一種錳離子生物吸附劑制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于重金屬?gòu)U水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種出芽短梗霉發(fā)酵麥麩吸附劑的制備方法及應(yīng)用。具體方法：將麥麩粉碎后，接種濃度為5～15％的出芽短梗霉細(xì)胞液于20～30℃固態(tài)發(fā)酵48～120h，得到含有短梗霉多糖、出芽短梗霉菌體細(xì)胞和發(fā)酵麥麩殘?jiān)闹亟饘偕镂絼?。將制得的吸附劑用于處理工業(yè)廢水，去除廢水中的重金屬離子錳，吸附錳離子的麥麩吸附劑用于填埋堆肥，用于栽種蘆葦，利用蘆葦進(jìn)行進(jìn)行解除重金屬離子錳，蘆葦收割后用于焚燒發(fā)電。該發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物資源的高效綜合利用，并且具有原料來(lái)源廣泛，廉價(jià)易得，產(chǎn)品成本低，工藝簡(jiǎn)單，不造成污染環(huán)境的廢水、廢渣，吸附容量大，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種錳離子生物吸附劑制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物吸附劑的制備及工業(yè)廢水中重金屬污染物治理的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種出芽短梗霉發(fā)酵麥麩吸附劑的制備方法及在含錳廢水處理中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]空氣、水和土壤中的有毒重金屬，如鉻錳，對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重威脅正逐漸成為全球性問(wèn)題，因此與環(huán)境相關(guān)的有毒重金屬離子的有效去除與分離技術(shù)就成為一項(xiàng)富于挑戰(zhàn)性的工作。目前，世界各國(guó)重金屬?gòu)U水處理方法主要有三類:第一類是廢水中重金屬離子通過(guò)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)除去的方法，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體共沉淀法、化學(xué)還原法、電化學(xué)還原法和高分子重金屬捕集劑法等。第二類是使廢水中的重金屬在不改變其化學(xué)形態(tài)的條件下進(jìn)行吸附、濃縮、分離的方法，包括吸附、溶劑萃取、蒸發(fā)和凝固法、離子交換法和膜分離法等。第三類是借助微生物或植物的絮凝、吸收、積累、富集等作用去除廢水中重金屬的方法，其中包括生物絮凝、生物化學(xué)法和植物生態(tài)修復(fù)等。
[0003]傳統(tǒng)的化學(xué)、物理法處理成本高、效果不穩(wěn)定，除了應(yīng)用清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)從源頭上對(duì)重金屬的使用和排放進(jìn)行遏制之外，還需要更多地研究和發(fā)展新型天然吸附齊U、重金屬捕集劑和生物技術(shù)對(duì)重金屬污染的治理，發(fā)揮它們成本低、效率高的優(yōu)勢(shì)，并加強(qiáng)多種治理技術(shù)的綜合應(yīng)用，尋找治理重金屬污染新的有效途徑，對(duì)提高污水處理的質(zhì)量和效率有著重要意義。
[0004]近年來(lái)，關(guān)于“廉價(jià)”吸附劑去除重金屬離子的研究很多，利用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物，如木屑、樹(shù)皮、谷殼、麥麩、玉米皮和玉米芯等作吸附劑去除溶液中重金屬離子的研究備受關(guān)注，活性炭、粉煤灰、廢橡膠等工業(yè)廢料及動(dòng)物骨粉等也可用于去除重金屬離子。我國(guó)常年小麥產(chǎn)量高達(dá)1.15億噸左右，面粉加工過(guò)程中產(chǎn)生的麥麩在3000?3500萬(wàn)噸，資源豐富，價(jià)廉易得，目前，我國(guó)的麥麩主要用途是作飼料，經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高。麥麩中含有大量的纖維素及蛋白質(zhì)等功能基團(tuán)，可用于吸附或絡(luò)合重金屬離子，但是其吸附量卻很小，限制了其在工業(yè)中的實(shí)際利用；科研工作者對(duì)麥麩進(jìn)行了改性研究，或者活化制備成活性炭，增大其比表面積，從而增大其吸附量，但這樣的改性都是經(jīng)過(guò)酸、堿處理，易污染環(huán)境和處理成本高昂，限制了其在工業(yè)中的應(yīng)用。
