一種利用廢棄酵母吸附污水重金屬離子的方法
【專利摘要】本發明公開一種利用廢棄酵母吸附污水重金屬離子的方法，通過將HCl、NaOH或乙醇對廢棄酵母進行處理，經清洗、離心、干燥后，再將處理后的廢棄酵母加入生活污水中對重金屬離子進行吸附。在30℃，pH值2-7，吸附時間15-90min,酵母添加量0.5-5g/L范圍內，利用HCl處理的廢棄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%。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，所需成本低，不需要復雜的設備，具有廣泛的應用價值。
【專利說明】一種利用廢棄酵母吸附污水重金屬離子的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用廢棄酵母吸附污水重金屬離子的方法。
【背景技術】
[0002]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、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方法提出了挑戰。
[0003]隨著城市工業的發展和人口的增長，工業“三廢”、生活污水的增加都給城市郊區農業用水、土壤理化性質帶來了很大的影響，加速了水、土壤中重金屬元素如鉛、鉻、銅等的積累。據統計在城市中每天有10萬立方米未經處理的生活污水，帶著大量重金屬和病原菌，順著城市排水管網排出，導致土壤Cr、Cu、Pb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年都能達到現行的國家土壤質量的二級標準，造成了不同程度的重金屬污染，影響了農產品安全，對人民健康帶來了威脅。
[0004]酵母菌污水處理技術是20世紀70年代從日本興起的一種污水處理技術，比傳統的活性污泥法工藝具有一定特異性，效率是活性污泥法工藝的8~10倍。因其具有細菌的特點，如以單細胞形式存在、生長繁殖快、能形成較好的絮凝體；又具有絲狀真菌的特點，如細胞較大、代謝旺盛，對COD的去除速度較快，而成為近幾年來開發出的一種新型污水處理工藝，在處理負荷、污泥生成量、需氧量等方面具有很大的優勢。酵母菌喜在含糖較高的酸性水生環境中生長，利用其處理含較多糖類、淀粉、油脂和蛋白質等的生活污水和含糖、油月旨、味精、賴氨酸等的 工業廢水，都能取得很好的效果，表現出明顯的優越性。因耐低溫酵母菌對環境溫度的適應范圍較寬，在低溫條件下具有較好的生長特性，使其很適合在低溫污水處理中加以利用。
[0005]利用發酵工業產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棄酵母對污水中重金屬離子吸附率的方法。目前用廢棄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處理的，即釀酒后的酵母經清洗、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，在無形中降低了廢棄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+、Pb2+在污水中含量都較高，當這種未經處理的廢棄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。可見如何利用酵母應用在吸附污水重金屬離子具有重要的現實意義，同時對于如何利用廢棄酵母應用在在吸附污水重金屬離子都具有重要的應用價值。
【發明內容】
[0006]本發明的目的旨在于提供一種提高廢棄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，使廢棄酵母最大限度的發揮其在污水處理方面的作用。
[0007]本發明采用主要技術方案:
本發明通過利用廢棄酵母吸附污水中重金屬離子，通過將HCl、NaOH或乙醇對廢棄酵母進行處理，然后經清洗、離心、干燥后收集，再將處理后的廢棄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，不需要復雜的設備和儀器。
[0008]本發明具體提供一種利用廢棄酵母吸附污水重金屬離子的方法，具體方法按照按下列步驟進行。
[0009](I)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10min后收集菌體，溫度80°C烘干，冷卻后研磨成細小粉末，干燥保存備用。
[0010](2)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80目篩網過濾的酵母，其中NaOH或HCl的濃度為0.lmol/L，溫度為30。。，時間2h。
[0011](3)將步驟b處理 后的廢棄酵母粉加入到生活污水中，配制成廢棄酵母質量濃度
0.5g/L-5g/L的溶液，在pH為2-7范圍內，在溫度30°C，轉速為120 r/min條件下，振蕩吸附15-90min，吸附后過濾，按常規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。
[0012]通過實施本發明具體的
【發明內容】
，可以達到以下效果。
[0013]本發明所述的一種利用廢棄酵母吸附污水中重金屬離子的方法，該方法將廢棄酵母經HC1、NaOH、乙醇處理后，用于吸附污水中的重金屬離子，本發明研究了不同pH值、時間、廢棄酵母菌用量條件下，經化學修飾的廢棄酵母對生活污水中Pb2+、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，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處理的廢棄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%。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明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圖,其中-?-表示在不同pH值條件下經HCl處理的廢啤酒酵母對Pb2+的吸附率；-實心-表示在不同PH值條件下經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HCl處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。
