一种含铬废水处理用生物吸附剂制备方法及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明属于重金属废水处理【技术领域】，具体涉及一种出芽短梗霉发酵麦麸吸附剂的制备方法及应用。具体方法：将麦麸粉碎后，接种浓度为5～15％的出芽短梗霉细胞液于20～30℃固态发酵48～120h，得到含有短梗霉多糖、出芽短梗霉菌体细胞和发酵麦麸残渣的重金属生物吸附剂。将制得的吸附剂用于处理工业废水，去除废水中的重金属离子铬，吸附铬离子的麦麸吸附剂用于焚烧发电，同时分离回收灰渣中重金属铬，焚烧灰渣用作有机肥辅料进行肥田。该发明不仅实现了农业废弃物资源的高效综合利用，并且具有原料来源广泛，廉价易得，产品成本低，工艺简单，不造成污染环境的废水、废渣，吸附容量大，性能稳定等优点。
【专利说明】一种含铬废水处理用生物吸附剂制备方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物吸附剂的制备及工业废水中重金属污染物治理的【技术领域】，具体涉及一种出芽短梗霉发酵麦麸吸附剂的制备方法及在含铬废水处理中的应用。
【背景技术】
[0002]空气、水和土壤中的有毒重金属，如铬锰，对环境的严重威胁正逐渐成为全球性问题，因此与环境相关的有毒重金属离子的有效去除与分离技术就成为一项富于挑战性的工作。目前，世界各国重金属废水处理方法主要有三类:第一类是废水中重金属离子通过发生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吸附、浓缩、分离的方法，包括吸附、溶剂萃取、蒸发和凝固法、离子交换法和膜分离法等。第三类是借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除废水中重金属的方法，其中包括生物絮凝、生物化学法和植物生态修复等。
[0003]传统的化学、物理法处理成本高、效果不稳定，除了应用清洁生产和循环经济技术从源头上对重金属的使用和排放进行遏制之外，还需要更多地研究和发展新型天然吸附齐U、重金属捕集剂和生物技术对重金属污染的治理，发挥它们成本低、效率高的优势，并加强多种治理技术的综合应用，寻找治理重金属污染新的有效途径，对提高污水处理的质量和效率有着重要意义。
[0004]近年来，关于“廉价”吸附剂去除重金属离子的研究很多，利用农业副产物，如木屑、树皮、谷壳、麦麸、玉米皮和玉米芯等作吸附剂去除溶液中重金属离子的研究备受关注，活性炭、粉煤灰、废橡胶等工业废料及动物骨粉等也可用于去除重金属离子。我国常年小麦产量高达1.15亿吨左右，面粉加工过程中产生的麦麸在3000?3500万吨，资源丰富，价廉易得，目前，我国的麦麸主要用途是作饲料，经济价值不高。麦麸中含有大量的纤维素及蛋白质等功能基团，可用于吸附或络合重金属离子，但是其吸附量却很小，限制了其在工业中的实际利用；科研工作者对麦麸进行了改性研究，或者活化制备成活性炭，增大其比表面积，从而增大其吸附量，但这样的改性都是经过酸、碱处理，易污染环境和处理成本高昂，限制了其在工业中的应用。
[0005]基于目前有效解决含有铬生产废水处理工艺中存在的问题，采用出芽短梗霉固态发酵麦麸处理含铬的生产废水，可集麦麸、出芽短梗霉菌体、短梗霉多糖三者的吸附性于一体，且由于出芽短梗霉为食用安全性真菌，大大提高了对重金属的吸附性能和安全性，且固态发酵制备生物吸附剂，工艺简单、生产成本低廉，不产生环境污染物，且吸附铬饱和后的麦麸吸附剂可以分离铬，进行资源化利用，以确保废水中的铬污染物达标排放，实现环境效益与经济效益双赢。
【发明内容】
[0006]鉴于传统的含铬废水处理的现状，本发明提供一种以出芽短梗霉固态发酵麦麸制备的生物吸附剂以及利用其吸附去除废水中铬的成本低廉、高效安全方法。
[0007]为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是:
[0008]一种出芽短梗霉固态发酵麦麸吸附剂的制备方法，具体步骤如下:
[0009](I)麦麸的预处理
[0010]①麦麸60°C烘干后粉碎，分别过100目和40目分样筛，分别取100目和40目分样筛筛下部分以1:3的比例进行混合；
[0011]②营养水的配制:0.1 % NaH2PO470.1 % MgSO4,0.01 % VBl，用浓度为 0.lmol/L 的HCl溶液调pH至6.0 ;