[0005]基于目前有效解決含有錳生產(chǎn)廢水處理工藝中存在的問(wèn)題，采用出芽短梗霉固態(tài)發(fā)酵麥麩處理含錳的生產(chǎn)廢水，可集麥麩、出芽短梗霉菌體、短梗霉多糖三者的吸附性于一體，且由于出芽短梗霉為食用安全性真菌，大大提高了對(duì)重金屬的吸附性能和安全性，且固態(tài)發(fā)酵制備生物吸附劑，工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低廉，不產(chǎn)生環(huán)境污染物，且吸附錳飽和后的麥麩吸附劑可以進(jìn)行資源化利用，以確保廢水中的錳污染物達(dá)標(biāo)排放，實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益雙贏。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于傳統(tǒng)的含錳廢水處理的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種以出芽短梗霉固態(tài)發(fā)酵麥麩制備的生物吸附劑以及利用其吸附去除廢水中錳的成本低廉、高效安全方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是:
[0008]一種出芽短梗霉固態(tài)發(fā)酵麥麩吸附劑的制備方法，具體步驟如下:
[0009](I)麥麩的預(yù)處理
[0010]①麥麩60°C烘干后粉碎，分別過(guò)100目和40目分樣篩，分別取100目和40目分樣篩篩下部分以1:3的比例進(jìn)行混合；
[0011]②營(yíng)養(yǎng)水的配制:0.1 % NaH2PO470.1 % MgSO4,0.01 % VBl，用濃度為 0.lmol/L 的HCl溶液調(diào)pH至6.0 ;
[0012]③取粉碎麥麩混合物與營(yíng)養(yǎng)水以1: 1.5(m/v)的比例混合后，于121°C蒸煮
0.5h，得到麥麩預(yù)處理物；
[0013](2)麥麩吸附劑的發(fā)酵制備
[0014]將(I)中得到的麥麩預(yù)處理物裝入發(fā)酵池，并接種5?10%的出芽短梗霉菌體細(xì)胞(m/m)，于20?25°C發(fā)酵I?3d后，按料水比1: 0.25向麥麩發(fā)酵池中補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)水后，升溫到25?30°C，再發(fā)酵3?5d后得到麥麩吸附劑。
[0015]一種麥麩吸附劑吸附去除工業(yè)廢水中重金屬錳離子的方法，所述方法包括:將含錳的廢水注入麥麩吸附劑發(fā)酵池中，控制吸附劑和廢水的比例為10: 100?60: 100(質(zhì)量:體積)，廢水中重金屬錳離子的濃度為100?500mg/L，采用0.lmol/L H2SOjP NaOH調(diào)節(jié)其pH至I?7，進(jìn)行吸附反應(yīng)30?90min，檢測(cè)廢水中錳含量達(dá)標(biāo)后，再進(jìn)行固液分離，排放達(dá)標(biāo)的廢水。
[0016]所述的麥麩吸附劑吸附去除工業(yè)廢水中重金屬錳離子的方法，其特征在于:連續(xù)或分批的將廢水注入麥麩發(fā)酵池處理含錳的重金屬?gòu)U水，至麥麩吸附劑吸附飽和。
[0017]所述的回收含重金屬錳麥麩的方法，其特征在于所述方法包括:麥麩發(fā)酵池具有錐形假底出水口，待重金屬?gòu)U水檢測(cè)達(dá)標(biāo)后，打開(kāi)出水口進(jìn)行排放廢水，回收含重金屬麥麩。
[0018]所述的綜合利用吸附重金屬錳麥麩的方法，其特征在于:將吸附有重金屬錳的麥麩吸附劑回收，用于填埋堆肥后，用于栽種蘆葦，利用蘆葦進(jìn)行解除重金屬離子錳，蘆葦收割后用于焚燒發(fā)電。
