專利名稱：一種利用廢酵母吸附污水中重金屬離子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用廢酵母吸附污水中重金屬離子的方法。
技術(shù)背景
目前治理重金屬廢水的方法主要有化學沉淀、離子交換、電化學處理、反滲透、膜技術(shù)、蒸餾、電滲析和活性炭吸附法等，這些處理方法在一定程度上取得了良好的效果，但普遍存在二次污染，特別是當水中重金屬濃度較低(< 100 mg / L)時，不僅去除率較低，而且運行費用較高。由于在治理含重金屬廢水方面有效性和經(jīng)濟性上的可行性，生物吸附法在去除重金屬廢水方面向傳統(tǒng)方法提出了挑戰(zhàn)。
隨著城市工業(yè)的發(fā)展和人口的增長，工業(yè)“三廢”、生活污水的增加都給城市郊區(qū)農(nóng)業(yè)用水、土壤理化性質(zhì)帶來了很大的影響，加速了水、土壤中重金屬元素如鉛、鉻、銅等的積累。據(jù)統(tǒng)計在城市中每天有10萬立方米未經(jīng)處理的生活污水，帶著大量重金屬和病原菌，順著城市排水管網(wǎng)排出，導致土壤Cr、CU Jb三種重金屬含量有明顯的積累。Cr、Cu、Pb 等有害重金屬年污染通量已接近或高于國際國內(nèi)報道的較高水平，按照目前的累積速率重金屬離子含量在2050年都能達到現(xiàn)行的國家土壤質(zhì)量的二級標準，造成了不同程度的重金屬污染，影響了農(nóng)產(chǎn)品安全，對人民健康帶來了威脅。
釀酒酵母是一類重要的工業(yè)微生物，被廣泛應(yīng)用于食品和飲料工業(yè)。利用發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)生的廢棄酵母作為吸附重金屬離子的原材料，可以降低污水處理的成本，達到“以廢治廢”的目的。本試驗涉及一種提高廢酵母對污水中重金屬離子吸附率的方法。目前用廢酵母處理污水中重金屬離子的研究比較常見，但所用的酵母大多都是未經(jīng)處理的，即釀酒后的酵母經(jīng)清洗、離心、干燥后直接用于對污水的處理，這種酵母對污水中重金屬離子吸附率較低，處理污水的效果差，在無形中降低了廢酵母在污水處理中的作用；同時，污水中一般不會只含有一種重金屬離子，Cr6+、Cu2+、1 2+在污水中含量都較高，當這種未經(jīng)處理的廢酵母用于對污水中多個共存重金屬離子進行吸附時，由于離子之間存在競爭吸附，使得其對污水中重金屬離子的吸附率進一步降低。而本發(fā)明的目的就是提供一種提高廢酵母對污水中重金屬離子吸附率的方法，以消除目前所采用方法的上述缺點，使廢酵母最大限度的發(fā)揮其在污水處理方面的作用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于，提供一種利用廢酵母吸附污水中重金屬離子的方法，該方法是先用HC1、NaOH或乙醇對廢酵母進行處理，然后經(jīng)清洗、離心、干燥后收集，再將處理后的廢酵母加入生活污水中對重金屬離子進行吸附。該方法不僅能提高對污水中單一重金屬離子的吸附率，同時對污水中多個共存離子的吸附也有一定提高，該方法所需成本低，操作簡單，不需要復雜的設(shè)備和儀器。
本發(fā)明所述的一種利用廢酵母吸附污水中重金屬離子的方法，按下列步驟進行 a、將廢棄酵母用去離子水洗滌2-3次，再于3500r/min離心IOmin后收集菌體，溫度80°C烘干，冷卻后研磨成細小粉末，干燥保存?zhèn)溆茫籦、將步驟a處理后的廢啤酒酵母粉末用NaOH、HCl或無水乙醇處理，再用去離子水洗滌 3-5次，溫度80°C烘干，磨碎，收集經(jīng)80目篩網(wǎng)過濾的酵母；c、將步驟b處理后的廢酵母粉加入到生活污水中，配制成廢酵母質(zhì)量濃度0.5g/L-5g/ L的溶液，在pH為2-7范圍內(nèi)，在溫度30°C，轉(zhuǎn)速為120 r/min條件下，振蕩吸附15-90min ，吸附后過濾，按常規(guī)方法分別測量濾液中重金屬離子Cr6+、Cu2+、Pb2+的吸光度，計算吸附率。
