申请日2012.04.10
公开(公告)日2012.08.01
IPC分类号C02F1/62; C02F9/14; C02F3/34; C02F1/28; C02F1/66
摘要
本发明公开了一种利用复合型磁性生物吸附剂吸附废水中铅的方法，包括以下步骤：将复合型磁性生物吸附剂按15～60g/L湿重的用量加入到pH值范围为2～6.5、浓度为10mg/L～500mg/L的含铅工业废水中，于30℃～35℃下振荡吸附8h以上，然后从废水中分离出吸附剂，废水调节至中性后排放即可;复合型磁性生物吸附剂是以白腐菌活菌菌丝为载体，所述菌丝缠绕成菌球，所述菌球内部包埋有Fe3O4纳米粒子和海藻酸钙，所述海藻酸钙作为固定化介质将所述菌丝和Fe3O4纳米粒子紧密连接在一起。本发明的方法具有吸附量大、吸附效率高、操作简单方便、成本低、重复利用率高且清洁无污染等优点。
权利要求书
1.一种利用复合型磁性生物吸附剂吸附废水中铅的方法，包括以下步骤：将所述复合型磁性生物吸附剂按15～60g/L湿重的用量加入到pH值范围为2～6.5、浓度为10 mg/L～500 mg/L的含铅工业废水中，于30℃～35℃下振荡吸附8h以上，然后从所述含铅工业废水中分离出复合型磁性生物吸附剂，分离后滤出的含铅工业废水调节至中性后排放，完成对含铅工业废水的处理;
所述复合型磁性生物吸附剂是以白腐菌(P. chysosporium)活菌菌丝为载体，所述菌丝缠绕成菌球，所述菌球内部包埋有Fe3O4纳米粒子和海藻酸钙，所述海藻酸钙作为固定化介质将所述菌丝和Fe3O4纳米粒子紧密连接在一起。
2.根据权利要求1所述的利用复合型磁性生物吸附剂吸附废水中铅的方法，其特征在于：所述菌球内部包埋的Fe3O4纳米粒子和海藻酸钙的质量比为1∶(0.1～1.2)。
3.根据权利要求1所述的利用复合型磁性生物吸附剂吸附废水中铅的方法，其特征在于：所述振荡吸附的时间为8h～12h。
4.根据权利要求1所述的利用复合型磁性生物吸附剂吸附废水中铅的方法，其特征在于：所述含铅工业废水中铅离子浓度为10 mg/L～500 mg/L。
5.根据权利要求1所述的利用复合型磁性生物吸附剂吸附废水中铅的方法，其特征在于，所述方法还包括吸附剂解吸循环的操作过程，该操作过程具体包括以下步骤：将从所述含铅工业废水中分离出的复合型磁性生物吸附剂进行解吸，以0.1～0.5 M的盐酸作为解吸剂，在30℃～35℃下振荡解吸30min～60min，滤出解吸后的该复合型磁性生物吸附剂，超纯水清洗，然后将其循环加入到待处理的含铅工业废水中吸附铅。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的利用复合型磁性生物吸附剂吸附废水中铅的方法，其特征在于，所述复合型磁性生物吸附剂的制备方法包括以下步骤：
无菌条件下，在无菌Fe3O4粒子和海藻酸钠混合液中接种所述白腐菌的孢子悬浮液，每毫升混合液中的接种量为0.2mL～1.0mL，充分混合均匀后得混合溶液，将1体积的所述混合溶液逐滴滴加到4～10体积的无菌CaCl2溶液中，于室温下静置1h～4h后得到含Fe3O4-海藻酸钙-白腐菌微球的反应液，再对所述Fe3O4-海藻酸钙-白腐菌微球进行固定化培养，培养完成后得到复合型磁性生物吸附剂。
7.根据权利要求6所述的利用复合型磁性生物吸附剂吸附废水中铅的方法，其特征在于，所述无菌Fe3O4粒子和海藻酸钠混合液的配制方法包括以下步骤：
将Fe3O4纳米粒子加入到浓度为20 g/L～60 g/L的海藻酸钠溶液中，所述Fe3O4纳米粒子的添加量为0.05 g/mL～0.20 g/mL，然后在105℃～115℃条件下灭菌30min～60min，最后在无菌条件下冷却60min～90min，制得无菌Fe3O4粒子和海藻酸钠混合液。
8.根据权利要求6所述的利用复合型磁性生物吸附剂吸附废水中铅的方法，其特征在于：所述白腐菌的孢子悬浮液的孢子浓度为1.0×106个/mL～2.0×106个/mL;所述无菌CaCl2溶液的浓度为0.1M～0.2M。
9.根据权利要求6所述的利用复合型磁性生物吸附剂吸附废水中铅的方法，其特征在于，所述固定化培养的具体过程包括以下步骤：
将所述Fe3O4-海藻酸钙-白腐菌微球从所述反应液中滤出，无菌超纯水清洗多次，然后将Fe3O4-海藻酸钙-白腐菌微球转移至的白腐菌液体Kirk培养基中，每50ml～100ml所述液体Kirk培养基中转移2.5g～4.5g Fe3O4-海藻酸钙-白腐菌微球，在35℃～37℃、120 rpm～150 rpm条件下恒温振荡培养4～5天，然后将培养后的菌球滤出，超纯水冲洗多次，完成固定化培养过程。
