采用活性酵母持续吸附金属离子的生物修复装置及方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及含重金属废水处理领域，具体涉及一种生物修复装置及方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着社会经济的发展，工业在我国社会市场上仍占据主要地位，电镀、采矿、冶金、金属加工、化工生产、化石燃料的燃烧等都产生大量含重金属的工业废水，在自然和人为干扰的作用下进入水体，破坏水环境质量。部分重金属元素本为生物生长所必需的元素，但大部分具有毒性且是致癌因子，具有隐蔽性、长期性和不可逆转性，是一类保守性、非降解的元素型污染物，对水生生物具有致畸、致癌、致死的危害，过量排放到环境水体中容易破坏生态平衡，并通过食物链富集危害生态系统和人类健康，因而水体的重金属污染长期以来都是研究者特别关注的环境污染问题。
[0003]水环境生态系统的重金属污染问题日益严重，处理手段也一直受到普遍关注。传统的重金属废水处理技术包括化学沉淀法、碳吸收法、离子交换法、蒸发法等等，但普遍具有难处理低浓度废水，易造成二次污染等缺点。相比于传统的治理技术，生物治理技术具有成本低、适于处理低浓度废水、无二次污染等优点。啤酒酵母细胞作为一种良好的生物吸附剂，酵母细胞的固定化技术在重金属废水的治理中已广泛开展。然而，生物细胞的固定化技术虽然能有效吸附去除废水中的重金属，减少二次污染，但仍存在固定基质难以清洗及回收利用，且固定化生物细胞与废水的接触面积有限等问题，成本较高且处理效果不甚理想。
[0004]目前，固定化酵母细胞处理技术仍需将吸附质的生产和吸附过程分开进行，无法实现生产吸附生物质并同时进行吸附作用的持续运行系统。已有研究表明，最优的吸附物质需要最大的表面积，而这种表面积要求生物细胞具有较高的生长速率，固定化酵母细胞处理技术无法实现将最高生长速率下的酵母细胞直接快速地用于吸附过程，进而会对吸附作用产生影响。
【发明内容】
[0005]发明目的:本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可持续高效地去除工业废水中重金属离子的采用活性酵母持续吸附金属离子的生物修复装置及方法，能够提高水质并回收利用重金属。
[0006]技术方案:本发明提供了一种采用活性酵母持续吸附金属离子的生物修复装置，其特征在于:包括顺序连接的生物质培养模块、吸附反应模块以及分离回收模块，所述吸附反应模块包括连接生物质培养模块且同时连接金属溶液储槽、酸液储存罐和基质储存罐的双向流化吸附管柱，所述双向流化吸附管柱的底部设有曝气净化模块，所述曝气净化模块包括通过流量计连接所述双向流化吸附管柱的气罐，所述分离回收模块包括依次连接的沉淀池、金属分离装置、酵母活化装置、酵母接种液培养装置并接回所述生物质培养模块。
[0007]进一步，所述生物质培养模块包括连接有液体基质储槽的生物质培养反应器，所述生物质培养反应器内设有搅拌器。
[0008]进一步，所述曝气净化模块的气罐还通过另一流量计连接所述生物质培养反应器，通向所述生物质培养反应器的气罐和流量计之间设有气体净化装置。
[0009]进一步，所述双向流化吸附管柱为包括三层柱壁的圆柱形管体，将管内空间由外向内依次划分为外部导流区、空气注入环形区和内部导流区，所述空气注入环形区的外壁上设有空气喷气涡流管。
