的工业废水。具体方法：在pH小于2的条件下，将通过分批补料培养得到高浓度库德毕赤酵母菌液，将菌液进行NaOH预处理后干燥。将干燥后的生物吸附剂用于处理工业废水，去除重金属离子，吸附重金属离子的生物吸附剂可再分离回收重金属，进行资源化利用。该方法具有产品成本低、工艺简单，不造成二次污染，吸附性能好，性能稳定，适用于高酸度含有多种重金属的工业废水等优点。

Description

一种工业废水中重金属的生物吸附回收方法

技术领域

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种工业废水中重金属的生物吸附回收方法。

背景技术

传统的重金属吸附技术中采用了大量化学试剂进行沉淀和还原，但进一步产生次生物，从而造成二次污染。目前，公布了很多关于重金属汞、镉、铅、铬、砷等新的吸附剂吸附方法的报道，例如通过胺改性的单宁凝胶、螯合聚合物和树脂等，但是这些方法成本高、耗时长。因此，有必要找到一种经济环保的重金属吸附剂与制备方法。

微生物吸附法是近年发展起来的一种新技术，具有菌种来源丰富、工艺简单、成本低、速度快等优点。针对于废水中重金属汞、镉、铅、铬、砷处理这方面，微生物吸附更是发挥了它的优点。首先，微生物吸附选择性好，微生物种类繁多，针对不同的吸附条件可以选择最适宜的微生物，从而发挥出最好的吸附效果。微生物吸附适应性广，可以在各种不同复杂环境中进行操作。三者，微生物再生能力强，繁殖快，大大降低了操作的成本，而且设备简单，操作容易。对于废水中重金属汞、镉、铅、铬、砷的吸附，微生物吸附不受其浓度影响，无论是高浓度还是低浓度废液，都有良好的吸附能力。

目前，公布了很多关于重金属生物吸附剂吸附方法的报道，例如通过霉菌、废弃酿酒酵母和壳聚糖等，但是这些方法一般采用模拟重金属配水开展实验，实际上，工业废水中有许多抑制条件，如高盐度、低pH和高渗透压，都是显着的局限性，因而在实际工业废水的复杂生长环境对微生物吸附的影响研究较少。

发明内容

为了克服以上现有技术的不足，本发明提供了一种工业废水中重金属的生物吸附回收方法。本发明探究了库德毕赤酵母生物吸附剂在实际工业废水下，菌体预处理、吸附温度、菌体浓度和吸附时间方面的最佳吸附条件，达到在实际工业废水中吸附重金属的目的。

本发明采用以下技术方案：

一种工业废水中重金属的生物吸附回收方法，取含有重金属离子的工业废水与库德毕赤酵母生物吸附剂混合，通过控制吸附条件，进行震荡吸附处理，离心过滤后收集上清液，再次进行吸附处理，离心过滤，检测上清液中金属离子浓度；

所述重金属离子为铬离子、镍离子、铜离子、银离子、钼离子。

所述库德毕赤酵母生物吸附剂是将库德毕赤酵母在高酸度条件下经富集培养后，离心收集菌体，之后加入0.1mol/L NaOH溶液进行预处理，煮沸后，经离心、干燥，研磨成粉即得；

同时，使用等量的水溶液替代0.1mol/L NaOH溶液进行预处理，制备库德毕赤酵母菌体，进行工业废水的处理，作为对照组。

其中，所述工业废水中铬、镍、铜、银和钼含量在2 mg/L以下，工业废水pH＜2。

其中，所述吸附条件如下：库德毕赤酵母生物吸附剂投加量为1.0-5.0g/L，吸附时间在5-360min，吸附温度在20-30℃。

进一步地，所述吸附条件优选：库德毕赤酵母生物吸附剂投加量1.0g/L，吸附时间30min，吸附温度在20℃。

所述库德毕赤酵母生物吸附剂的制备方法如下：

（1）库德毕赤酵母的活化培养：

将库德毕赤酵母种子液以10%(v/v)接种量接种到发酵培养基中，装液量40-50mL/250mL，摇床转速为200-300r/min，23-26℃恒温培养15-18h；

（2）库德毕赤酵母的富集培养：

在发酵罐加入一半体积量的发酵液，接种量为12%(v/v)，初始搅拌转速350-500r/min，初始通气量1.0 vvm，发酵温度24.5-25.5℃，发酵过程中控制pH小于2，发酵过程溶氧维持在30%以上，最高搅拌转速设为700-850r/min，最高通气量3.0 vvm，在发酵第6h开始补料，每隔2h补料一次，补足糖浓度至2%，按照酵母粉与葡萄糖1:4-5的质量比进行氮源补料，18h结束补料，发酵18-24h；

