去除水體中重金屬離子的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于環(huán)境污染治理方法領(lǐng)域，具體涉及到一種去除水體中重金屬離子的方法，包括如下步驟，將簡(jiǎn)青霉孢子和重金屬離子溶液混合，得到混合溶液，然后在混合溶液中添加木炭粉，進(jìn)行培養(yǎng)、分離步驟，完成對(duì)水體中重金屬離子的吸附去除，本發(fā)明交換被固定對(duì)象和固定載體，利用簡(jiǎn)青霉菌絲為載體固定木炭粉，同時(shí)實(shí)現(xiàn)木炭和簡(jiǎn)青霉對(duì)水中六價(jià)鉻(Cr6+)的還原吸附作用和對(duì)鎘（Cd2+）、鉛（Pb2+）、銅（Cu2+）等重金屬離子的吸附作用，使吸附重金屬離子后的木炭易于分離，操作條件簡(jiǎn)單且容易實(shí)施，成本較低，去除率較高，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。
【專利說明】去除水體中重金屬離子的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境污染治理領(lǐng)域，具體涉及到一種去除水體中重金屬離子的方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的發(fā)展和人類活動(dòng)的影響，重金屬污染的形勢(shì)變得日益嚴(yán)峻。重金屬污染主要來源于冶金、制革、電鍍、機(jī)器制造及有機(jī)合成等工業(yè)排放的含重金屬廢水。工業(yè)廢水中的重金屬主要有鉛、鋅、鉻、鎘、銅、汞、鎳、鈷、錳、釩、鑰、鈦、銻、鉍等，尤其是鉛、鋅、鉻、鎘、銅的毒性更大，它們可以通過大氣、水、食物造成環(huán)境的嚴(yán)重污染，并可經(jīng)過呼吸道、消化道和皮膚等途徑為人體攝取和積累。比如鉻污染，鉻的常見價(jià)態(tài)有三價(jià)和六價(jià)。研究表明，三價(jià)鉻(Cr3+)是人體必須的微量元素，六價(jià)鉻(Cr6+)具有強(qiáng)烈的毒性，能損傷人體和動(dòng)物的DNA，并易被人體吸收而在體內(nèi)蓄積，是已確認(rèn)的致癌物之一。由于鉻對(duì)動(dòng)植物和人體健康產(chǎn)生極大影響，已被列入中國水環(huán)境優(yōu)先污染物黑名單，并在我國實(shí)施優(yōu)先監(jiān)測(cè)和管理。
[0003]目前國內(nèi)外對(duì)重金屬廢水的處理方法主要有:化學(xué)還原法、電解法、膜分離法、吸附法、離子交換法、生物法等。其中吸附法工藝簡(jiǎn)單、成本較低，尤其適合于低濃度含重金屬離子比如鉻廢水的處理。木炭具有很強(qiáng)的吸附能力，原料來源廣、燒制方便簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少等特點(diǎn)，是理想的吸附材料。但是木炭用于水處理時(shí)，其吸附容量受到許多因素的影響，除外界條件外，主要與木炭的比表面積有關(guān)，木炭粒度減小，比表面積增大，微孔數(shù)量增多，吸附能力自然隨之增強(qiáng)，但是粒度越小，越容易從反應(yīng)器中流失并隨著待處理液被排出，難以通過固液分離方式回收并反復(fù)使用。
[0004]環(huán)境微生物修復(fù)技術(shù)作為一種新型技術(shù)在水體修復(fù)領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。在重金屬污染廢水處理中，微生物細(xì)胞壁表面的官能團(tuán)參與對(duì)重金屬的吸附，具有單位比表面積大，再生性能強(qiáng)、效率高、操作簡(jiǎn)單、能耗低和經(jīng)濟(jì)可行等優(yōu)點(diǎn)。例如，簡(jiǎn)青霉能有效地從水溶液中富集和吸附重金屬離子，是一種公認(rèn)的高效生物吸附劑。為了結(jié)合木炭吸附與微生物修復(fù)的優(yōu)勢(shì)，克服易流失、難分離的缺點(diǎn)，國內(nèi)外通常采用包埋、交聯(lián)固定化方法，但固定化操作通常不可缺少載體、包埋劑、交聯(lián)劑，而且固定化步驟復(fù)雜，需要消耗大量化學(xué)試劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本低，環(huán)保且易分離的去除水體中重金屬離子的方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種去除水體中重金屬離子的方法，包括如下步驟:將簡(jiǎn)青霉孢子和重金屬離子溶液混合，得到混合溶液，然后在混合溶液中添加木炭粉，進(jìn)行培養(yǎng)、分離步驟，完成對(duì)水體中重金屬離子的吸附。