说明书
利用复合型磁性生物吸附剂吸附废水中铅的方法
技术领域
本发明属于废水的生物吸附处理领域，尤其涉及一种复合型生物吸附剂吸附废水中重金属的方法。
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重金属含量急剧升高，水体重金属污染己成为全球性的环境污染问题，对重金属污染水体的治理迫在眉睫。
含铅废水来自各种电池车间、选矿厂、石油化工厂等，这些工矿企业生产经营过程中，产生的废水不经处理或处理不彻底便排入水体中，铅污染物进入水体或是在水生生物体内富集，再通过食物链到达人体内，进而导致铅中毒。另外，铅锌矿、有色金属矿尾矿水、选矿废水、废渣中所含的铅也是水体中铅污染的主要来源。目前水中铅的去除一般采用离子交换法、化学沉淀法、电解法、液膜法和吸附法。其中，吸附法具备操作简便、处理低浓度重金属废水效果好、可回收重金属、不会产生二次污染等优点，现已广泛应用于废水处理中。
白腐菌(P. chysosporium)能有效地从水溶液中富集和吸附重金属离子，还可进一步回收重金属离子，是一种公认的高效生物吸附剂，并被广泛地加以研究。在传统的生物吸附法处理过程中，生物细胞一般处于游离状态，极易从反应器中流失并随着待处理液被排出，其难以通过固液分离方式回收并被反复使用。另外，待处理的废水往往对细胞的毒性很大，处于游离状态下的生物细胞其活性难以维持，从而导致处理效率的逐渐下降。
微生物固定化技术使得微生物具有更强地降解有毒化合物的能力，还可有效改善微生物的机械性能，使其具备更好的机械强度和重复利用性。微生物的稳定性增强，在待处理废水中给微生物创造了相对较好的生长环境，能使其通过生长繁殖保持高浓度，从而提高处理的速度和效率;即使在处理负荷较高时，也不会引起微生物细胞的脱出现象，处理负荷易于控制。如何更好地发展和运用微生物固定化技术以进行重金属废水的处理，正成为一个新兴的研究领域。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种吸附量大、吸附效率高、操作简单方便、成本低、重复利用率高且清洁无污染的利用复合型磁性生物吸附剂吸附废水中铅的方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种利用复合型磁性生物吸附剂吸附废水中铅的方法，包括以下步骤：将所述复合型磁性生物吸附剂按15～60g/L湿重的用量加入到pH值范围为2～6.5、浓度为10 mg/L～500 mg/L的含铅工业废水中，于30℃～35℃下振荡吸附8h以上，然后从所述含铅工业废水中分离出复合型磁性生物吸附剂，分离后滤出的含铅工业废水调节至中性后排放，完成对含铅工业废水的处理;
所述复合型磁性生物吸附剂是以白腐菌(P. chysosporium)活菌菌丝为载体，所述菌丝缠绕成菌球，所述菌球内部包埋有Fe3O4纳米粒子和海藻酸钙，所述海藻酸钙作为固定化介质将所述菌丝和Fe3O4纳米粒子紧密连接在一起。
上述本发明的复合型磁性生物吸附剂为一集物理、化学和生物吸附作用于一体的复合型吸附剂，其中，具体是以白腐菌活菌菌丝作为生物吸附剂成分，而Fe3O4纳米粒子则被包埋在菌丝体内部以进一步富集污染物，海藻酸钙则作为固定化介质将白腐菌活菌菌丝和Fe3O4纳米粒子密切结合以增强整个吸附剂的机械强度和稳定性。
本发明的复合型磁性生物吸附剂可以用来处理含铅工业废水，将本发明的复合型磁性生物吸附剂用来处理含铅工业废水时，含铅工业废水的pH值范围应当控制在2～6.5的范围内，该pH值的范围是通过以下试验确定的。将本发明的复合型磁性生物吸附剂按1.5 g湿重加入到50 mL的含铅工业废水中，废水中铅离子浓度控制在100 mg/L，利用0.5 M的HNO3和NaOH溶液调节pH在2～6.5的范围内，在30℃、150 rpm下恒温振荡吸附12 h，滤出吸附剂，取上清液测定剩余Pb(II)的浓度，并据此分析该复合型磁性生物吸附剂在不同pH值下的吸附效率(测定结果见下表1)。由下表1可见，本发明的复合型磁性生物吸附剂用来处理含铅工业废水时，不仅显著提高了白腐菌对Pb(II)的吸附效率，也表现出更好的稳定性，在pH值为4～6.5范围时，其吸附效率始终保持在80%以上，远远高于未固定的白腐菌，最佳吸附pH值为5.0。