（3）将上述培养后发酵液收集后离心，经1200-1800r/min转速条件下，离心8-15min后得到菌体；

（4）向0.1mol/L NaOH溶液中加入体积分数为10%的浓缩菌体，置于容器中加热煮沸13-18min，离心后弃去上清液，于烘箱中105℃烘干后研磨成粉。

本发明的有益效果如下：

本发明取含有重金属离子的工业废水与库德毕赤酵母生物吸附剂混合，通过控制吸附条件，从菌体预处理、吸附时间、菌体浓度、吸附温度四个方面对废水的吸附回收特性进行研究，探究了工业废水的最佳吸附回收条件。本发明在pH小于2的条件下，将通过分批补料培养得到库德毕赤酵母菌液，经NaOH溶液混合煮沸，制备库德毕赤酵母生物吸附剂，用于处理铬、镍、铜、银和钼含量为2 mg/L以下，pH＜2的工业废水。

通过本发明方法实现对工业废水中重金属离子的高效去除，吸附重金属离子的生物吸附剂可再分离回收重金属，进行资源化利用。本方法具有产品成本低、工艺简单，不造成二次污染，吸附性能好，性能稳定等优点，适用于高酸度含有多种重金属的工业废水。

附图说明

图1不同菌体预处理方式对吸附率的影响；

图2 实施例3生物吸附剂吸附前后扫描电镜图；

图3实施例3生物吸附剂吸附前后投射电镜图。

具体实施方式

1、配制适合库德毕赤酵母生长的培养基：

培养基组成为（g/L，pH=2，通常情况都为此，特别说明除外）

YEPD培养基：葡萄糖20.0，酵母粉10.0，蛋白胨20.0，蒸馏水定容至1.0 L，自然pH，115ºC灭菌30min。

固体筛选培养基：葡萄糖20.0，酵母粉10.0，蛋白胨20.0，琼脂20.0(单独灭菌后，与培养基混匀)，蒸馏水定容至1.0 L，pH 3.0，115ºC灭菌30min，灭菌后添加40.0 mgNa2SeO3。

液体筛选培养基：葡萄糖20.0，酵母粉10.0，蛋白胨20.0，蒸馏水定容至1.0 L，pH3.0，115ºC灭菌30min，灭菌后添加40.0 mg Na₂SeO₃。

摇瓶发酵培养基：葡萄糖100.0，酵母粉20.0，KH₂PO₄ 5.0，MgSO₄•7H₂O 1.0，蒸馏水定容到1.0 L，pH 3.0，115ºC灭菌30min。

种子培养基：葡萄糖50.0，酵母粉10.0，KH₂PO₄ 5.0，MgSO₄•7H₂O 1.0，蒸馏水定容至1.0 L，pH 5.0，115ºC灭菌30min。

2、库德毕赤酵母吸附剂的制备：

（1）库德毕赤酵母的活化培养：

将库德毕赤酵母种子液以10%(v/v)接种量接种到发酵培养基中，装液量45mL/250mL，摇床转速为250r/min，25℃恒温培养16h；

（2）库德毕赤酵母的富集培养：

在7L发酵罐加入3.5L发酵液，接种量为12%(v/v)，初始搅拌转速400r/min，初始通气量1.0 vvm，发酵温度24.5-25.5℃，发酵过程中控制pH小于2，发酵过程溶氧维持在30%以上，最高搅拌转速设为800r/min，最高通气量3.0 vvm，在发酵第6h开始补料，每隔2h补料一次，补足糖浓度至2%，按照酵母粉:葡萄糖=1:4-5的质量比进行氮源补料，18h结束补料，葡萄糖累积添加量为240g，酵母粉累积添加量50 g，发酵24h；

（3）将上述培养后发酵液收集后离心，经1500r/min转速条件下，离心10min后得到菌体；

（4）向0.1mol/L NaOH溶液或水溶液中加入体积分数为10%的浓缩菌体，置于容器中加热煮沸15min，离心后弃去上清液，于烘箱中105℃烘干后研磨成粉。

3、重金属吸附试验：

首先，分别取一定量的实际工业废水（铬、镍、铜、银和钼含量为2mg/L以下，pH＜2），取定量的吸附剂库德毕赤酵母菌体（g，添加的库德毕赤酵母的质量应该根据含水率折合成干重），放入100mL的工业废水于250 mL的锥形瓶中，在不同的吸附环境下进行摇床振荡吸附一定的时间。振荡结束后立即取出进行1500r/min离心10 min，取得上清液再次重复吸附。再次离心后，取5 ml上清液，用原子吸收光谱分析仪测出重金属其吸附后的浓度。

吸附量=（初浓度-终浓度）/吸附剂浓度（此浓度为吸附剂干重下对应的浓度）；

吸附率=[（初浓度-终浓度）]/终浓度×100%。

实施例1

使用0.1mol/L的NaOH溶液将毕赤酵母加热煮沸15min后，1000-3000rpm离心，收集菌体，再放入烘箱105℃烘干后磨成粉末，备用。

同时，使用等量水溶液将毕赤酵母加热煮沸15min后，3000-5000 rpm离心，收集菌体，再放入烘箱105℃烘干后磨成粉末。

取100ml实际工业废水溶液（铬、镍、铜、银和钼含量分别为0.9 mg/L，1.1 mg/L，0.8 mg/L，1.3 mg/L，1.9 mg/L，pH=1.43）于锥形瓶中，取0.1g上述方法收集的菌体吸附剂粉末分别加入至锥形瓶中，用棉塞塞住瓶口，于30℃，200 rpm处理15 min，溶液离心后收集上清液再次重复吸附，计算吸附率，结果如图1所示。

