CN110902849A - 一种利用生物吸附剂处理工业废水的方法 - Google Patents

一种利用生物吸附剂处理工业废水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用生物吸附剂处理工业废水的方法，该方法以ZrO2‑Fe3O4作为磁性纳米吸附剂，将福寿螺、花生麸糖蜜、蛋白胨和水搅拌均匀后制备微生物氮源；将弗兰克氏菌、米根霉菌、丛梗孢科丝状菌、枯草芽孢杆菌培养后获得复合菌液；将壳聚糖、海藻酸钠、滑石粉、可再分散乳胶粉混合均匀，制得生物载体；先将复合菌液和微生物氮源混合均匀后，培育后再加入磁性纳米吸附剂和生物载体，干燥，即得磁性生物吸附剂，将磁性生物吸附剂进行污水处理。本方法制备的磁性生物吸附剂具有比表面大、活性高、吸附量大、稳定性好、操作简单方便等优点，能够对废水中的重金属、氨氮等污染物进行有效的吸附，处理完废水后能方便实现吸附剂的快速回收。

Description

一种利用生物吸附剂处理工业废水的方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体是一种利用生物吸附剂处理工业废水的方法。
背景技术
随着城市化进程的加快和工农业的迅速发展，我国绝大多数城市都存在着较为严重的水污染问题。大量未经处理的城市垃圾、工业废水和生活污水以及大气沉降物不断排入水体中，使水体悬浮物和沉积物中的含量急剧升高，水体污染己成为全球性的环境污染问题，对污染水体的治理迫在眉睫。
工业污水中污染物主要为氨氮、重金属等物质，氨氮是引起水体富营养化和污染环境的一种重要污染物质，目前我国几乎所有的受污染水域中，氨氮都是主要的污染物之一。水体富营养化已经危害农业、渔业、旅游业等诸多行业，也对饮水卫生和食品安全构成了巨大的威胁。近年来，国内水体重金属污染问题十分突出，因此其处理技术的开发就成了当前社会的焦点。因此，如何去除工业污水中的氨氮、重金属等污染物成为当今工业污水处理一个重要的任务。
目前，重金属废水处理方法主要有三类：化学反应法、浓缩分离法以及生物吸附法。第一类是废水中重金属离子通过化学反应除去的方法包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法、化学还原法、电化学还原法和高分子重金属捕集剂法等；第二类是使废水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行浓缩、分离的方法,包括吸附剂吸附、离子交换和膜分离等；第三类生物吸附法是今年新发展的一门重金属污水处理方法，借助的是微生物及其衍生物来吸附水中重金属的过程。与传统吸附方法相比，生物吸附法具有以下优点：在低浓度下，金属可以被选择性的去除；节能、处理效率高；易于分离回收重金属；吸附剂易于再生利用。但目前生物吸附处理污水还存在吸附量小，吸附污染物的效率低等问题。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明目的在于解决上述不足，提供一种利用生物吸附剂处理工业废水的方法。该方法利用比表面大、活性高、吸附量大、稳定性好的磁性生物吸附剂进行污水处理后，不仅能高效地去除污水中的重金属，还能很好的降低污水氨氮含量，达到双重净化污水的效果。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：
（1）制备磁性纳米吸附剂：将质量比为1:5的磁性Fe3O4纳米微球和硝酸锆溶液加至超声波搅拌器，再加入乙醇超声搅拌，逐滴加入氨水至pH为10，超声搅拌2-4h后，所得的产物经磁力分离，再用蒸馏水清洗，干燥，在400-500℃及氮气保护下焙烧3-5h，即得ZrO2-Fe3O4磁性纳米吸附剂；所述硝酸锆溶液的浓度为0.5mol/L；乙醇的加入量为磁性Fe3O4纳米微球质量的10-15倍。