步驟a所述的廢棄酵母為釀啤酒后的廢啤酒酵母。
步驟b中用NaOH或HCl處理的濃度為0. lmol/L，溫度為30°C，時間2h。
本發(fā)明所述的一種利用廢酵母吸附污水中重金屬離子的方法，該方法將廢酵母經(jīng) HCl、NaOH,乙醇處理后，用于吸附污水中的重金屬離子，本發(fā)明研究了不同pH值、時間、廢酵母菌用量條件下，經(jīng)化學修飾的廢酵母對生活污水中此2+、Cr6+、Cu2+三種離子的吸附能力。初步確定了吸附效果最好的處理方法以及最佳工藝，結(jié)果如下在溫度30°C，pH值2-7， 吸附時間15-90min，酵母添加量0. 5_5g/L范圍內(nèi)，這三種處理過的酵母對生活污水中Cr6+、 Cu2+、Pb2+的吸附率在16. 59%-76. 93%之間；利用HCl處理的廢酵母對污水中重金屬離子吸附效果最好，對Pb2+、Cu2+、Cr6+的吸附率分別為76. 93%,73. 14%,45. 27%。


圖1為本發(fā)明PH值對HCl處理的廢啤酒酵母吸附污水中重金屬離子的影響，其中 - -表示在不同pH值條件下經(jīng)HCl處理的廢啤酒酵母對1 2+的吸附率；-■-表示在不同PH值條件下經(jīng)HCl處理的廢啤酒酵母對Cu2+的吸附率；-▲-表示在不同pH值條件下經(jīng)HCl處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。
圖2為本發(fā)明pH值對NaOH處理的廢啤酒酵母吸附污水中重金屬離子的影響，其中- -表示在不同pH值條件下經(jīng)NaOH處理的廢啤酒酵母對1 2+的吸附率；-■-表示在不同PH值條件下經(jīng)NaOH處理的廢啤酒酵母對Cu2+的吸附率；-▲-表示在不同pH 值條件下經(jīng)NaOH處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。
圖3為本發(fā)明PH值對乙醇處理的廢啤酒酵母吸附污水中重金屬離子的影響，其中 - -表示在不同pH值條件下經(jīng)乙醇處理的廢啤酒酵母對1 2+的吸附率；-■-表示在不同PH值條件下經(jīng)乙醇處理的廢啤酒酵母對Cu2+的吸附率；-▲-表示在不同pH值條件下經(jīng)乙醇處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。
圖4為本發(fā)明時間對HCl處理的廢啤酒酵母吸附污水中重金屬離子的影響，其中 - -表示在不同吸附時間下經(jīng)HCl處理的廢啤酒酵母對1 2+的吸附率；-■-表示在不同吸附時間下經(jīng)HCl處理的廢啤酒酵母對Cu2+的吸附率；-▲-表示在不同吸附時間下經(jīng)HCl處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。
圖5為本發(fā)明時間對NaOH處理的廢啤酒酵母吸附污水中重金屬離子的影響， 其中- -表示在不同吸附時間下經(jīng)NaOH處理的廢啤酒酵母對1 2+的吸附率；-■-表示在不同吸附時間下經(jīng)NaOH處理的廢啤酒酵母對Cu2+的吸附率；-▲-表示在不同吸附時間下經(jīng)NaOH處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。
圖6為本發(fā)明時間對乙醇處理的廢啤酒酵母吸附污水中重金屬離子的影響，其中- -表示在不同吸附時間下經(jīng)乙醇處理的廢啤酒酵母對1 2+的吸附率；-■-表示在不同吸附時間下經(jīng)乙醇處理的廢啤酒酵母對Cu2+的吸附率；-▲-表示在不同吸附時間下經(jīng)乙醇處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。