[0019]所述的含重金屬麥麩用于栽種蘆葦?shù)姆椒ǎ涮卣髟谟谒龇椒ò?含重金屬的麥麩經(jīng)回收后，可填埋后用于栽種蘆葦，也可堆肥后填埋用于栽種蘆葦，也可作為盆栽景觀蘆葦?shù)奶盍虾头柿稀?br> [0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于:
[0021]1、原料麥麩來(lái)源廣泛，成本低廉，且利用農(nóng)業(yè)加工廢棄物制備出高效吸附材料，符合以廢治廢、資源高效綜合利用理念。
[0022]2、所用吸附材料制備工藝操作方便，簡(jiǎn)單易行。
[0023]3、首次提出采用出芽短梗霉固態(tài)發(fā)酵麥麩制備的生物吸附劑處理含錳的生產(chǎn)廢水研究，制備出一種新型吸附劑，對(duì)發(fā)展重金屬污染控制新技術(shù)有著實(shí)際意義。
[0024]4、所制備得到的新型吸附劑出芽短梗霉固態(tài)發(fā)酵麥麩，可集麥麩、出芽短梗霉菌體、短梗霉多糖三者的吸附性于一體，對(duì)于含錳廢水具有較高的處理效率和較好的吸附性能，且處理成本低廉，操作方便。為有毒難降解污染物重金屬錳離子工業(yè)廢水的處理提供了科學(xué)依據(jù)。
[0025]5、本發(fā)明制備的吸附劑屬于環(huán)境友好型材料，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。吸附錳飽和后的麥麩吸附劑可通過(guò)填埋堆肥用于栽種蘆葦，并解除錳污染，收割后用于燃燒發(fā)電，充分利用了有用資源。該發(fā)明將清潔生產(chǎn)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念引入重金屬?gòu)U水的治理之中，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益雙贏。為實(shí)際的工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供技術(shù)支持，也為污水的處理提供新的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，但這只是為了便于理解而舉的實(shí)例，不應(yīng)被視為是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。同樣，任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員均可根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其較佳實(shí)施例的描述，做出各種可能的等同改變或替換，但所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
[0027]實(shí)施例1未發(fā)酵麥麩對(duì)錳離子吸附效果研究
[0028]1.麥麩的預(yù)處理
[0029]麥麩于60°C烘干粉碎后，過(guò)40目篩子篩分，用0.lmol/L H2SO4和NaOH溶液調(diào)pH至所需值，并調(diào)節(jié)麥麩液濃度至所需濃度，于121°C保溫0.5h。
[0030]2.吸附處理方法
[0031]取IOOml初始濃度分別為300mg/L Mn2+溶液于250ml三角燒瓶中，用0.lmol/LH2SO4 和 NaOH 調(diào)節(jié)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麥麩，置于溫度分別為25，30，35，40和45°C的水浴恒溫振蕩器中150rpm進(jìn)行振蕩吸附反應(yīng)，0.25，0.5，1，1.5和2h后分別過(guò)濾，移取一定上清液，都稀釋100倍，用原子吸收分光光度法測(cè)定金屬離子濃度，并得出最佳吸附條件。
[0032]空白對(duì)照為50mL離子溶液和50mL去離子水的混合液，在最佳吸附條件下，同樣搖床振蕩，移取一定溶液，稀釋100倍，用原子吸收分光光度法測(cè)定金屬離子濃度。
[0033]3.標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制
