CN203781924U - 利用趋磁细菌吸附回收重金属的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种利用趋磁细菌吸附回收重金属的装置，该装置由混液灌、超声灌、过滤器三部分组成；混液灌设有菌液进样口、搅拌装置、废液进样口及磁场发生器，趋磁细菌培养液与待处理的废液混合后搅拌吸附，由磁场发生器将回收重金属后的菌体吸附固定，加入少量清水洗脱吸附的菌体进入超声灌，超声灌设有超声探头、菌体洗脱液进入超声灌之后，开启超声对菌体进行破碎，超声破碎处理吸附重金属的菌体处理液进入过滤器，破碎的菌体截留在过滤器的滤袋中，高浓度的重金属废液由阀门排出。本实用新型适合各种工业废水中的重金属回收，占地面积小，处理能力强，具有较强的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用趋磁细菌吸附回收重金属的装置，属于重金属回收技术领域。
背景技术
趋磁细菌(Magnetotactic bacteria)是一类能够沿着磁场方向运动的革兰氏阴性细菌，分布广泛,在湖泊、海洋甚至湿土里都能找到。最早发现趋磁细菌的是意大利Pavia大学微生物研究所的医学博士Salvatore Bellini。1958年，他在检测水样中的病原菌时偶然发现了细菌的趋磁性。1975年，美国人Blakemore Bellini首先在《Science》上报道了趋磁细菌，他是在研究海洋底部污泥中的螺旋菌时，意外发现了一类细菌总是聚集在显微镜视野液滴的靠北部边缘。通过进一步研究，证实这类细菌运动方向能随着外加磁场极性的改变而改变，他将这类细菌定名为趋磁细菌。随后，科学家相继从南半球、北半球和赤道附近的海水、湖泊、池塘、沼泽甚至土壤中检测或分离到多种类型的趋磁细菌。迄今为止，通过16SrRNA序列测定、荧光标记、单细胞水平原位杂交等方法研究的趋磁细菌大约有40余株，已发现的趋磁细菌有球菌、杆菌、弧菌、螺旋菌等。
趋磁细菌具有趋磁性是由于含有磁小体(Magnetosomes)，不同趋磁细菌合成的磁小体的成分、形态结构、数量及大小各不相同。成分有Fe3O4、FeS、Fe3S4或FeS2，磁小体由一层生物膜包覆，膜的厚度10nm左右。磁小体的形态有平截八面体状、平行六面体状、子弹状或箭头状、泪滴状、牙齿状等。磁小体包括一条至多条磁小体链，有的只有1～2颗磁小体，有的甚至产生高达1000颗结晶，排列成像5条绳子一样并组成管束。磁小体的大小因菌种而异，大小范围20～100nm。
随着电镀、制革、防腐和染料等工业的发展，含重金属的废水对人体和环境造成的危害越来越严重，有效去除废水中重金属离子成为当前十分迫切的任务。虽然社会对重金属污染源愈加重视且其治理和排放标准日趋严格，但迄今为止，国内国外对重金属废水的治理仍不够完善和彻底；目前的治理方法远未达到可资源化废水治理的要求，即净化水本身和废水中污染物的回收以及综合利用。
处理重金属废水的传统方法很多，按治理过程金属化学形态的变化来分类可分为:化学形态改变法，如化学处理法、电解法；化学形态不改变法，如蒸发、离子交换、电渗析、高磁分离法。按照处理手段来分，可分为物理法，如蒸发浓缩、反渗透；化学法，如中和法、硫化法、特殊试剂法；物理化学法，电解法、液膜分离、离子浮选法、电渗析法等。但是这些传统的方法不能将污水中重金属离子浓度降至ppb级，生物吸附则弥补了这方面的不足，因此将生物吸附技术应用于重金属废水和回收贵金属方面越来越受到人们的重视。
磁小体对重金属有着很强吸附性。一些重金属如铁、镍等还能被趋磁细菌吸收并用于自身的繁殖。自被发现以来，国外就开始了利用趋磁细菌处理重金属废水的研究，如南安普敦大学的Bahaj等研究了不同重金属离子对趋磁细菌的活性的影响，得出了Cu、Co、Cd、Zn等离子能抑制趋磁细菌的活性，而Fe、Mg、Mn、Al、Cr等则能被有效吸附和去除的结论，所以可用来处理待定的废水。研究发现，趋磁细菌对上述离子的去除效率很高，在多数情况下能将质量浓度由(10～100)×10-6mg/L降到(10～100)×10-9mg/L，远远低于国际上的排放标准，而且在利用趋磁细菌处理重金属的过程中，只要让废水流过一个固定的磁场，就可以将重金属去除，不需要额外的动力，也不需要加入其他的药品。因此，在经济上具有其他方法无法比拟的优点，尤其在能源紧缺的现实社会，随着人们节能意识的增强，这种方法有着光明的应用前景。