[0010]—种采用活性酵母持续吸附金属离子的生物修复方法，液体基质和酵母细胞悬液在生物质培养模块中进行培养，吸附反应模块将培养得到的生物基质抽入吸附反应模块的双向流化吸附管柱中，同时所述双向流化吸附管柱分别抽入金属溶液储槽、酸液储存罐和基质储存罐中的金属离子溶液、酸液和基质培养液，曝气净化模块通过气体流量计控制气罐进入所述双向流化吸附管柱中的空气量，分离回收模块收集所述双向流化吸附管柱中吸附金属后的溶液，通过沉淀池，上部溢流出水，下部沉淀进入金属分离装置进行金属的分离并回收利用，酵母细胞则继续进入酵母活化装置活化，再通过酵母接种液培养装置培养后导入所述生物质培养模块中重新使用。
[0011]进一步，含重金属废水从所述双向流化吸附管柱的上部分别流入管中的外部导流区和内部导流区，下端的所述曝气净化模块将气体注入外部导流区和内部导流区之间的空气注入环形区，再通过空气喷气涡流管注入内、外部导流区的液体中，使液体形成流化状态，从而使吸附柱内的颗粒团聚并沉淀，酵母细胞悬浮在液体中，从而增加酵母细胞和金属离子的接触面积，达到最佳吸附浓度。
[0012]进一步，所述生物质培养模块设有液体基质储槽，液体基质通过抽吸栗进入生物质培养反应器并通过搅拌器进行搅拌培养。
[0013]进一步，所述生物质培养反应器和双向流化吸附管柱同时工作，实现酵母细胞悬液的在线生产，并持续高效地提供酵母细胞悬浮液以吸附废水中的重金属离子。
[0014]优选的，所述生物质培养反应器中酵母细胞最大的特定的生长速率为0.099611.1,
1.5L的生物质培养反应器的气体通入速率为1.4L/min，物质外排流速为2.37mL/min，以维持液面稳定。
[0015]优选的，所述双向流化吸附管柱中酵母细胞悬浮液的最佳吸附浓度为2.8g/L。
[0016]有益效果:本发明将酵母细胞在生物反应器中培养至最高生长速率时直接用于重金属废水的处理，既保证了酵母细胞最大的吸附能力，悬浮分散的酵母细胞更能增加吸附面积；同时，使用过的酵母细胞悬液可及时回收处理后循环利用，既提高了处理效果，又降低了运行成本，达到高效经济的目的。
【附图说明】
[0017]图1为本发明生物修复装置的结构示意图；
[0018]图2为双向流化吸附管柱的横截面示意图；
[0019]图3为酵母细胞生长曲线图(点划线为拟合酵母细胞最佳生长速率曲线)；
[0020]图4为不同初始浓度下Cu+和Pb+的去除效率曲线；
[0021]图5为初始浓度为5mg/L的Cu+和Pb+在30h内的去除效率曲线。
【具体实施方式】
[0022]下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
[0023]实施例:本实施例一种活性酵母持续吸附金属离子的生物修复装置，如图1所示，包括生物质培养模块A，吸附反应模块B，曝气净化模块C和分离回收模块D。生物质培养模块A设有液体基质储槽I，液体基质通过抽吸栗2进入生物质培养反应器3，使液体充满容器的4/5，通过搅拌器4搅拌培养。酵母细胞悬液的制备:转移活性干酵母至500mL含无菌基质的细颈瓶中配制酵母接种液，25 °C下，将细颈瓶置于摇速为200rpm的摇床中培养，在酵母细胞生长的指数阶段(培养14_18h后)时获取酵母细胞悬浮液，并接种到1.5L生物质培养反应器3中；此外，该反应器3在200rpm下搅动，并在室温下通入1.4L/min的气体。液体基质由18g/L的葡萄糖、4.5g/L的蛋白胨、2.9g/L的酵母提取液以及2.9g/L的麦芽提取物组成，最终获得浓度大约为2.8g/L的生物质溶液。
[0024]吸附反应模块B为连接有金属溶液储槽21、酸液储存罐19和基质储存罐20的双向流化吸附管柱6，如图2所示，双向流化吸附管柱6为圆柱形管体，设有三层柱壁，柱壁将管内空间由外向内依次划分为外部导流区30、空气注入环形区31和内部导