[0007]在簡(jiǎn)青霉孢子和重金屬離子溶液混合前，先將簡(jiǎn)青霉孢子制成孢子懸浮液，然后加入到液體培養(yǎng)基中。優(yōu)選地，孢子懸浮液中簡(jiǎn)青霉孢子的濃度為2.0X IO6個(gè)/mL。
[0008]前述的混合溶液 中重金屬離子的濃度為10~50mg/L。[0009]前述木炭粉為過100目篩的木炭粉。
[0010]前述木炭粉的添加量為I~3g/L，優(yōu)選為2g/L。
[0011]前述培養(yǎng)步驟為振蕩培養(yǎng)，溫度為25~30°C，轉(zhuǎn)速為110~150r/min。
[0012]前述分離步驟為過濾。
[0013]本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于:針對(duì)小粒徑木炭難以簡(jiǎn)易固定的技術(shù)難題，采用環(huán)境微生物修復(fù)技術(shù)與木炭吸附技術(shù)有效結(jié)合的方法對(duì)重金屬離子污染水體進(jìn)行處理。傳統(tǒng)的載體結(jié)合固定化方法是以微生物為被固定化對(duì)象，硅膠、活性炭、木屑等為固定化載體，本發(fā)明交換固定對(duì)象和固定載體，利用簡(jiǎn)青霉菌絲為載體固定木炭粉，同時(shí)實(shí)現(xiàn)木炭和簡(jiǎn)青霉對(duì)水中六價(jià)鉻(Cr6+)的還原吸附作用和對(duì)鎘(Cd2+)、鉛(Pb2+)、銅(Cu2+)等重金屬離子的吸附作用，使吸附重金屬離子后的木炭易于分離，充分利用木炭的吸附性能。簡(jiǎn)青霉的穩(wěn)定性強(qiáng)，在待處理廢水中給其創(chuàng)造相對(duì)較好的生長(zhǎng)環(huán)境，能使其大量繁殖延伸菌絲，充分抓取溶液中的粉末狀木炭，將木炭粉均勻包裹纏繞成球狀，并沉于液體底部實(shí)現(xiàn)固液分層，簡(jiǎn)單過濾即可輕松實(shí)現(xiàn)吸附劑從液體中的分離。[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]本發(fā)明提供的去除水體中重金屬離子的方法，操作條件簡(jiǎn)單且容易實(shí)施，成本較低，去除率較高，重金屬初始濃度在25mg/L以下時(shí)，六價(jià)鉻(Cr6+)、鎘(Cd2+)、鉛(Pb2+)和銅(Cu2+)的去除率均能達(dá)到100%;同時(shí)木炭粉沉于液體的底部，簡(jiǎn)單過濾便可實(shí)現(xiàn)吸附劑從液體中分離，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0016]除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的含炭菌球形態(tài)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的含炭菌球在掃描電子顯微鏡下的微觀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的方法在不同的六價(jià)鉻(Cr6+)初始濃度下對(duì)六價(jià)鉻(Cr6+)的去除率不意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的方法在不同木炭粉添加量下對(duì)六價(jià)鉻(Cr6+)的去除率示意圖；
[0022]圖5為本發(fā)明實(shí)施例3的方法對(duì)六價(jià)鉻(Cr6+)的去除率隨時(shí)間變化示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
[0024]實(shí)施例
[0025]以下實(shí)施例中，所采用的物料和使用的儀器均為市售。
[0026]實(shí)施例1
[0027]本實(shí)施例中采用的簡(jiǎn)青霉(Penicillium simplicissimum),來源于中國工業(yè)微生物菌種保藏中心(China Center of Industrial Culture Collection,CICC),CICC編號(hào)為40667。
[0028]本實(shí)施例的去除水體中六價(jià)鉻(Cr6+)的方法，包括以下步驟:
[0029](1)將液體培養(yǎng)基(前述液體培養(yǎng)基成分如表1所示)，六價(jià)鉻(Cr6+)溶液，木炭粉于115°C條件下滅菌20min，然后在無菌條件下冷卻至室溫。將簡(jiǎn)青霉孢子置于無菌水中制成孢子懸浮液，孢子懸浮液中簡(jiǎn)青霉孢子的濃度為2.0X IO6個(gè)/mL。將前述孢子懸浮液接種到已滅菌的液體培養(yǎng)基中，得到已接種液體培養(yǎng)基。
[0030](2)取7組上述已接種液體培養(yǎng)基，每組設(shè)置三個(gè)平行樣，向其中添加六價(jià)鉻(Cr6+)溶液，得到混合溶液，使混合溶液中六價(jià)鉻(Cr6+)濃度分別為10mg/L、20mg/L、25mg/L、30mg/L、35mg/L、40mg/L、50mg/L。往混合溶液中添加木炭粉,前述木炭粉經(jīng)機(jī)械粉碎并過100目篩，木炭粉在每升含鉻液體培養(yǎng)基中的添加量為2.0go將上述液體振蕩培養(yǎng)，振蕩培養(yǎng)溫度為28°C，轉(zhuǎn)速為150r/min，振蕩培養(yǎng)時(shí)間為84h，得到含炭菌球。
[0031](3)過濾經(jīng)上述振蕩培養(yǎng)后的含炭菌球，完成對(duì)水體中六價(jià)鉻(Cr6+)的去除。
[0032]由于菌絲抓取木炭粉形成菌球沉淀于液體底部，渾濁的含炭液體變得澄清，含炭菌球形態(tài)如圖1所示。過濾含炭菌球，冷凍干燥后將含炭菌球置于掃描電子顯微鏡下，其表面微觀結(jié)構(gòu)如圖2所示，蔓延的菌絲纏繞木炭顆粒，從而形成穩(wěn)固小球，由于纏繞均勻，保留了木炭大部分的空隙，對(duì)木炭顆粒吸附表面積影響較小，能較好地保證木炭的吸附能力。
[0033]從各組中取濾液，測(cè)定處理后液體中剩余六價(jià)鉻(Cr6+)含量，測(cè)定結(jié)果如圖3所示，由圖3可知，六價(jià)鉻(Cr6+)去除率隨著六價(jià)鉻(Cr6+)初始濃度的升高而下降，六價(jià)鉻(Cr6+)初始濃度在25mg/L以下時(shí)，六價(jià)鉻(Cr6+)的去除率能達(dá)到100%。
[0034]表1液體培養(yǎng)基成分
【權(quán)利要求】
1.一種去除水體中重金屬離子的方法，其特征在于，包括如下步驟，將簡(jiǎn)青霉孢子和重金屬離子溶液混合，得到混合溶液；在所述混合溶液中添加木炭粉，進(jìn)行培養(yǎng)、分離步驟，完成對(duì)水體中重金屬離子的吸附。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除水體中重金屬離子的方法，其特征在于，所述簡(jiǎn)青霉孢子和重金屬離子溶液混合前，先將簡(jiǎn)青霉孢子制成孢子懸浮液，然后加入到液體培養(yǎng)基中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的去除水體中重金屬離子的方法，其特征在于，所述孢子懸浮液中所述簡(jiǎn)青霉孢子的濃度為2.0X 1O6個(gè)/mL。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的去除水體中重金屬離子的方法，其特征在于，所述混合溶液中重金屬離子的濃度為10~50mg/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的去除水體中重金屬離子的方法，其特征在于，所述木炭粉過100目篩。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的去除水體中重金屬離子的方法，其特征在于，所述木炭粉的添加量為1~3g/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的去除水體中重金屬離子的方法，其特征在于，所述培養(yǎng)步驟為在25~30°C溫度下，以110~150r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行振蕩培養(yǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的去除水體中重金屬離子的方法，其特征在于，所述分離步驟為過濾。
【文檔編號(hào)】C02F3/34GK103910437SQ201410158294
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】徐衛(wèi)華, 簡(jiǎn)浩, 劉云國, 王達(dá)菲, 顧巖嶺, 譚小飛, 段國鳳, 謝浩, 杜偉雄 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)