一种用生物絮凝剂吸附重金属铅的方法与流程

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种用生物絮凝剂吸附重金属铅的方法。

背景技术：

通常的重金属污染，主要是指汞、铅、镉、铬以及砷等生物毒性显著的环境污染。重金属污染物难以治理，它们在水体中积累到一定的限度就会对水体-水生植物-水生动物系统产生严重危害，并可能通过食物链影响到人类的自身健康。水体重金属污染已经成为当今世界上最严重的环境问题之一。目前，重金属废水处理的方法大致可以分为三大类：(1)化学沉淀法，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体沉淀法、化学还原法、电化学法和高分子法；(2)物理处理法，包括吸附法、萃取法、离子交换法、膜分离法、蒸发和凝固法等；(3)生物处理法，包括生物絮凝法、生物化学法和植物修复法。

由于传统的方法处理重金属废水突出的缺点是步骤复杂、成本高、对于低浓度的有害污染物难以处理，且伴有二次污染等。而生物絮凝剂是一类由微生物产生的可以使水体中不易降解的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体粒子等凝集、沉淀的特殊高分子聚合物，它具有高效、无毒、无二次污染、能自行降解等优点。按化学组成成分，生物絮凝剂可分为：多糖类、脂类、蛋白质类和DNA类。生物絮凝剂以其高效、无毒、无二次污染等优良特性，在水处理中有着广泛的应用前景。但截至目前还未有一种很好地利用生物絮凝剂处理水中重金属铅的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种用生物絮凝剂吸附重金属铅的方法，能有效吸附低浓度的铅离子，吸附量大，处理效率高，且不会造成二次污染。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用生物絮凝剂吸附重金属铅的方法，包括：

1)将保藏号为CGMCC 2876的地衣芽孢杆菌(已于2009年01月14日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，具体请见CN101503709A，公开日：2009年8月12日)在种子培养基上以转速180～220rpm、温度36～38℃的条件培养16～18h，得到种子发酵液；所述种子培养基的配方为：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值为7.1～7.3；

2)按3～5％的接种量，将步骤1)得到的种子发酵液接种到发酵培养基上，以转速180～220rpm、温度36～38℃的条件培养54～58h，得到发酵液；所述发酵培养基的配方为：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值为7.1～7.3；

3)通过固液分离除去步骤2)得到的发酵液中的菌体，得到上清液；向该上清液中加入2～4倍体积的无水乙醇，混匀，0～5℃静置20～28h；再次固液分离，沉淀部分冷冻干燥，得到生物絮凝剂；

4)将含有铅离子的废水pH值调整为3～7，将生物絮凝剂配制成浓度10～1500mg/L的生物絮凝剂溶液，按照废水与生物絮凝剂溶液体积比为45～55:1的比例混合，180～220rpm下振荡吸附50～70min，即完成对铅离子的吸附。

一实施例中：所述步骤1)中，培养转速为200rpm、温度为37℃，培养17h，得到种子发酵液。

一实施例中：所述步骤1)中，种子培养基的配方为：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值为7.2。

一实施例中：所述步骤2)中，接种量为4％，培养转速为200rpm、温度为37℃，培养56h，得到发酵液。

一实施例中：所述步骤2)中，发酵培养基的配方为：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值为7.2。

一实施例中：所述步骤3)中，将步骤2)得到的发酵液在6000～10000rpm离心12～18min，去除其中的菌体，得到上清液；向该上清液中加入3倍体积的无水乙醇，混匀，4℃静置24h；再次离心，沉淀部分冷冻干燥，得到生物絮凝剂。

一实施例中：所述步骤4)中，含有铅离子的废水pH值为4～7，生物絮凝剂溶液的浓度为200～1500mg/L。

一实施例中：所述步骤4)中，含有铅离子的废水中铅离子浓度为10～100mg/L。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

本发明利用生物絮凝剂作为重金属离子吸附剂，吸附量大，可以有效吸附低浓度的铅离子，处理效率高，便于重金属的回收利用，且生物絮凝剂高效、无毒、不会造成二次污染。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为实施例2中生物絮凝剂投加量对吸附铅离子的影响。

图2为实施例3中pH值对生物絮凝剂吸附铅离子的影响。

图3为实施例4中铅离子浓度对生物絮凝剂吸附铅离子的影响。

图4为实施例5中离子强度对生物絮凝剂吸附铅离子的影响。

具体实施方式

下面通过实施例具体说明本发明的内容：

实施例1

1)将保藏号为CGMCC 2876的地衣芽孢杆菌在种子培养基上以转速200rpm、温度37℃的条件培养17h，得到种子发酵液；所述种子培养基的配方为：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值为7.2，用前115℃灭菌15min；