圖7為本發(fā)明酵母添加量對HCl處理的廢啤酒酵母吸附污水中重金屬離子的影響，其中- -表示在不同酵母添加量下經(jīng)HCl處理的廢啤酒酵母對1 2+的吸附率；-■-表示在不同酵母添加量下經(jīng)HCl處理的廢啤酒酵母對Cu2+的吸附率；-▲-表示在不同酵母添加量下經(jīng)HCl處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。
圖8為本發(fā)明酵母添加量對NaOH處理的廢啤酒酵母吸附污水中重金屬離子的影響，其中表示在不同酵母添加量下經(jīng)NaOH處理的廢啤酒酵母對1 2+的吸附率； -■-表示在不同酵母添加量下經(jīng)NaOH處理的廢啤酒酵母對Cu2+的吸附率；-▲-表示在不同酵母添加量下經(jīng)NaOH處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。
圖9為本發(fā)明酵母添加量對乙醇處理的廢酵母吸附污水中重金屬離子的影響，其中- -表示在不同酵母添加量下經(jīng)乙醇處理的廢啤酒酵母對1 2+的吸附率；-■-表示在不同酵母添加量下經(jīng)乙醇處理的廢啤酒酵母對Cu2+的吸附率；-▲-表示在不同酵母添加量下經(jīng)乙醇處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。
具體實施方式
材料與方法菌種嘉士伯-140酵母(下文稱廢啤酒酵母)，新疆烏蘇啤酒廠。
試劑(試劑均為分析純)重鉻酸鉀，二苯碳酰二胼，硫酸銅，乙氨基二硫代甲酸鈉乙二胺四乙酸，檸檬酸銨，四氯化碳，氯化銨，硝酸鉛，三氯甲烷，雙硫腙。
儀器設(shè)備電子精密天平(奧豪斯國際貿(mào)易(上海)有限公司AR2130/C型)； 電熱恒溫鼓風干燥箱(上海一恒科技儀器有限公司DHG-9140A型)； 722可見分光光度計(上海欣茂儀器有限公司2C5Q407136)； SHZ-82型水浴恒溫振蕩器(江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠)； TD5A-WS臺式低速離心機(上海精密科學儀器有限公司)。
實施例1a、廢啤酒酵母將釀啤酒后的廢棄酵母用去離子水洗滌2-3次，再于3500r/min離心 IOmin后收集菌體，溫度80°C烘干，冷卻后研磨成細小粉末，干燥保存?zhèn)溆?；b、將步驟a處理后的廢啤酒酵母粉末用NaOH處理，稱取15g廢啤酒酵母，在250ml濃度0. lmol/L,溫度為30°C的NaOH中進行處理，時間池，用去離子水洗滌3_5次，于溫度80°C 烘干，磨碎，收集經(jīng)80目篩網(wǎng)過濾的酵母；C、將0. 025g步驟b處理后的廢酵母粉加入到50mL生活污水中，配制成廢酵母質(zhì)量濃度0.5g/L(干質(zhì)量)的溶液，在pH為2，在溫度30°C，轉(zhuǎn)速為120 r/min條件下，振蕩吸附 15min，吸附后過濾，按常規(guī)方法分別測量濾液中重金屬離子Cr6+、Cu2+Jb2+的吸光度，其吸光度分別為0. 173,0. 407,0. 486，相應(yīng)的吸附率分別為36. 21%,30. 89%,21. 74%。
實施例2a、廢啤酒酵母將釀啤酒后的廢棄酵母用去離子水洗滌2-3次，再于3500r/min離心IOmin后收集菌體，溫度80°C烘干，冷卻后研磨成細小粉末，干燥保存?zhèn)溆茫籦、將步驟a處理后的廢啤酒酵母粉末用HCl處理，稱取15g廢啤酒酵母，在250ml濃度 0. lmol/L，溫度為30°C的HCl中進行處理，時間2h，用去離子水洗滌3_5次，于溫度80°C烘干，磨碎，收集經(jīng)80目篩網(wǎng)過濾的酵母；C、將0. 05g步驟b處理后的廢酵母粉加入到50mL生活污水中，配制成廢酵母質(zhì)量濃度 1 g/L (干質(zhì)量)的溶液，在pH為3，在溫度30°C，轉(zhuǎn)速為120 r/min條件下，振蕩吸附30 min，吸附后過濾，按常規(guī)方法分別測量濾液中重金屬離子Cr6+、Cu2+、Pb2+的吸光度，其吸光度分別為0. 164,0. 400,0. 474，相應(yīng)的吸附率分別為39. 46%,32. 13%,24. 80%。