[0012]③取粉碎麦麸混合物与营养水以1: 1.5(m/v)的比例混合后，于121°C蒸煮0.5h，得到麦麸预处理物；
[0013](2)麦麸吸附剂的发酵制备
[0014]将(I)中得到的麦麸预处理物装入发酵池，并接种5?10%的出芽短梗霉菌体细胞(m/m)，于20?25°C发酵I?3d后，按料水比1: 0.25向麦麸发酵池中补充营养水后，升温到25?30°C，再发酵3?5d后得到麦麸吸附剂。
[0015]一种麦麸吸附剂吸附去除工业废水中重金属铬离子的方法，所述方法包括:将含铬的废水注入麦麸吸附剂发酵池中，控制吸附剂和废水的比例为10: 100?60: 100(质量:体积)，废水中重金属铬离子的浓度为100?500mg/L，采用0.lmol/L H2SOjP NaOH调节其pH至I?7，进行吸附反应30?60min，检测废水中铬含量达标后，再进行固液分离，排放达标的废水。
[0016]所述的麦麸吸附剂吸附去除工业废水中重金属铬离子的方法，其特征在于:连续或分批的将废水注入麦麸发酵池处理含铬的重金属废水，至麦麸吸附剂吸附饱和。
[0017]所述的回收含重金属铬麦麸的方法，其特征在于所述方法包括:麦麸发酵池具有锥形假底出水口，待重金属废水检测达标后，打开出水口进行排放废水，回收含重金属麦麸。
[0018]所述的一种综合利用吸附重金属铬离子的麦麸及回收铬的方法，其特征在于:将吸附有重金属铬的麦麸吸附剂回收，压干后用于燃烧发电并回收重金属铬，分离出铬的灰渣用作有机肥辅料进行肥田。
[0019]所述的回收重金属铬方法，其特征在于所述方法包括:回收含重金属的麦麸经压干至含水量20-30%、自然晾晒后，用于焚烧发电，向燃烧灰洛中接种出芽短梗霉细胞液5-10 %堆集培养10-20d后，重金属铬进入溶液中，从而于燃烧灰渣中回收分离出铬，分离出铬的堆集发酵灰渣用作生物有机肥辅料进行肥田。
[0020]与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于:
[0021]1、原料麦麸来源广泛，成本低廉，且利用农业加工废弃物制备出高效吸附材料，符合以废治废、资源高效综合利用理念。
[0022]2、所用吸附材料制备工艺操作方便，简单易行。
[0023]3、首次提出采用出芽短梗霉固态发酵麦麸制备的生物吸附剂处理含铬的生产废水研究，制备出一种新型吸附剂，对发展重金属污染控制新技术有着实际意义。
[0024]4、所制备得到的新型吸附剂出芽短梗霉固态发酵麦麸，可集麦麸、出芽短梗霉菌体、短梗霉多糖三者的吸附性于一体，对于含铬废水具有较高的处理效率和较好的吸附性能，且处理成本低廉，操作方便。为有毒难降解污染物重金属铬离子工业废水的处理提供了科学依据。
[0025]5、本发明制备的吸附剂属于环境友好型材料，不会产生二次污染。吸附铬饱和后的麦麸吸附剂可通过燃烧为发电提供能源，并回收重金属，燃烧灰渣作为生物有机肥辅料进行肥田，不造成污染环境的废水、废渣，同时充分利用了有用资源。该发明将清洁生产与循环经济的理念引入重金属废水的治理之中，在治理污染的同时考虑资源回收，实现经济效益和环境效益双赢。为实际的工程设计与应用提供技术支持，也为污水的处理提供新的方法。
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明，但这只是为了便于理解而举的实例，不应被视为是对本发明范围的限制。同样，任何所属【技术领域】的技术人员均可根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述，做出各种可能的等同改变或替换，但所有这些改变或替换都应属于本发明的权利要求的保护范围。
[0027]实施例1未发酵麦麸对Cr6+吸附效果研究
[0028]1.麦麸的预处理
[0029]麦麸于60°C烘干粉碎后，过40目筛子筛分，用0.lmol/L H2SO4和NaOH溶液调pH至所需值，并调节麦麸液浓度至所需浓度，于121°C保温0.5h。
[0030]2.吸附处理方法
[0031]取IOOml初始浓度分别为300mg/L Cr6+溶液于250ml三角烧瓶中，用0.lmol/LH2SO4 和 NaOH 调节其 pH 到 1.0，2.0，3.0，3.8，4.7，5.9 和 7.0，投加 10，20，30，40，50，60g/L麦麸，置于温度分别为25，30，35，40和45°C的水浴恒温振荡器中150rpm进行振荡吸附反应，0.25，0.5，1，1.5和2h后分别过滤，移取一定上清液，都稀释100倍，用原子吸收分光光度法测定金属离子浓度，并得出最佳吸附条件。