由图可知：经NaOH处理的库德毕赤酵母吸附重金属铬、镍、铜、银和钼吸附率分别为97%、98%、96%、98%和97%，经水处理的库德毕赤酵母吸附重金属吸附率分别为92%、91%、89%、91%、90%。结果表明，经过NaOH预处理过的菌体吸附重金属效果比较明显。

实施例2

用0.1mol/L的NaOH溶液将毕赤酵母加热煮沸15min后，1000-3000rpm离心，收集菌体，再放入烘箱105℃烘干后磨成粉末。

取100ml实际工业废水溶液（铬、镍、铜、银和钼含量分别为0.9 mg/L，1.1 mg/L，0.8 mg/L，1.3 mg/L，1.9 mg/L，pH=1.43）于锥形瓶中，将上述方法收集的菌体吸附剂粉末取0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g分别加入至锥形瓶中，用棉塞塞住瓶口，于30℃，200 rpm处理30min计算吸附率。

经NaOH处理的库德毕赤酵母吸附浓度在1g/L时吸附工业废水中重金属吸附量最高 ，处理的生物吸附剂吸附重金属铬、镍、铜、银和钼吸附率分别为94%、96%、95%、96%和96%。

实施例3

用0.1mol/L的NaOH溶液将毕赤酵母加热煮沸15min后，1000-3000rpm离心，收集菌体，再放入烘箱105℃烘干后磨成粉末。

取100ml实际工业废水溶液（铬、镍、铜、银和钼含量分别为0.9 mg/L，1.1 mg/L，0.8 mg/L，1.3 mg/L，1.9 mg/L，pH=1.43）于锥形瓶中，取0.1g上述方法收集的菌体吸附剂粉末分别加入至锥形瓶中，用棉塞塞住瓶口，分别于15℃、20℃、25℃、30℃、35℃，200 rpm处理30min计算吸附率。

生物吸附剂在20℃时吸附工业废水中重金属吸附率最高。用扫描电镜和投射电镜下显示生物吸附剂吸附前后表面和内部变化。

Claims (5)

1.一种工业废水中重金属的生物吸附回收方法，其特征在于，取含有重金属离子的工业废水与库德毕赤酵母生物吸附剂混合，通过控制吸附条件，进行震荡吸附处理，离心过滤后收集上清液，再次进行吸附处理，离心过滤，检测上清液中金属离子浓度；

所述重金属离子为铬离子、镍离子、铜离子、银离子、钼离子；

所述库德毕赤酵母生物吸附剂是将库德毕赤酵母在高酸度条件下经富集培养后，离心收集菌体，之后加入0.1mol/L NaOH溶液进行预处理，煮沸后，经离心、干燥，研磨成粉即得。

2.根据权利要求1所述的一种工业废水中重金属的生物吸附回收方法，其特征在于，所述工业废水中铬、镍、铜、银和钼含量在2 mg/L以下，工业废水pH＜2。

3.根据权利要求1所述的一种工业废水中重金属的生物吸附回收方法，其特征在于，所述吸附条件如下：库德毕赤酵母生物吸附剂投加量为1.0-5.0g/L，吸附时间在5-360min，吸附温度在20-30℃。

4.根据权利要求3所述的一种工业废水中重金属的生物吸附回收方法，其特征在于，所述吸附条件选择：库德毕赤酵母生物吸附剂投加量1.0g/L，吸附时间30min，吸附温度在20℃。

5.根据权利要求1所述的一种工业废水中重金属的生物吸附回收方法，其特征在于，所述库德毕赤酵母生物吸附剂的制备方法如下：

（1）库德毕赤酵母的活化培养：

将库德毕赤酵母种子液以10%(v/v)接种量接种到发酵培养基中，装液量40-50mL/250mL，摇床转速为200-300r/min，23-26℃恒温培养15-18h；

（2）库德毕赤酵母的富集培养：

在发酵罐加入一半体积量的发酵液，接种量为12%(v/v)，初始搅拌转速350-500r/min，初始通气量1.0 vvm，发酵温度24.5-25.5℃，发酵过程中控制pH小于2，发酵过程溶氧维持在30%以上，最高搅拌转速设为700-850r/min，最高通气量3.0 vvm，在发酵第6h开始补料，每隔2h补料一次，补足糖浓度至2%，按照酵母粉与葡萄糖1:4-5的质量比进行氮源补料，18h结束补料，发酵18-24h；

（3）将上述培养后发酵液收集后离心，经1200-1800r/min转速条件下，离心8-15min后得到菌体；

（4）向0.1mol/L NaOH溶液中加入体积分数为10%的浓缩菌体，置于容器中加热煮沸13-18min，离心后弃去上清液，于烘箱中105℃烘干后研磨成粉。