利用革蘭氏菌處理污水中重金屬的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種含重金屬離子污水的處理方法，尤其涉及一種利用革蘭氏菌吸附固著重金屬的方法，屬于水質(zhì)凈化及環(huán)境保護領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，含重金屬離子廢水的排放量呈逐年增加趨勢，一方面各類廢水中重金屬含量在不斷增高，同時重金屬種類也變得日趨復(fù)雜。另一方面考慮到重金屬對人體和環(huán)境造成的危害的長期性和嚴重性，國家對含重金屬廢水的無害化處理標準也越來越嚴格。因此，如何經(jīng)濟、高效地去除廢水中重金屬離子已成為當前十分迫切的任務(wù)。
[0003]傳統(tǒng)的重金屬處理方法由于其處理效率較低，且費用高，處理問題單一，又容易引起二次污染等缺點正逐漸被新的處理工藝所淘汰。
[0004]針對包含復(fù)雜重金屬離子的廢水，多種凈化技術(shù)相結(jié)合的綜合處理方法正日益受到重視。傳統(tǒng)的凈化手段包括活性炭吸附、有機物絡(luò)合等，最近有人提出一種利用氧化石墨烯去除水中重金屬離子的方法，其雖然可實現(xiàn)對某些重金屬離子的吸附凈化，但存在能吸附的重金屬離子種類、數(shù)量有限，處理后石墨烯回收不便的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種利用革蘭氏菌吸附固著污水中重金屬離子的方法，其可實現(xiàn)對含數(shù)種不同重金屬離子的污水的吸附凈化，且工藝高效、快捷、簡單、無污染，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0006]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0007]一種利用革蘭氏菌吸附固著污水中重金屬離子的方法，步驟包括:
[0008]所采用的革蘭氏菌選用革蘭氏陰性菌，其細胞壁其細胞壁主要由肽聚糖、蛋白質(zhì)和脂類組成，這些組分中可以與金屬離子相結(jié)合的主要官能團包括羧基、磷?；⒘u基、硫酸酯基、氨基和酰胺基等，其中氮、氧、硫等原子都可以提供孤對電子與金屬離子配位絡(luò)合。具體選用的菌株為A.nidulans菌或沼澤紅假單胞菌(Rhodopseudomonaspalustris)或球形紅細菌。
[0009]菌種在無氮培養(yǎng)基斜面活化后接入有氮培養(yǎng)基，在28-30°C、120r/min條件下振蕩培養(yǎng)5d，將此培養(yǎng)菌液按20%接種量接入無氮礦粉培養(yǎng)基中，在28-30°C、120r/min條件下振蕩培養(yǎng)5d，即得所用革蘭氏菌-粉煤灰復(fù)合材料。再加入去離子水，制成濃度2-6g/L的革蘭氏菌-粉煤灰復(fù)合材料的水溶液。
[0010]有氮培養(yǎng)基:蔗糖10.0g，酵母膏 0.3g，(NH4)2SO40.5g，CaCO30.5g，MgSO4.7H20 lg，K2HPO4L Og,蒸餾水 1.0L, pH 值為 ?.0-7.5。
[0011]無氮培養(yǎng)基:蔗糖5.0g，CaCO30.lg, MgSO4.7H20 0.5g，F(xiàn)eCl3.6H20 lmg，Na2HPO4.12H20 5.0g,蒸餾水 1.0L, pH 值為 7.0-7.5。
[0012]無氮礦粉培養(yǎng)基:在無氮培養(yǎng)基中加入15g/L的一級粉煤灰。所用化學(xué)試劑均為分析純。
[0013]然后，將該革蘭氏菌-粉煤灰復(fù)合材料的水溶液加入含重金屬離子的污水中，經(jīng)充分、均勻混合形成混合液，靜置72小時以上達到吸附平衡。
[0014]接下來，對反應(yīng)體系進行離心處理，轉(zhuǎn)速5000r/min，時間15min。離心后取上層清液，經(jīng)檢測合格后排走；取底層濁液，待用。
[0015]在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述重金屬離子選自Zn' Cd2+、Cu' Cr3+和Pb 2+中的任意一種或幾種，所述重金屬離子的濃度為10mg/L-100mg/L。
[0016]本發(fā)明提出的利用革蘭氏菌吸附固著污水中重金屬離子的方法是一種適合于處理復(fù)雜重金屬離子廢水的新型方法。
[0017]在微生物正常生長中僅需要微量重金屬離子，一般< 0.lmg/L。但在一些重金屬離子含量極高的環(huán)境中，也發(fā)現(xiàn)有微生物生長。例如，在一些銅(CU)含量很高的泥炭沼澤地的泥土(Cu含量達68000mg/L)和水(Cu含量達100mg/L)中仍有真菌生長；在含有砷、銻的酸性礦泉水中，雖然它們的濃度大大超過對生物產(chǎn)生毒性的水平，也仍然有由藻類、真菌、原生動物和細菌等組成的微生物群落存在。重金屬及其化合物作為殺菌劑或消毒劑使用時，往往是超劑量的，在取得效用的同時，也引發(fā)了微生物對各種金屬離子的抗性。微生物可吸附金屬離子并在細胞表面積累，甚至可達細胞干重的90%以上。微生物的吸附可分為非專一性吸附，如某些微生物對銅、鎘、鋅、鎳的吸附；以及專一性吸附，如某些微生物依賴于細胞能量代謝，對鉈的吸附與積累等。