[0015]圖2為本發明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圖，其中-?-表示在不同pH值條件下經NaOH處理的廢啤酒酵母對Pb2+的吸附率；
表示在不同pH值條件下經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NaOH處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。[0016]圖3為本發明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圖，其中-?-表示在不同pH值條件下經乙醇處理的廢啤酒酵母對Pb2+的吸附率；表示在不同PH值條件下經乙醇處理的廢啤酒酵母對Cu2+的吸附率；表示在不同pH值條件下經乙醇處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。
[0017]圖4為本發明時間對HCl處理的廢啤酒酵母吸附污水中重金屬離子的影響圖，其中-?-表示在不同吸附時間下經HCl處理的廢啤酒酵母對Pb2+的吸附率；--表示在不同吸附時間下經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HCl處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。
[0018]圖5為本發明時間對NaOH處理的廢啤酒酵母吸附污水中重金屬離子的影響圖，其中-?-表示在不同吸附時間下經NaOH處理的廢啤酒酵母對Pb2+的吸附率；--表示在不同吸附時間下經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NaOH處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。
[0019]圖6為本發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圖，其中-?-表示在不同吸附時間下經乙醇處理的廢啤酒酵母對Pb2+的吸附率；表示在不同吸附時間下經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乙醇處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。
[0020]圖7為本發明酵母添加量對HCl處理的廢啤酒酵母吸附污水中重金屬離子的影響圖，其中表示在不同酵母添加量下經HCl處理的廢啤酒酵母對Pb2+的吸附率；
表示在不同酵母添加量下經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HCl處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。
[0021]圖8為本發明酵母添加量對NaOH處理的廢啤酒酵母吸附污水中重金屬離子的影響圖，其中-?-表示在不同酵母添加量下經NaOH處理的廢啤酒酵母對Pb2+的吸附率；--表示在不同酵母添加量下經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NaOH處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。
[0022]圖9為本發明酵母添加量對乙醇處理的廢棄酵母吸附污水中重金屬離子的影響圖，其中表示在不同酵母添加量下經乙醇處理的廢啤酒酵母對Pb2+的吸附率；-U-表示在不同酵母添加量下經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乙醇處理的廢啤酒酵母對Cr6+的吸附率。
【具體實施方式】
[0023]材料與方法:菌種采用新疆烏蘇啤酒廠廢棄的嘉士伯-140酵母，也稱廢啤酒酵母；試劑采用重鉻酸鉀，二苯碳酰二肼，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，采用試劑均為分析純。
[0024]儀器設備:電子精密天平(奧豪斯國際貿易(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)。
[0025]本發明中選用的所有試劑、儀器、原輔材料都為本領域熟知選用的，但不限制本發明的實施，其他本領域熟知的一些試劑和設備都可適用于本發明以下實施方式的實施。[0026]實施例一:利用廢棄酵母吸附污水中重金屬離子的方法
a、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，干燥保存備用。
[0027]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2h，用去離子水洗滌3_5次，于溫度80°C烘干，磨碎，收集經80目篩網過濾的酵母。
[0028]C、將0.025g步驟b處理后的廢棄酵母粉加入到50mL生活污水中，配制成廢棄酵母質量濃度0.5g/L (干質量)的溶液，在pH為2，在溫度30°C，轉速為120 r/min條件下，振蕩吸附15min，吸附后過濾，按常規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0.173,0.407,0.486，相應的吸附率分別為36.21%,30.89%,21.74%。
[0029]實施例二:利用廢棄酵母吸附污水中重金屬離子的方法
a、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，干燥保存備用。
[0030]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80目篩網過濾的酵母。
[0031]C、將0.05g步驟b處理后的廢棄酵母粉加入到50mL生活污水中，配制成廢棄酵母質量濃度I g/L (干質量)的溶液，在pH為3，在溫度30°C，轉速為120 r/min條件下，振蕩吸附30 min,吸附后過濾，按常規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，相應的吸附率分別為39.46%,32.13%,24.80%。
[0032]實施例三:利用廢 棄酵母吸附污水中重金屬離子的方法
a、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，干燥保存備用。
[0033]b、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2h，用去離子水洗滌3-5次，于溫度80°C烘干，磨碎，收集經80目篩網過濾的酵母。