[0034]準(zhǔn)確稱取50.706g的硫酸錳，放進(jìn)燒杯中，以少量蒸餾水?dāng)嚢枋蛊淙芙夂?，移入IOOOmL的容量瓶中，加蒸餾水定容，配成含Mn2+300mg/L的溶液，再稀釋至不同濃度進(jìn)行制作Mn2+的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
[0035]4.Mn2+的吸附率分析
[0036]取含Mn2+300mg/L的溶液5mL,放入IOOmL三角瓶中，加入5mL上述吸附劑(每樣重復(fù)三遍)，在最佳吸附條件下置于搖床中，150r/min振蕩后，IOOOOr離心5min,移取一定上清液，稀釋100倍，用原子吸收分光光度法測(cè)定金屬離子濃度?？瞻讓?duì)照為5mL離子溶液和5mL去離子水的混合液，在最佳吸附條件下，同樣搖床振蕩，移取一定溶液，稀釋100倍，用原子吸收分光光度法測(cè)定金屬離子濃度，并算出吸附率。
[0037]吸附率=(C0-Ct)/C0
[0038]式中=Ctl為空白對(duì)照的濃度(mg/L) ；Ct為吸附后的上清液濃度(mg/L)。
[0039]5.麥麩對(duì)Mn2+的吸附效果
[0040]表I廢水液pH對(duì)麥麩吸附Mn2+的影響
【權(quán)利要求】
1.一種出芽短梗霉固態(tài)發(fā)酵麥麩吸附劑的制備方法，具體步驟如下: (1)麥麩的預(yù)處理 ①麥麩60°C烘干后粉碎，分別過(guò)100目和40目分樣篩，分別取100目和40目分樣篩篩下部分以1:3的比例進(jìn)行混合；
②營(yíng)養(yǎng)水的配制:0.1 % NaH2PO4,0.1 % MgSO4,0.01 % VBl，用濃度為 0.lmol/L 的 HCl 溶液調(diào)pH至6.0 ; ③取粉碎麥麩混合物與營(yíng)養(yǎng)水以1: 1.5 (m/v)的比例混合后，于121°C蒸煮0.5h,得到麥麩預(yù)處理物； (2)麥麩吸附劑的發(fā)酵制備 將(I)中得到的麥麩預(yù)處理物裝入發(fā)酵池，并接種5~10%的出芽短梗霉菌體細(xì)胞(m/m)，于20~25°C發(fā)酵I~3d后，按料水比1: 0.25向麥麩發(fā)酵池中補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)水后，升溫到25~30°C，再發(fā)酵3~5d后得到麥麩吸附劑。
2.一種利用權(quán)利要求1所述麥麩吸附劑吸附去除工業(yè)廢水中重金屬錳離子的方法，所述方法包括:將含錳的廢水注入麥麩吸附劑發(fā)酵池中，控制吸附劑和廢水的比例為10: 100~60: 100(質(zhì)量:體積)，廢水中重金屬錳離子的濃度為100~500mg/L，采用0.1moVLH2SO4和NaOH調(diào)節(jié)其pH至I~7，進(jìn)行吸附反應(yīng)30~90min，檢測(cè)廢水中錳含量達(dá)標(biāo)后，再進(jìn)行固液分離，排放達(dá)標(biāo)的廢水。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:連續(xù)或分批的將廢水注入麥麩發(fā)酵池處理含錳的重金屬?gòu)U 水，至麥麩吸附劑吸附飽和。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述方法包括:麥麩發(fā)酵池具有錐形假底出水口，待重金屬?gòu)U水檢測(cè)達(dá)標(biāo)后，打開(kāi)出水口進(jìn)行排放廢水，回收含重金屬麥麩。
5.—種綜合利用吸附重金屬猛麥麩的方法,其特征在于:將吸附有重金屬猛的麥麩吸附劑回收，用于填埋堆肥后，用于栽種蘆葦，利用蘆葦進(jìn)行解除重金屬離子錳，蘆葦收割后用于焚燒發(fā)電。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述方法包括:含重金屬的麥麩經(jīng)回收后，可填埋后用于栽種蘆葦，也可堆肥后填埋用于栽種蘆葦，也可作為盆栽景觀蘆葦?shù)奶盍虾头柿稀?br> 【文檔編號(hào)】C02F1/28GK103585964SQ201310358803
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】余曉紅, 李鋒, 申玉香, 李鳳偉, 薛峰, 彭英云 申請(qǐng)人:鹽城工學(xué)院