（2）将福寿螺、花生麸分别粉碎后加入搅拌罐，再加入糖蜜、蛋白胨和水；搅拌均匀后，在温度为100-110℃下保温30-60min，冷却，即可得到微生物氮源；所述福寿螺、花生麸、糖蜜、蛋白胨和水的质量比为1:3-5:2-5:1-3:10-20;
（3）将质量比为1:3-8:1-3:2-5的弗兰克氏菌、米根霉菌、丛梗孢科丝状菌、枯草芽孢杆菌分别培养成浓度为1×107-1×108个/ml的菌液，混合后得复合菌液；
（4）将质量比为1:3-5:5-10:1-3的壳聚糖、海藻酸钠、滑石粉、可再分散乳胶粉混合均匀，制得生物载体；
（5）先将复合菌液和微生物氮源混合均匀后，培育24-48h后，再加入磁性纳米吸附剂和生物载体，搅拌均匀后静置3-6h，干燥，即得磁性生物吸附剂；所述复合菌液、微生物氮源、磁性纳米吸附剂和生物载体的质量比为1:3-5:8-10:1-3；
（6）将污水进行固液分离后，加入磁性生物吸附剂进行污水处理，处理完成后对磁性吸附剂进行磁力分离。
进一步地，步骤（1）所述搅拌是在转速为300-500r/min下搅拌30-60min；所述干燥是在温度为80-100℃下干燥。
进一步地，步骤（5）所述培育是在温度为25-28℃、转速为100-150r/min下培育。
进一步地，步骤（5）所述的干燥是在温度为-25℃~-40℃下真空冷冻干燥48-72h。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：
1、本发明方法制备的磁性生物吸附剂具有比表面大、活性高、吸附量大、稳定性好、操作简单方便等优点，能够对废水中的重金属、氨氮等污染物进行有效的吸附，处理完废水后能方便实现吸附剂的快速回收。
2、本发明以弗兰克氏菌、米根霉菌、丛梗孢科丝状菌、枯草芽孢杆菌结合多种菌株的合理配伍，共生协调，活性高，繁殖快，不仅能够去除废水中的重金属，还能快速去除氨氮、COD等污染物。
3、本发明以Fe3O4纳米微球和硝酸锆溶液制备ZrO2-Fe3O4磁性纳米吸附剂，磁性纳米吸附剂具有表面积大、活性高、稳定性好、吸附量大等优点，应用在污水处理中能快速净化污水中的重金属离子，同时磁性纳米吸附剂依据外在磁场可以方便，快速地将其分离、回收，可多次循环利用，克服非磁性纳米催化剂难回收、成本高的缺点，对缓解环境污染、提高企业生产效益、实现资源循环高效利用具有重要意义。
4、本发明方法以福寿螺、花生麸、糖蜜、蛋白胨作为生物氮源，能够微生物菌种生长所必需的营养物质，快速促进菌株的繁殖，能解决高污染工业污水导致微生物不宜生长的问题。
5、本发明以壳聚糖、海藻酸钠、滑石粉、可再分散乳胶粉作为生物载体，能够很好的固定微生物菌剂，使营养物质能更容易被菌体摄取，极大的提高了净化污水的效果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
实施例1
一种利用生物吸附剂处理工业废水的方法，包括如下步骤：
（1）制备磁性纳米吸附剂：将质量比为1:5的磁性Fe3O4纳米微球和0.5mol/L的硝酸锆溶液加至超声波搅拌器，再加入Fe3O4纳米微球质量10倍的乙醇超声搅拌，逐滴加入氨水至pH为10，在转速为300r/min下超声搅拌3h后，所得的产物经磁力分离，再用蒸馏水清洗，在温度为85℃微波干燥，最后在400℃及氮气保护下焙烧5h，即得ZrO2-Fe3O4磁性纳米吸附剂；
（2）将福寿螺、花生麸分别粉碎后加入搅拌罐，再加入糖蜜、蛋白胨和水；搅拌均匀后，在温度为100℃下保温30min，冷却，即可得到微生物氮源；所述福寿螺、花生麸、糖蜜、蛋白胨和水的质量比为1:3:5:2:15。
