一種用生物絮凝劑吸附重金屬鉛的方法與流程
2023-05-24 18:58:26 7
本發明屬於廢水處理技術領域，具體涉及一種用生物絮凝劑吸附重金屬鉛的方法。
背景技術：
通常的重金屬汙染，主要是指汞、鉛、鎘、鉻以及砷等生物毒性顯著的環境汙染。重金屬汙染物難以治理，它們在水體中積累到一定的限度就會對水體-水生植物-水生動物系統產生嚴重危害，並可能通過食物鏈影響到人類的自身健康。水體重金屬汙染已經成為當今世界上最嚴重的環境問題之一。目前，重金屬廢水處理的方法大致可以分為三大類：(1)化學沉澱法，包括中和沉澱法、硫化物沉澱法、鐵氧體沉澱法、化學還原法、電化學法和高分子法；(2)物理處理法，包括吸附法、萃取法、離子交換法、膜分離法、蒸發和凝固法等；(3)生物處理法，包括生物絮凝法、生物化學法和植物修復法。
由於傳統的方法處理重金屬廢水突出的缺點是步驟複雜、成本高、對於低濃度的有害汙染物難以處理，且伴有二次汙染等。而生物絮凝劑是一類由微生物產生的可以使水體中不易降解的固體懸浮顆粒、菌體細胞及膠體粒子等凝集、沉澱的特殊高分子聚合物，它具有高效、無毒、無二次汙染、能自行降解等優點。按化學組成成分，生物絮凝劑可分為：多糖類、脂類、蛋白質類和DNA類。生物絮凝劑以其高效、無毒、無二次汙染等優良特性，在水處理中有著廣泛的應用前景。但截至目前還未有一種很好地利用生物絮凝劑處理水中重金屬鉛的方法。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的不足之處，提供了一種用生物絮凝劑吸附重金屬鉛的方法，能有效吸附低濃度的鉛離子，吸附量大，處理效率高，且不會造成二次汙染。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：
一種用生物絮凝劑吸附重金屬鉛的方法，包括：
1)將保藏號為CGMCC 2876的地衣芽孢桿菌(已於2009年01月14日保藏於中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，地址：北京市朝陽區北辰西路1號院3號，中國科學院微生物研究所，具體請見CN101503709A，公開日：2009年8月12日)在種子培養基上以轉速180～220rpm、溫度36～38℃的條件培養16～18h，得到種子發酵液；所述種子培養基的配方為：葡萄糖9～11g/L，酵母膏0.4～0.6g/L，尿素0.4～0.6g/L，KH2PO4 0.08～0.12g/L，K2HPO4 0.08～0.12g/L，NaCl 0.08～0.12g/L，MgSO4·7H2O 0.15～0.25g/L，pH值為7.1～7.3；
2)按3～5％的接種量，將步驟1)得到的種子發酵液接種到發酵培養基上，以轉速180～220rpm、溫度36～38℃的條件培養54～58h，得到發酵液；所述發酵培養基的配方為：葡萄糖13.5～14.5g/L，尿素2.6～2.7g/L，MgSO4 0.04～0.05g/L，酵母膏0.5～0.7g/L，KH2PO4 5～6g/L，K2HPO4 1.3～1.5g/L，NaCl 1.8～2.2g/L，pH值為7.1～7.3；
3)通過固液分離除去步驟2)得到的發酵液中的菌體，得到上清液；向該上清液中加入2～4倍體積的無水乙醇，混勻，0～5℃靜置20～28h；再次固液分離，沉澱部分冷凍乾燥，得到生物絮凝劑；
4)將含有鉛離子的廢水pH值調整為3～7，將生物絮凝劑配製成濃度10～1500mg/L的生物絮凝劑溶液，按照廢水與生物絮凝劑溶液體積比為45～55:1的比例混合，180～220rpm下振蕩吸附50～70min，即完成對鉛離子的吸附。
一實施例中：所述步驟1)中，培養轉速為200rpm、溫度為37℃，培養17h，得到種子發酵液。
一實施例中：所述步驟1)中，種子培養基的配方為：葡萄糖10g/L，酵母膏0.5g/L，尿素0.5g/L，KH2PO4 0.1g/L，K2HPO4 0.1g/L，NaCl 0.1g/L，MgSO4·7H2O 0.2g/L，pH值為7.2。
一實施例中：所述步驟2)中，接種量為4％，培養轉速為200rpm、溫度為37℃，培養56h，得到發酵液。
一實施例中：所述步驟2)中，發酵培養基的配方為：葡萄糖13.9g/L，尿素2.67g/L，MgSO4 0.048g/L，酵母膏0.6g/L，KH2PO4 5.6g/L，K2HPO4 1.4g/L，NaCl 2g/L，pH值為7.2。
一實施例中：所述步驟3)中，將步驟2)得到的發酵液在6000～10000rpm離心12～18min，去除其中的菌體，得到上清液；向該上清液中加入3倍體積的無水乙醇，混勻，4℃靜置24h；再次離心，沉澱部分冷凍乾燥，得到生物絮凝劑。
一實施例中：所述步驟4)中，含有鉛離子的廢水pH值為4～7，生物絮凝劑溶液的濃度為200～1500mg/L。
一實施例中：所述步驟4)中，含有鉛離子的廢水中鉛離子濃度為10～100mg/L。
本技術方案與背景技術相比，它具有如下優點：
本發明利用生物絮凝劑作為重金屬離子吸附劑，吸附量大，可以有效吸附低濃度的鉛離子，處理效率高，便於重金屬的回收利用，且生物絮凝劑高效、無毒、不會造成二次汙染。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1為實施例2中生物絮凝劑投加量對吸附鉛離子的影響。
