含錳廢水處理技術(shù)
國(guó)內(nèi)外處理含重金屬?gòu)U水的方法很多，一般情況下，當(dāng)廢水中重金屬濃度較高時(shí)，應(yīng)用化學(xué)法、電解法等方法效果明顯，但是當(dāng)廢水中重金屬濃度較低時(shí)，利用上述方法成本較高，經(jīng)濟(jì)效益不理想，在處理該類廢水時(shí)多利用酵母菌、藻類、谷物、霉菌等作為生物吸附劑以去除其中的重金屬離子。本試驗(yàn)用釀酒酵母菌體作為吸附劑，研究了廢水pH值、吸附時(shí)間、酵母添加量等影響因素對(duì)生物吸附的影響。
1材料和方法
1．1實(shí)驗(yàn)菌株
釀酒酵母菌，購(gòu)自中國(guó)普通微生物菌種保藏管理中心，編號(hào)為2．1188。
釀酒酵母菌用麥芽汁液體培養(yǎng)基培養(yǎng)24h，6000r/min離心10min，去上清液，用去離子水洗滌2～3次，收集菌體備用。
1．2試劑及儀器
試劑：麥芽汁培養(yǎng)基，BR(阿拉丁試劑);氯化錳，四水、氫氧化鉀、乙醇、硝酸，以上均為分析純(上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);水為重蒸二次水。
儀器：SP-3520AAPC原子吸收分光光度計(jì)(上海光譜儀器有限公司);C-MAGHP7控溫加熱板(德國(guó)IKA公司);XW-80A微型旋渦混合儀(上海滬西分析儀器廠);85-2型恒溫磁力攪拌器(上海司樂(lè)儀器廠);HS-2102恒溫?fù)u床(上海和呈儀器廠);Allegra64R離心機(jī)(BECKMANCOULTER公司)。
1．3Mn2+標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制
用去離子水將分析純MnCl2·4H2O配制為Mn2+質(zhì)量濃度為1000mg/L的儲(chǔ)備液。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為：檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為5個(gè)，各標(biāo)準(zhǔn)中Mn2+的質(zhì)量濃度依次為0，1，2，4，6μg/mL。根據(jù)該設(shè)計(jì)用去離子水進(jìn)一步稀釋成實(shí)驗(yàn)需要的Mn2+標(biāo)準(zhǔn)溶液。
1．4吸附試驗(yàn)
用移液槍定量吸取已知Mn2+質(zhì)量濃度的溶液于250mL錐形瓶中，加入定量的菌體，在控溫磁力攪拌器上進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，測(cè)定吸附前后溶液中Mn2+質(zhì)量濃度的變化。
1．5測(cè)定及計(jì)算方法
樣品溶液中Mn2+濃度用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定。原子吸收方法的應(yīng)用，關(guān)鍵的一點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立，與之相對(duì)應(yīng)的是標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制。本研究使用原子吸收分光光度系統(tǒng)SP-3520AAPC測(cè)定標(biāo)樣，應(yīng)用機(jī)內(nèi)設(shè)置的多項(xiàng)式擬合的濃度最小二次法擬合標(biāo)樣測(cè)定結(jié)果，得到擬合曲線圖，具體如圖1所示。
由圖1可見(jiàn)，A=0．0085C2+0．2357C+0．0205，相關(guān)系數(shù)R能達(dá)到0．9993，證明多項(xiàng)式的擬合能準(zhǔn)確地符合原子吸收的實(shí)際變化趨勢(shì)，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可信。
2結(jié)果與分析
2．1溶液pH值對(duì)吸附效果的影響
在溫度為25℃，Mn2+初始質(zhì)量濃度4μg/mL，釀酒酵母添加量為6．0g/L，攪拌時(shí)間為60min條件下，考察溶液pH值對(duì)吸附效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。
由圖2可見(jiàn)，隨著溶液pH值的升高，釀酒酵母對(duì)Mn2+的吸附率隨之增加，但pH值與吸附率之間并不呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，當(dāng)pH=2時(shí)，釀酒酵母對(duì)Mn2+的吸附率很小，當(dāng)pH值從2升至4時(shí)，釀酒酵母對(duì)Mn2+的吸附率迅速增加，當(dāng)pH=5時(shí)，釀酒酵母對(duì)Mn2+的吸附效果最佳，此后，吸附率又隨著溶液pH值的升高而減小。這是由于pH值影響吸附劑表面電荷，當(dāng)pH很低時(shí)，溶液中大量存在的水合氫離子會(huì)與金屬離子競(jìng)爭(zhēng)細(xì)胞壁上吸附活性位點(diǎn)，并使菌體細(xì)胞壁質(zhì)子化，增加細(xì)胞表面的靜電斥力，使得吸附率較低。隨著溶液pH值的升高，超過(guò)菌體表面的等電點(diǎn)，菌體表面的負(fù)電荷增加，吸附率隨之增加，當(dāng)溶液pH較高，達(dá)到了Mn2+的沉淀平衡常數(shù)，Mn2+會(huì)形成氫氧化錳的微沉淀沉積在菌體表面，從而造成吸附率減小。
2．2吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響
在溶液pH值為5，作用溫度為25℃，Mn2+初始質(zhì)量濃度4μg/mL，釀酒酵母添加量6．0g/L條件下，考察不同吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。
由圖3可見(jiàn)，吸附過(guò)程分成兩個(gè)階段：第一階段是開(kāi)始吸附快速且吸附率較高階段;第二階段是吸附率增速變緩的階段，吸附進(jìn)行到60min以后，吸附基本達(dá)到平衡，60min時(shí)的吸附率約為120min時(shí)的94%。這表明生物吸附劑吸附Mn2+的吸附過(guò)程是快速表面吸附過(guò)程。
2．3釀酒酵母添加量對(duì)吸附效果的影響
在溶液pH值為5，作用溫度為25℃，吸附時(shí)間為60min，Mn2+初始質(zhì)量濃度為4μg/mL條件下，考察釀酒酵母添加量對(duì)吸附效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。
由圖4可見(jiàn)，當(dāng)其余條件一定時(shí)，隨著釀酒酵母添加量的增加，釀酒酵母對(duì)Mn2+的吸附率增加，當(dāng)釀酒酵母的添加量達(dá)到8g/L時(shí)吸附效果最佳，此時(shí)Mn2+的吸附率達(dá)到70%。
3結(jié)論
釀酒酵母對(duì)Mn2+具有較好的吸附作用，其吸附能力受到廢水pH值、吸附時(shí)間及菌體濃度等條件的影響。弱酸性條件下有利于釀酒酵母對(duì)重金屬M(fèi)n2+的吸附。
利用釀酒酵母作吸附劑處理含Mn2+廢水具有高效、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)于處理傳統(tǒng)方法不能處理的低濃度重金屬?gòu)U水具有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。它既可充分利用環(huán)境資源，又能達(dá)到以廢治廢的目的，因此是一種應(yīng)用前景很廣闊的重金屬?gòu)U水的處理手段。
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