[0032]空白对照为50mL离子溶液和50mL去离子水的混合液，在最佳吸附条件下，同样摇床振荡，移取一定溶液，稀释100倍，用原子吸收分光光度法测定金属离子浓度。
[0033]3.标准溶液的配制
[0034]准确称取88.254g的重铬酸钾，放进烧杯中，以少量蒸馏水搅拌使其溶解后，移入IOOOmL的容量瓶中，加蒸馏水定容，配成含Cr6+300mg/L的溶液，再稀释至不同浓度进行制作Cr6+的标准曲线。
[0035]4.Cr6+的吸附率分析
[0036]取含Cr6+300mg/L的溶液5mL，放入IOOmL三角瓶中，加入5mL上述吸附剂(每样重复三遍)，在最佳吸附条件下置于摇床中，150r/min振荡后，IOOOOr离心5min,移取一定上清液，稀释100倍，用原子吸收分光光度法测定金属离子浓度。空白对照为5mL离子溶液和5mL去离子水的混合液，在最佳吸附条件下，同样摇床振荡，移取一定溶液，稀释100倍，用原子吸收分光光度法测定金属离子浓度，并算出吸附率。
[0037]吸附率=(C0-Ct)/C0
[0038]式中=Ctl为空白对照的浓度(mg/L) ；Ct为吸附后的上清液浓度(mg/L)。
[0039]5.麦麸对Cr6+的吸附效果[0040]表1废水液pH对麦麸吸附Cr6+的影响
【权利要求】
1.一种出芽短梗霉固态发酵麦麸吸附剂的制备方法，具体步骤如下: (1)麦麸的预处理 ①麦麸60°C烘干后粉碎，分别过100目和40目分样筛，分别取100目和40目分样筛筛下部分以1:3的比例进行混合；
②营养水的配制:0.1 % NaH2PO4,0.1 % MgSO4,0.01 % VBl，用浓度为 0.lmol/L 的 HCl 溶液调pH至6.0 ; ③取粉碎麦麸混合物与营养水以1: 1.5 (m/v)的比例混合后，于121°C蒸煮0.5h,得到麦麸预处理物； (2)麦麸吸附剂的发酵制备 将(I)中得到的麦麸预处理物装入发酵池，并接种5~10%的出芽短梗霉菌体细胞(m/m)，于20~25°C发酵I~3d后，按料水比1: 0.25 (m/v)向麦麸发酵池中补充营养水后，升温到25~30°C，再发酵3~5d后得到麦麸吸附剂。
2.一种利用权利要求1所述麦麸吸附剂吸附去除工业废水中重金属铬离子的方法，所述方法包括:将含铬的废水注入麦麸吸附剂发酵池中，控制吸附剂和废水的比例为10: 100~60: 100(质量:体积)，废水中重金属铬离子的浓度为100~500mg/L，采用0.1moVLH2SO4和NaOH调节其pH至I~7，进行吸附反应30~60min，检测废水中铬含量达标后，再进行固液分离，排放达标的废水。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于:连续或分批的将废水注入麦麸发酵池处理含铬的重金属废水，至麦麸吸附剂吸附饱和。·
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述方法包括:麦麸发酵池具有锥形假底出水口，待重金属废水检测达标后，打开出水口进行排放废水，回收含重金属麦麸。
5.一种综合利用吸附重金属铬离子的麦麸及回收铬的方法，其特征在于:将吸附有重金属铬的麦麸吸附剂回收，压干后用于燃烧发电并回收重金属铬，分离出铬的灰渣用作有机肥辅料进行肥田。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述方法包括:回收含重金属的麦麸经压干至含水量20~30 %、自然晾晒后，用于焚烧发电，向燃烧灰渣中接种出芽短梗霉细胞液5~10% (细胞液的体积/灰洛质量)堆集培养10~20d后，重金属铬进入溶液中，从而于燃烧灰渣中回收分离出铬，分离出铬的堆集发酵灰渣用作生物有机肥辅料进行肥田。
【文档编号】C02F1/62GK103585963SQ201310358792
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年8月15日 优先权日:2013年8月15日
【发明者】余晓红, 李锋, 申玉香, 李凤伟, 薛峰, 彭英云 申请人:盐城工学院