實施例3a、廢啤酒酵母將釀啤酒后的廢棄酵母用去離子水洗滌2-3次，再于3500r/min離心 IOmin后收集菌體，溫度80°C烘干，冷卻后研磨成細小粉末，干燥保存?zhèn)溆茫籦、將步驟a處理后的廢啤酒酵母粉末用無水乙醇處理，稱取15g廢啤酒酵母，在50ml 無水乙醇中進行處理，時間池，用去離子水洗滌3-5次，于溫度80°C烘干，磨碎，收集經(jīng)80 目篩網(wǎng)過濾的酵母；C、將0. Ig步驟b處理后的廢酵母粉加入到50mL生活污水中，配制成廢酵母質(zhì)量濃度2 g/L (干質(zhì)量)的溶液，在pH為4，在溫度30°C，轉(zhuǎn)速為120 r/min條件下，振蕩吸附60min ，吸附后過濾，按常規(guī)方法分別測量濾液中重金屬離子Cr6+、CU2+、I^2+的吸光度，其吸光度分別為 0. 160,0. 394,0. 467，相應(yīng)的吸附率分別為 40. 87%,33. 16%,26. 44%。
實施例4a、廢啤酒酵母將釀啤酒后的廢棄酵母用去離子水洗滌2-3次，再于3500r/min離心 IOmin后收集菌體，溫度80°C烘干，冷卻后研磨成細小粉末，干燥保存?zhèn)溆?；b、將步驟a處理后的廢啤酒酵母粉末用NaOH處理，稱取15g廢啤酒酵母，在250ml濃度0. lmol/L,溫度為30°C的NaOH中進行處理，時間池，用去離子水洗滌3_5次，于溫度80°C 烘干，磨碎，收集經(jīng)80目篩網(wǎng)過濾的酵母；C、將0. Ig步驟b處理后的廢酵母粉加入到50mL生活污水中，配制成廢酵母質(zhì)量濃度 2g/L (干質(zhì)量)的溶液，在pH為3，在溫度30°C，轉(zhuǎn)速為120 r/min條件下，振蕩吸附45min ，吸附后過濾，按常規(guī)方法分別測量濾液中重金屬離子Cr6+、CU2+、I^2+的吸光度，其吸光度分別為 0. 142,0. 359,0. 451，相應(yīng)的吸附率分別為 47. 59%,39. 23%,30. 37%。
實施例5a、廢啤酒酵母將釀啤酒后的廢棄酵母用去離子水洗滌2-3次，再于3500r/min離心 IOmin后收集菌體，溫度80°C烘干，冷卻后研磨成細小粉末，干燥保存?zhèn)溆?；b、將步驟a處理后的廢啤酒酵母粉末用HCl處理，稱取15g廢啤酒酵母，在250ml濃度 0. lmol/L，溫度為30°C的HCl中進行處理，時間2h，用去離子水洗滌3_5次，于溫度80°C烘干，磨碎，收集經(jīng)80目篩網(wǎng)過濾的酵母；C、將0. 25g步驟b處理后的廢酵母粉加入到50mL生活污水中，配制成廢酵母質(zhì)量濃度5g/L (干質(zhì)量)的溶液，在pH為5，在溫度30°C，轉(zhuǎn)速為120 r/min條件下，振蕩吸附60 min,吸附后過濾，按常規(guī)方法分別測量濾液中重金屬離子Cr6+、Cu2+、Pb2+的吸光度，其吸光度分別為0. 145,0. 353,0. 441，相應(yīng)的吸附率分別為46. 68%,40. 33%,32. 72%。
實施例6a、廢啤酒酵母將釀啤酒后的廢棄酵母用去離子水洗滌2-3次，再于3500r/min離心 IOmin后收集菌體，溫度80°C烘干，冷卻后研磨成細小粉末，干燥保存?zhèn)溆茫籦、將步驟a處理后的廢啤酒酵母粉末用無水乙醇處理，稱取15g廢啤酒酵母，在50ml 無水乙醇中進行處理，時間池，用去離子水洗滌3-5次，于溫度80°C烘干，磨碎，收集經(jīng)80 目篩網(wǎng)過濾的酵母；C、將0. Ig步驟b處理后的廢酵母粉加入到50mL生活污水中，配制成廢酵母質(zhì)量濃度2 g/L (干質(zhì)量)的溶液，在pH為7，在溫度30°C，轉(zhuǎn)速為120 r/min條件下，振蕩吸附90min ，吸附后過濾，按常規(guī)方法分別測量濾液中重金屬離子Cr6+、CU2+、I^2+的吸光度，其吸光度分別為 0. 156,0. 374,0. 452，相應(yīng)的吸附率分別為 42. 41%,36. 53%,30. 12%。