（3）将质量比为1:5:2:4的弗兰克氏菌、米根霉菌、丛梗孢科丝状菌、枯草芽孢杆菌分别培养成浓度为1×108个/ml的菌液，混合后得复合菌液；
（4）将质量比为1:2:8:3的壳聚糖、海藻酸钠、滑石粉、可再分散乳胶粉混合均匀，制得生物载体；
（5）先将复合菌液和微生物氮源混合均匀后，在温度为25℃、转速为150r/min下培育36h后，再加入磁性纳米吸附剂和生物载体，搅拌均匀后静置3-6h，在温度为-35℃下真空冷冻干燥36h，即得磁性生物吸附剂；所述复合菌液、微生物氮源、磁性纳米吸附剂和生物载体的质量比为1:4:10:3。
（6）将含镉的工业污水进行固液分离后，按照每升污水加入磁性生物吸附剂40g的量加入，搅拌进行污水处理，处理完成后对磁性吸附剂进行磁力分离，回收吸附剂。
含镉的工业污水中经过检测，处理前的镉离子含量为28.92mg/L、氨氮含量为103.37mg/L，经过本实施例磁性生物吸附剂处理后，镉的含量为0.24mg/L，氨氮含量为2.92mg/L。由此可见，本磁性生物吸附剂对镉离子的去除率达到99.17%，氨氮去除率达到97.18%。
实施例2
一种利用生物吸附剂处理工业废水的方法，包括如下步骤：
（1）制备磁性纳米吸附剂：将质量比为1:5的磁性Fe3O4纳米微球和0.5mol/L的硝酸锆溶液加至超声波搅拌器，再加入Fe3O4纳米微球质量15倍的乙醇超声搅拌，逐滴加入氨水至pH为10，在转速为300r/min下超声搅拌4h后，所得的产物经磁力分离，再用蒸馏水清洗，在温度为90℃微波干燥，最后在500℃及氮气保护下焙烧4h，即得ZrO2-Fe3O4磁性纳米吸附剂；
（2）将福寿螺、花生麸分别粉碎后加入搅拌罐，再加入糖蜜、蛋白胨和水；搅拌均匀后，在温度为110℃下保温40min，冷却，即可得到微生物氮源；所述福寿螺、花生麸、糖蜜、蛋白胨和水的质量比为1:5:3:1:10。
（3）将质量比为1:6:3:5的弗兰克氏菌、米根霉菌、丛梗孢科丝状菌、枯草芽孢杆菌分别培养成浓度为1×107个/ml的菌液，混合后得复合菌液；
（4）将质量比为1:2:5:2的壳聚糖、海藻酸钠、滑石粉、可再分散乳胶粉混合均匀，制得生物载体；
（5）先将复合菌液和微生物氮源混合均匀后，在温度为25℃、转速为150r/min下培育48h后，再加入磁性纳米吸附剂和生物载体，搅拌均匀后静置5h，在温度为-35℃下真空冷冻干燥24h，即得磁性生物吸附剂；所述复合菌液、微生物氮源、磁性纳米吸附剂和生物载体的质量比为1:3:8:2。
（6）将含铅离子的工业污水进行固液分离后，按照每升污水加入磁性生物吸附剂70g的量加入，搅拌进行污水处理，处理完成后对吸附剂进行磁力分离，回收磁性生物吸附剂。
含铅离子的工业污水中经过检测，处理前的铅离子含量为158.14mg/L、氨氮含量为235.94mg/L，经过本实施例磁性生物吸附剂处理后，铅离子的含量为0.63mg/L，氨氮含量为1.63mg/L。经过本实施例处理后的含铅污水1.0mg/L，达到排放标准。
实施例3
一种利用生物吸附剂处理工业废水的方法，包括如下步骤：
（1）制备磁性纳米吸附剂：将质量比为1:5的磁性Fe3O4纳米微球和0.5mol/L的硝酸锆溶液加至超声波搅拌器，再加入Fe3O4纳米微球质量12倍的乙醇超声搅拌，逐滴加入氨水至pH为10，在转速为500r/min下超声搅拌3h后，所得的产物经磁力分离，再用蒸馏水清洗，在温度为95℃微波干燥，最后在450
℃及氮气保护下焙烧4h，即得ZrO2-Fe3O4磁性纳米吸附剂；
（2）将福寿螺、花生麸分别粉碎后加入搅拌罐，再加入糖蜜、蛋白胨和水；搅拌均匀后，在温度为100℃下保温60min，冷却，即可得到微生物氮源；所述福寿螺、花生麸、糖蜜、蛋白胨和水的质量比为1:4:3:3:20。