[0034]C、將0.1g步驟b處理后的廢棄酵母粉加入到50mL生活污水中，配制成廢棄酵母質量濃度2 g/L(干質量)的溶液，在pH為4，在溫度30°C，轉速為120 r/min條件下，振蕩吸附60min，吸附后過濾，按常規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0.160,0.394,0.467，相應的吸附率分別為40.87%,33.16%,26.44%。
[0035]實施例四:利用廢棄酵母吸附污水中重金屬離子的方法
a、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，干燥保存備用。
[0036]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2h，用去離子水洗滌3_5次，于溫度80°C烘干，磨碎，收集經80目篩網過濾的酵母。
[0037]C、將0.1g步驟b處理后的廢棄酵母粉加入到50mL生活污水中，配制成廢棄酵母質量濃度2g/L(干質量)的溶液，在pH為3，在溫度30°C，轉速為120 r/min條件下，振蕩吸附45min，吸附后過濾，按常規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0.142,0.359,0.451，相應的吸附率分別為47.59%,39.23%,30.37%。
[0038]實施例五:利用廢棄酵母吸附污水中重金屬離子的方法
a、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，干燥保存備用。
[0039]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80目篩網過濾的酵母。
[0040]C、將0.25g步驟b處理后的廢棄酵母粉加入到50mL生活污水中，配制成廢棄酵母質量濃度5g/L(干質量)的溶液，在pH為5，在溫度30°C，轉速為120 r/min條件下，振蕩吸附60 min,吸附后過濾，按常規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，相應的吸附率分別為46.68%,40.33%,32.72%。
[0041]實施例六:利用廢棄酵母吸附污水中重金屬離子的方法
a、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，干燥保存備用。
[0042]b、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2h，用去離子水洗滌3-5次，于溫度80°C烘干，磨碎，收集經80目篩網過濾的酵母。
[0043]C、將0.1g步驟b處理后的廢棄酵母粉加入到50mL生活污水中，配制成廢棄酵母質量濃度2 g/L(干質量)的溶液，在pH為7，在溫度30°C，轉速為120 r/min條件下，振蕩吸附90min，吸附后過濾，按常規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0.156,0.374,0.452，相應的吸附率分別為42.41%,36.53%,30.12%。
[0044]將上述實施例一至實施例六按常規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。
[0045]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IOmin,移入Icm石英比色皿中，于540nm波長處比色,測吸光度。
[0046]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。
[0047]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氨水調至紅色，加10.0 mL雙硫腙使用液，用力振蕩2min，靜置分層后三氯甲烷層經脫脂棉濾入I cm比色皿中，以三氯甲烷調節零點，于波長510 nm處測得吸光度。
[0048]結果與分析。
[0049]由附圖1、2、3可以看出:在pH值為3時，經HCl、NaOH、乙醇處理過的廢棄酵母對三種離子的吸附率都達到最大，對Pb2+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%。
[0050]由附圖4、5、6可以看出:經HC1、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%。[0051]由附圖7、8、9可以看出:經HCl、NaOH、乙醇處理過的廢棄酵母對Pb2+、Cu2+的吸附率在酵母添加量為2g/L時最大，對Pb2、Cu2+、Cr6+的吸附率分別為73.28%,71.02%,47.49%。
[0052]由上可見，采用本發明提供的利用廢棄酵母吸附污水中重金屬離子的方法，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，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處理的廢棄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%。
【權利要求】
1.一種利用廢棄酵母吸附污水重金屬離子的方法，其特征在于，方法的具體步驟如下: (1)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，干燥保存備用； (2)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80目篩網過濾的酵母，其中NaOH或HCl的濃度為·0.lmol/L，溫度為 30。。，時間 2h ； (3)將步驟b處理后的廢棄酵母粉加入到生活污水中，配制成廢棄酵母質量濃度0.5g/L_5g/L的溶液，在pH為2-7范圍內，在溫度30°C，轉速為120 r/min條件下，振蕩吸附15-90min，吸附后過濾，按常規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。·
【文檔編號】C02F1/62GK103848474SQ201410128100
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年4月1日 優先權日:2014年4月1日
【發明者】武運 申請人:武運, 新疆農業大學