將實施例1-6按常規(guī)方法分別測量濾液中重金屬離子Cr6+、CU2+、I^2+的吸光度，計算吸附率Cr6+的測定吸取吸附后的鉻離子溶液Iml移入50mL容量瓶中，定容后分別移入50mL 三角瓶中，再向三角瓶中加2. 5mL顯色劑，混勻后靜置lOmin，移入Icm石英比色皿中，于 540nm波長處比色，測吸光度；Cu2+的測定吸取濾液50mL，加入IOmL乙二胺四乙酸-檸檬酸銨溶液，50mL氯化銨-氫氧化銨緩沖溶液，搖勻，加入0. 02%乙氨基二硫代甲酸鈉溶液5mL，搖勻，靜置5min，加入 IOmL四氯甲烷，用力振蕩2min，靜置分層后四氯甲烷層經(jīng)脫脂棉濾入Icm比色皿中，以四氯甲烷作參比，于波長440 nm處測得吸光度；Pb2+的測定吸取20mL濾液于125 mL分液漏斗中，加2滴酚紅指示劑，用1 1氨水調(diào)至紅色，加10.0 mL雙硫腙使用液，用力振蕩aiiin，靜置分層后三氯甲烷層經(jīng)脫脂棉濾入1 cm比色皿中，以三氯甲烷調(diào)節(jié)零點，于波長510 nm處測得吸光度。
結(jié)果與分析由圖1、圖2、圖3可以看出在pH值為3時，經(jīng)HCl、NaOH、乙醇處理過的廢酵母對三種離子的吸附率都達到最大，對1 2+的吸附率為71. 52%，對Cu2+的吸附率為68. 51%，對Cr6+的吸附率為42. 54%ο
由圖4、圖5、圖6可以看出經(jīng)HCl、NaOH、乙醇處理過的廢啤酒酵母對三種離子的吸附率在時間60min時達到最大，對Pb2、Cu2+、Cr6+的吸附率分別為72. 38%,60. 37%,44. 72%。
由圖7、圖8、圖9可以看出經(jīng)HCl、NaOH、乙醇處理過的廢酵母對Pb2+、Cu2+的吸附率在酵母添加量為2g/L時最大，對HACu2+、Cr6+的吸附率分別為73. 28%,71. 02%,47. 49%。
權(quán)利要求
1.一種利用廢酵母吸附污水中重金屬離子的方法，其特征在于按下列步驟進行a、將廢棄酵母用去離子水洗滌2-3次，再于3500r/min離心IOmin后收集菌體，溫度80°C烘干，冷卻后研磨成細小粉末，干燥保存?zhèn)溆茫籦、將步驟a處理后的廢啤酒酵母粉末用NaOH、HCl或無水乙醇處理，再用去離子水洗滌 3-5次，溫度80°C烘干，磨碎，收集經(jīng)80目篩網(wǎng)過濾的酵母；c、將步驟b處理后的廢酵母粉加入到生活污水中，配制成廢酵母質(zhì)量濃度0.5g/L-5g/ L的溶液，在pH為2-7范圍內(nèi)，溫度30°C，轉(zhuǎn)速為120 r/min條件下，振蕩吸附15-90min， 吸附后過濾，按常規(guī)方法分別測量濾液中重金屬離子Cr6+、CU2+、I^2+的吸光度，計算吸附率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟a所述的廢棄酵母為釀啤酒后的廢啤酒酵母。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟b中用NaOH或HCl處理的濃度為 0. lmol/L，溫度為 30°C，時間 2h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用廢酵母吸附污水中重金屬離子的方法，該方法是先用HCl、NaOH或乙醇對廢酵母進行處理，然后經(jīng)清洗、離心、干燥后收集，再將處理后的廢酵母加入生活污水中對重金屬離子進行吸附。該方法不僅能提高對污水中單一重金屬離子的吸附率，同時對污水中多個共存離子的吸附也有一定提高，該方法所需成本低，操作簡單，不需要復雜的設(shè)備和儀器。
文檔編號C02F1/62GK102489262SQ20111040528
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者周建中, 廖亮, 楊海燕, 武運, 王偉, 葛鳳, 髙蕾 申請人:新疆農(nóng)業(yè)大學