圖2為實施例3中pH值對生物絮凝劑吸附鉛離子的影響。
圖3為實施例4中鉛離子濃度對生物絮凝劑吸附鉛離子的影響。
圖4為實施例5中離子強度對生物絮凝劑吸附鉛離子的影響。
具體實施方式
下面通過實施例具體說明本發明的內容：
實施例1
1)將保藏號為CGMCC 2876的地衣芽孢桿菌在種子培養基上以轉速200rpm、溫度37℃的條件培養17h，得到種子發酵液；所述種子培養基的配方為：葡萄糖10g/L，酵母膏0.5g/L，尿素0.5g/L，KH2PO4 0.1g/L，K2HPO4 0.1g/L，NaCl 0.1g/L，MgSO4·7H2O 0.2g/L，pH值為7.2，用前115℃滅菌15min；
2)按4％的接種量，將步驟1)得到的種子發酵液接種到發酵培養基上以轉速200rpm、溫度37℃的條件培養56h，得到發酵液；所述發酵培養基的配方為：葡萄糖13.9g/L，尿素2.67g/L，MgSO4 0.048g/L，酵母膏0.6g/L，KH2PO4 5.6g/L，K2HPO4 1.4g/L，NaCl 2g/L，pH值為7.2，用前115℃滅菌15min；
3)將步驟2)得到的發酵液在8000rpm離心15min，去除其中的菌體，得到上清液；向該上清液中加入3倍體積的無水乙醇，混勻，4℃冰箱靜置24h；然後經低速離心，收集沉澱部分冷凍乾燥，得到生物絮凝劑；
4)將含有鉛離子的廢水pH值調整為3～7；另稱取0.5～75mg生物絮凝劑，置於50mL蒸餾水中，60℃水浴加熱3h溶解，得到濃度10～1500mg/L的生物絮凝劑溶液。
按照廢水與生物絮凝劑溶液體積比為45～55:1的比例混合，180～220rpm下振蕩吸附50～70min，即完成對鉛離子的吸附。
實施例2
配製Pb2+濃度為100mg/L的溶液，在250mL的錐形瓶中加入49mL 100mg/L的Pb2+溶液，再分別加入1mL 10、50、100、200、500、1000、1500mg/L的生物絮凝劑溶液(參照實施例1中方法製備)。在搖床中200rpm吸附60min，經0.45um醋酸纖維薄膜過濾，用原子吸收光譜儀檢測溶液中剩餘Pb2+的濃度。吸附計算公式如下：
吸附量(mg/g)＝V(Co-Ce)/W
式中，V：待測溶液的體積(L)；Co：溶液中重金屬離子的初始濃度(mg/L)
Ce：溶液中重金屬離子的終濃度(mg/L)W：吸附劑的質量(g)
結果如圖1所示，生物絮凝劑溶液濃度為200～1500mg/L時，吸附效果較好，500mg/L的生物絮凝劑吸附效果更佳。
實施例3
配製Pb2+濃度為100mg/L的溶液，調整pH值為3、4、5、6、7。分別取49mL加入250mL的錐形瓶中，再分別加入1mL 1000mg/L和1500mg/L的生物絮凝劑溶液(參照實施例1中方法製備)。在搖床中200rpm吸附60min，經0.45um醋酸纖維薄膜過濾，用原子吸收光譜儀檢測溶液中剩餘Pb2+的濃度。吸附計算公式如下：
吸附量(mg/g)＝V(Co-Ce)/W
式中，V：待測溶液的體積(L)；Co：溶液中重金屬離子的初始濃度(mg/L)
Ce：溶液中重金屬離子的終濃度(mg/L)W：吸附劑的質量(g)
結果如圖2所示，含有鉛離子的溶液pH值為4～7時，吸附效果較好。
實施例4
配製Pb2+濃度為10、20、50、80、100mg/L的溶液，分別取49mL加入250mL的錐形瓶中，再分別加入1mL 1000mg/L和1500mg/L的生物絮凝劑溶液(參照實施例1中方法製備)。在搖床中200rpm吸附60min，經0.45um醋酸纖維薄膜過濾，用原子吸收光譜儀檢測溶液中剩餘Pb2+的濃度。吸附計算公式如下：
吸附量(mg/g)＝V(Co-Ce)/W
式中，V：待測溶液的體積(L)；Co：溶液中重金屬離子的初始濃度(mg/L)
Ce：溶液中重金屬離子的終濃度(mg/L)W：吸附劑的質量(g)
結果如圖3所示，本發明的生物絮凝劑對於鉛離子濃度10～100mg/L都具有良好的吸附效果，顯示其可用於吸附較低濃度的鉛離子，應用範圍廣。
實施例5
配製Pb2+濃度為100mg/L的溶液，在250mL的錐形瓶中加入47mL 100mg/L的Pb2+溶液，再分別加入2mL 1～4mg/mL的KCl和CaCl2溶液，最後加入1mL 1000mg/L的生物絮凝劑溶液。在搖床中200rpm吸附60min，經0.45um醋酸纖維薄膜過濾，用原子吸收光譜儀檢測溶液中剩餘Pb2+的濃度。吸附計算公式如下：
吸附量(mg/g)＝V(Co-Ce)/W
式中，V：待測溶液的體積(L)；Co：溶液中重金屬離子的初始濃度(mg/L)
Ce：溶液中重金屬離子的終濃度(mg/L)W：吸附劑的質量(g)
結果如圖4所示，本發明的生物絮凝劑受環境中離子強度(鹽濃度)的影響不大，顯示其在成分複雜的廢水中也能不受幹擾，保證對鉛離子的良好吸附效果，應用前景廣闊。
以上所述，僅為本發明較佳實施例而已，故不能依此限定本發明實施的範圍，即依本發明專利範圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明涵蓋的範圍內。