（3）将质量比为1:5:2:4的弗兰克氏菌、米根霉菌、丛梗孢科丝状菌、枯草芽孢杆菌分别培养成浓度为1×108个/ml的菌液，混合后得复合菌液；
（4）将质量比为1:3:8:2的壳聚糖、海藻酸钠、滑石粉、可再分散乳胶粉混合均匀，制得生物载体；
（5）先将复合菌液和微生物氮源混合均匀后，在温度为28℃、转速为150r/min下培育48h后，再加入磁性纳米吸附剂和生物载体，搅拌均匀后静置4h，在温度为-45℃下真空冷冻干燥48h，即得磁性生物吸附剂；所述复合菌液、微生物氮源、磁性纳米吸附剂和生物载体的质量比为1:5:9:3。
（6）将含铬离子的工业污水进行固液分离后，按照每升污水加入磁性生物吸附剂35g的量加入，搅拌进行污水处理，处理完成后对吸附剂进行磁力分离，回收磁性生物吸附剂。
工业污水中经过检测，处理前的铬离子含量为73.61mg/L、氨氮含量为138.51mg/L，经过本实施例磁性生物吸附剂处理后，铬离子的含量为3.65mg/L，氨氮含量为1.27mg/L。由此可见，本磁性生物吸附剂对铬离子的去除率达到95.04%，氨氮去除率达到99.08%。
以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种利用生物吸附剂处理工业废水的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）制备磁性纳米吸附剂：将质量比为1:5的磁性Fe3O4纳米微球和硝酸锆溶液加至超声波搅拌器，再加入乙醇超声搅拌，逐滴加入氨水至pH为10，超声搅拌2-4h后，所得的产物经磁力分离，再用蒸馏水清洗，干燥，在400-500℃及氮气保护下焙烧3-5h，即得ZrO2-Fe3O4磁性纳米吸附剂；所述硝酸锆溶液的浓度为0.5mol/L；乙醇的加入量为磁性Fe3O4纳米微球质量的10-15倍；
（2）将福寿螺、花生麸分别粉碎后加入搅拌罐，再加入糖蜜、蛋白胨和水；搅拌均匀后，在温度为100-110℃下保温30-60min，冷却，即可得到微生物氮源；所述福寿螺、花生麸、糖蜜、蛋白胨和水的质量比为1:3-5:2-5:1-3:10-20;
（3）将质量比为1:3-8:1-3:2-5的弗兰克氏菌、米根霉菌、丛梗孢科丝状菌、枯草芽孢杆菌分别培养成浓度为1×107-1×108个/ml的菌液，混合后得复合菌液；
（4）将质量比为1:3-5:5-10:1-3的壳聚糖、海藻酸钠、滑石粉、可再分散乳胶粉混合均匀，制得生物载体；
（5）先将复合菌液和微生物氮源混合均匀后，培育24-48h后，再加入磁性纳米吸附剂和生物载体，搅拌均匀后静置3-6h，干燥，即得磁性生物吸附剂；所述复合菌液、微生物氮源、磁性纳米吸附剂和生物载体的质量比为1:3-5:8-10:1-3；
（6）将污水进行固液分离后，加入磁性生物吸附剂进行污水处理，处理完成后对磁性生物吸附剂进行磁力分离。
2.根据权利要求1所述利用生物吸附剂处理工业废水的方法，其特征在于：步骤（1）所述搅拌是在转速为300-500r/min下搅拌；所述干燥是在温度为80-100℃下干燥。
3.根据权利要求1所述利用生物吸附剂处理工业废水的方法，其特征在于：步骤（5）所述培育是在温度为25-28℃、转速为100-150r/min下培育。
4.根据权利要求1所述利用生物吸附剂处理工业废水的方法，其特征在于：步骤（5）所述的干燥是在温度为-25℃~-40℃下真空冷冻干燥48-72h。
5.根据权利要求1-4任一项所述利用生物吸附剂处理工业废水的方法，其特征在于：所述磁性生物吸附剂的加入量按照每升污水加入5-80g。
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