[0018]粉煤灰的組成和性質(zhì)粉煤灰是燃煤熱電廠排出的固體廢物。其主要成分是Si02、Al203、Ca0、Fe203等，同時還含有少量其它物質(zhì)。粉煤灰由具有不同結(jié)構(gòu)和形態(tài)的微粒組成，其中大多數(shù)是玻璃球體，單個粉煤灰顆粒的粒徑約為5?300 μ m，平均幾何粒徑40 μ m。粉煤灰具有多孔結(jié)構(gòu)，孔隙率一般為60% -75%，比表面積一般在2500?5000cm2/g，具有較強的吸附能力。
[0019]在革蘭氏菌-粉煤灰復(fù)合材料中，細菌對重金屬離子有吸附作用，這包括細菌表面對重金屬離子的吸附，胞外多聚物對重金屬離子的絮凝，以及胞外多糖及有機酸物質(zhì)對重金屬離子的絡(luò)合作用。除了細菌對離子的吸附外，粉煤灰本身也是很好的吸附劑，能吸附部分重金屬離子，因此兩者的結(jié)合使吸附效果加強。革蘭氏菌-粉煤灰復(fù)合材料對5種離子的吸附率都高于細菌吸附，尤其對Pb2+吸附率達到97%以上。對Pb 2+吸附效果優(yōu)越是因為細菌對Pb2+的選擇性吸附。這一特性使本發(fā)明可有針對性的用于處理含Pb 2+的廢水。
[0020]經(jīng)革蘭氏菌-粉煤灰復(fù)合材料處理后的廢水經(jīng)離心后，上清液的清澈透明，這說明復(fù)合材料的沉降性優(yōu)于單一細菌吸附。由于粉煤灰的比表面積大，吸附效率高，適宜于處理含多種重金屬離子的污水。與現(xiàn)有技術(shù)的活性炭、有機絡(luò)合劑等單一成分的污水處理方法相比，本發(fā)明的技術(shù)方案除具有簡單、綠色無污染等特點外，還具有一次可處理多種重金屬離子，處理重金屬離子種類多，去除率在90 %以上等優(yōu)勢；同時本發(fā)明還可以有效處理一些貴金屬，如鉑、金等。而且，已吸附重金屬離子的革蘭氏菌-粉煤灰可用于生產(chǎn)水泥、瓷磚等建筑材料，使自然界中游離的重金屬離子得到固化。
[0021]取下層濁液，置于濾水槽中，該濾水槽包括一個直接插入槽內(nèi)的膜組件，該膜組件由聚乙烯中空纖維微濾膜制成，膜孔徑0.1 μ m，膜絲內(nèi)徑0.27mm，膜絲外徑0.42mm，膜面積2m2，在膜組件下方設(shè)置一個空氣擴散管，起水質(zhì)混合作用。膜組件具有出水栗管，經(jīng)出水栗管流出的水直接排放，經(jīng)檢測該水符合排放標準。所述的微濾膜由日本三菱公司生產(chǎn)。
[0022]在濾水槽中的下層濁液的含水率低于40%以后，取出膜組件，將殘渣取出并與陶瓷原料混合，經(jīng)成型后燒制瓷磚。
【具體實施方式】
[0023]實施例1
[0024]一種利用革蘭氏菌吸附固著污水中重金屬離子的方法，步驟包括:
[0025]選用的菌株為A.nidulans菌。菌種在無氮培養(yǎng)基斜面活化后接入有氮培養(yǎng)基，在28-300C U20r/min條件下振蕩培養(yǎng)5d，將此培養(yǎng)菌液按20%接種量接入無氮礦粉培養(yǎng)基中，在28-30°C、120r/min條件下振蕩培養(yǎng)5d，即得所用革蘭氏菌-粉煤灰復(fù)合材料。再加入去離子水，制成濃度2-6g/L的革蘭氏菌-粉煤灰復(fù)合材料的水溶液。
[0026]有氮培養(yǎng)基:蔗糖10.0g,酵母膏 0.3g，(NH4) 2S040.5g，CaCO30.5g，MgSO4.7H20 lg,K2HPO4L Og,蒸餾水 1.0L, pH 值為 ?.0-7.5。
[0027]無氮培養(yǎng)基:蔗糖5.0g，CaCO30.lg, MgSO4.7H20 0.5g，F(xiàn)eCl3.6H20 lmg,Na2HPO4.12H20 5.0g,蒸餾水 1.0L, pH 值為 7.0-7.5。
[0028]無氮礦粉培養(yǎng)基:在無氮培養(yǎng)基中加入15g/L的一級粉煤灰。所用化學(xué)試劑均為分析純。
[0029]然后，將該革蘭氏菌-粉煤灰復(fù)合材料的水溶液加入到IL的含F(xiàn)e' Cu' Cr2+的離子濃度為20mg/L的污水中，室溫攪拌處理Ih后靜置72h，達到吸附平衡，實現(xiàn)對污水的凈化。對反應(yīng)體系進行離心處理，轉(zhuǎn)速5000r/min，時間15min。離心后取上層清液，用原子吸收光譜檢測各重金屬離子含量，發(fā)現(xiàn)去除率都能達到99.5%以上。
[0030]實施例2
[0031]選用的菌株為沼澤紅假單胞菌(Rhodopseudomonaspal