2)按4％的接种量，将步骤1)得到的种子发酵液接种到发酵培养基上以转速200rpm、温度37℃的条件培养56h，得到发酵液；所述发酵培养基的配方为：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值为7.2，用前115℃灭菌15min；

3)将步骤2)得到的发酵液在8000rpm离心15min，去除其中的菌体，得到上清液；向该上清液中加入3倍体积的无水乙醇，混匀，4℃冰箱静置24h；然后经低速离心，收集沉淀部分冷冻干燥，得到生物絮凝剂；

4)将含有铅离子的废水pH值调整为3～7；另称取0.5～75mg生物絮凝剂，置于50mL蒸馏水中，60℃水浴加热3h溶解，得到浓度10～1500mg/L的生物絮凝剂溶液。

按照废水与生物絮凝剂溶液体积比为45～55:1的比例混合，180～220rpm下振荡吸附50～70min，即完成对铅离子的吸附。

实施例2

配制Pb²⁺浓度为100mg/L的溶液，在250mL的锥形瓶中加入49mL 100mg/L的Pb²⁺溶液，再分别加入1mL 10、50、100、200、500、1000、1500mg/L的生物絮凝剂溶液(参照实施例1中方法制备)。在摇床中200rpm吸附60min，经0.45um醋酸纤维薄膜过滤，用原子吸收光谱仪检测溶液中剩余Pb²⁺的浓度。吸附计算公式如下：

吸附量(mg/g)＝V(C_o-C_e)/W

式中，V：待测溶液的体积(L)；C_o：溶液中重金属离子的初始浓度(mg/L)

C_e：溶液中重金属离子的终浓度(mg/L)W：吸附剂的质量(g)

结果如图1所示，生物絮凝剂溶液浓度为200～1500mg/L时，吸附效果较好，500mg/L的生物絮凝剂吸附效果更佳。

实施例3

配制Pb²⁺浓度为100mg/L的溶液，调整pH值为3、4、5、6、7。分别取49mL加入250mL的锥形瓶中，再分别加入1mL 1000mg/L和1500mg/L的生物絮凝剂溶液(参照实施例1中方法制备)。在摇床中200rpm吸附60min，经0.45um醋酸纤维薄膜过滤，用原子吸收光谱仪检测溶液中剩余Pb²⁺的浓度。吸附计算公式如下：

吸附量(mg/g)＝V(C_o-C_e)/W

式中，V：待测溶液的体积(L)；C_o：溶液中重金属离子的初始浓度(mg/L)

C_e：溶液中重金属离子的终浓度(mg/L)W：吸附剂的质量(g)

结果如图2所示，含有铅离子的溶液pH值为4～7时，吸附效果较好。

实施例4

配制Pb²⁺浓度为10、20、50、80、100mg/L的溶液，分别取49mL加入250mL的锥形瓶中，再分别加入1mL 1000mg/L和1500mg/L的生物絮凝剂溶液(参照实施例1中方法制备)。在摇床中200rpm吸附60min，经0.45um醋酸纤维薄膜过滤，用原子吸收光谱仪检测溶液中剩余Pb²⁺的浓度。吸附计算公式如下：

吸附量(mg/g)＝V(C_o-C_e)/W

式中，V：待测溶液的体积(L)；C_o：溶液中重金属离子的初始浓度(mg/L)

C_e：溶液中重金属离子的终浓度(mg/L)W：吸附剂的质量(g)

结果如图3所示，本发明的生物絮凝剂对于铅离子浓度10～100mg/L都具有良好的吸附效果，显示其可用于吸附较低浓度的铅离子，应用范围广。

实施例5

配制Pb²⁺浓度为100mg/L的溶液，在250mL的锥形瓶中加入47mL 100mg/L的Pb²⁺溶液，再分别加入2mL 1～4mg/mL的KCl和CaCl₂溶液，最后加入1mL 1000mg/L的生物絮凝剂溶液。在摇床中200rpm吸附60min，经0.45um醋酸纤维薄膜过滤，用原子吸收光谱仪检测溶液中剩余Pb²⁺的浓度。吸附计算公式如下：

吸附量(mg/g)＝V(C_o-C_e)/W

式中，V：待测溶液的体积(L)；C_o：溶液中重金属离子的初始浓度(mg/L)

C_e：溶液中重金属离子的终浓度(mg/L)W：吸附剂的质量(g)

结果如图4所示，本发明的生物絮凝剂受环境中离子强度(盐浓度)的影响不大，显示其在成分复杂的废水中也能不受干扰，保证对铅离子的良好吸附效果，应用前景广阔。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。