本发明利用趋磁细菌吸附重金属这一特性，设计了吸附回收工业废水中的重金属的设备，该设备具有占地面积小，处理能力强，适合各种含重金属的工业废水的处理。
实用新型内容
利用趋磁细菌吸附回收重金属的装置，该装置由混液灌(1)、超声灌(2)、过滤器(3)三部分组成；
混液灌(1)设有菌液进样口(4)、搅拌装置(5)、废液进样口(6)及磁场发生器(8)，趋磁细菌培养液与待处理的废液混合后搅拌吸附，由磁场发生器(8)将回收重金属后的菌体吸附固定，并由阀门(9)控制污水排出，关闭磁场发生器(8)，加入少量清水洗脱吸附的菌体，由阀门(10)控制出菌体洗脱液进入超声灌(2)；
超声灌(2)设有超声探头(7)、菌体洗脱液进入超声灌之后，开启超声对菌体进行破碎，并由阀门(10)和阀门(11)控制液体进出；
超声破碎处理吸附重金属的菌体，处理液进入过滤器(3)，破碎的菌体留在过滤器的虑袋中，高浓度的重金属废液由阀门(12)排出。
作为该设备的进一步改进：
混液灌(1)、超声灌(2)、过滤器(3)三者的装液体积比为10：1：1。
待处理的废液是指矿冶、机械制造、化工、电子、仪表工业生产过程中排出的含重金属的废水。
磁场发生器为磁铁或亥姆霍兹线圈中的一种。
排污口阀门(9)及阀门(10)与混液灌(1)平行设置，以避免死角产生。
在阀门(10)处还可以设置真空泵将液体泵入超声灌(2)中。
超声探头(7)的超声波的能量范围为500～2000W。
装液后超声探头(7)浸没液面以下2～4cm。
本实用新型的使用流程为：将培养至对数期的趋磁细菌培养液与待处理废水在混液灌中混合，搅拌吸附一段时间，使趋磁细菌充分吸附重金属；停止搅拌，开启磁场发生器将菌体吸附固定；开启阀门(9)，将液体排出；加入少量清水，关闭磁场发生器，将菌体洗脱下来；洗脱下来的菌液进入超声灌；开启超声，将菌体超声破碎；菌体破碎液进入过滤器，将菌体过滤至滤袋上，吸附的重金属液体排出。
本发明的优点在于利用趋磁细菌的吸附重金属作用，将废液中的重金属吸附，在超声波的作用下，将重金属解析出来，然后通过过滤将菌体截留，可以得到高浓度的重金属废液。得到的重金属废液可以变废为宝，进行再利用。本发明适合各种工业废水中的重金属回收，占地面积小，处理能力强，具有较强的应用前景。
附图说明
下面结合附图及其实施例对本实用新型进一步详细说明。
图1利用趋磁细菌吸附回收重金属的装置示意图
1：混液灌；2：超声灌；3：过滤器；4：菌液进样口；5：搅拌装置；6：废液进样口；7：超声探头；8：磁场发生器；9：阀门；10：阀门；11：阀门；12：阀门。
具体实施方式
实施例1一种利用趋磁细菌吸附回收重金属的装置
该装置由混液灌(1)、超声灌(2)、过滤器(3)三部分组成；混液灌、超声灌、过滤器三者的装液体积比为10：1：1，混液灌(1)设有菌液进样口(4)、搅拌装置(5)、废液进样口(6)及磁场发生器(8)，趋磁细菌培养液与待处理的废液混合后搅拌吸附，由磁场发生器(8)将回收重金属后的菌体吸附固定，并由阀门(9)控制污水排出，关闭磁场发生器(8)，加入少量清水洗脱吸附的菌体，由阀门(10)控制出菌体洗脱液进入超声灌(2)；超声灌(2)设有超声探头(7)、菌体洗脱液进入超声灌之后，开启超声对菌体进行破碎，并由阀门(10)和阀门(11)控制液体进出；超声破碎处理吸附重金属的菌体，处理液进入过滤器(3)，破碎的菌体留在过滤器的虑袋中，高浓度的重金属废液由阀门(12)排出。
实施例2一种利用趋磁细菌吸附回收重金属的装置
该装置由混液灌(1)、超声灌(2)、过滤器(3)三部分组成；混液灌、超声灌、过滤器三者的装液体积比为10：1：1，混液灌(1)设有菌液进样口(4)、搅拌装置(5)、废液进样口(6)及磁场发生器(8)，趋磁细菌培养液与待处理的电子工厂生产过程中排出的含重金属Cr的废水混合后搅拌吸附，由磁场发生器(8)将回收重金属后的菌体吸附固定，并由阀门(9)控制污水排出，关闭磁场发生器(8)，加入少量清水洗脱吸附的菌体，由阀门(10)控制出菌体洗脱液进入超声灌(2)；超声灌(2)设有超声探头(7)、菌体洗脱液进入超声灌之后，开启超声对菌体进行破碎，超声波能量为500W，超声探头浸没液面以下4cm，超声处理后，由阀门(10)和阀门(11)控制液体进出；超声破碎处理吸附重金属的菌体，处理液进入过滤器(3)，破碎的菌体留在过滤器的虑袋中，高浓度的重金属废液由阀门(12)排出。
实施例3趋磁细菌吸附回收重金属装置的使用方法
将培养至对数期的趋磁细菌培养液与待处理含镍离子的工业废水在混液灌中混合，100～500转/min搅拌吸附30～60min，使趋磁细菌充分吸附镍离子；停止搅拌，开启磁场发生器将菌体吸附固定；开启阀门(9)，将液体排出；加入混液灌体积1/20的清水，关闭磁场发生器，将菌体洗脱下来；洗脱下来的菌液由真空泵入超声灌；开启超声，超声功率300W将菌体超声破碎30min；菌体破碎液进入过滤器，将菌体过滤至虑袋上，吸附的重金属液体排出。该液体中含有高浓度镍离子，可以将该液体进行回收利用。
实施例4趋磁细菌吸附回收重金属装置的使用方法
将培养至对数期的趋磁细菌培养液与待处理含银离子的工业废水在混液灌中混合，300转/min搅拌吸附100min，使趋磁细菌充分吸附银离子；停止搅拌，开启磁场发生器将菌体吸附固定；开启阀门(9)，将液体排出；加入混液灌体积1/30的清水，关闭磁场发生器，将菌体洗脱下来；洗脱下来的菌液由真空泵入超声灌；开启超声，超声功率200W将菌体超声破碎40min；菌体破碎液进入过滤器，将菌体过滤至虑袋上，吸附的重金属液体排出。该液体中含有高浓度银离子，可以将该液体进行回收利用。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.利用趋磁细菌吸附回收重金属的装置，其特征在于：
装置由混液灌(1)、超声灌(2)、过滤器(3)三部分组成；
混液灌(1)设有菌液进样口(4)、搅拌装置(5)、废液进样口(6)及磁场发生器(8)，趋磁细菌培养液与待处理的废液混合后搅拌吸附，由磁场发生器(8)将回收重金属后的菌体吸附固定，并由阀门(9)控制污水排出，关闭磁场发生器(8)，加入少量清水洗脱吸附的菌体，由阀门(10)控制出菌体洗脱液进入超声灌(2)；
超声灌(2)设有超声探头(7)、菌体洗脱液进入超声灌之后，开启超声对菌体进行破碎，并由阀门(10)和阀门(11)控制液体进出；
超声破碎处理吸附重金属的菌体，处理液进入过滤器(3)，破碎的菌体留在过滤器的滤袋中，高浓度的重金属废液由阀门(12)排出。
2.如权利要求1所述的利用趋磁细菌吸附回收重金属的装置，其特征在于：混液灌(1)、超声灌(2)、过滤器(3)三者的装液体积比为10：1：1。
3.如权利要求1所述的利用趋磁细菌吸附回收重金属的装置，其特征在于：所述的待处理的废液是指矿冶、机械制造、化工、电子、仪表工业生产过程中排出的含重金属的废水。
4.如权利要求1所述的利用趋磁细菌吸附回收重金属的装置，其特征在于：所述的磁场发生器为磁铁或亥姆霍兹线圈中的一种。
5.如权利要求1～4任意之一所述的利用趋磁细菌吸附回收重金属的装置，其特征在于：排污口阀门(9)及阀门(10)与混液灌(1)平行设置，以避免死角产生。
6.如权利要求5所述的利用趋磁细菌吸附回收重金属的装置，其特征在于：在阀门(10)处设置真空泵将液体泵入超声灌(2)中。
7.如权利要求6所述的利用趋磁细菌吸附回收重金属的装置，其特征在于：超声探头(7)的超声波的能量范围为500～2000W。
8.如权利要求7所述的利用趋磁细菌吸附回收重金属的装置，其特征在于：装液后超声探头(7)浸没液面以下2～4cm。
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