一種利用大米蛋白固化水中鎘離子的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于水處理領域，尤其是涉及一種利用大米蛋白與鎘離子的結合特性，通 過大米蛋白吸附固化水樣中鎘離子的方法。
【背景技術】
[0002] 鎘是一種生物體非必需的金屬元素，具有一定的生理毒性，分布于自然界中。鎘離 子對人體的器官會產生危害，急性鎘中毒會引起肺水腫、急性肝炎、腦出血等癥狀，而長期 積累會引起骨壞死、腎中毒等。目前，我國經常出現部分地區的水源重金屬污染的情況，由 于礦業、化工業等工業廢水的非法超標排放，屢有鎘污染飲用水源的突發事件發生。如2009 年，湖南瀏陽鎘污染主要是由于化工廠廢渣、廢水等排放造成這一區域土壤鎘污染的主要 原因。2012年年初廣西龍江河段發生的鎘污染事件，鎘濃度超標80倍，影響到幾十萬市民的 正常生活，直接危害到市民的身心健康。含重金屬污水的排放對人體健康和工業的生產帶 來了嚴重的污染。重金屬離子(如鎘)在自然界中沒有自凈和生物降解能力，一旦進入自然 環境中會污染水體、土壤等，很難被生物自然降解，可通過生物鏈不斷富集，甚至可被植物 吸收后通過食物鏈危害到人類健康，具有毒性大及持久性強等特點。
[0003] 隨著大米的鎘污染問題的研究逐漸深入，關于鎘的存在形式的研究也逐漸增加， 稻米中的蛋白質主要分布在胚及糊粉層中，在胚乳中含量較低，而鎘的濃度在稻米中的分 布順序依次為皮層>胚>胚乳，有研究表明，稻米中鎘的存在部位與蛋白質密切相關，稻米 中的重金屬主要以有機螯合態與氨基酸結合在一起，據報道植物中重金屬主要與金屬硫蛋 白形成配位體結合在一起，還有一部分是與含有0/N的配位體結合的，鎘含量與蛋氨酸及半 胱氨酸含量呈顯著正相關關系，而在淀粉、脂肪等成分中含量很低;可見，大米蛋白是富集 吸附鎘的重要的載體。
[0004] 工業廢水中富含大量的游離鎘離子，一方面可與大米蛋白中富含的半胱氨酸和蛋 氨酸的-SH結合，形成絡合物；另一方面可與大米蛋白分子中所帶的靜電電荷發生吸附作 用，形成圈外化合物;從而實現廢水中游離鎘離子的迀移，將其固化后形成廢渣進行有效合 理的排放。
[0005] CN102964006A的發明專利公開了一種去除污水中鎘的方法，通過聚合氯化鋁和聚 丙烯胺進行絮凝沉降，再經吸附塔和堿液廢酸沖洗，最終加入硫化鈉進行沉淀處理。
[0006] CN104418445A的發明專利公開了一種重金屬污水的處理方法，添加離子沉降劑及 絮凝劑、助濾劑，將絮凝團中的重金屬分離出來，處理后殘留重金屬離子濃度遠低于國家規 定的排放標準。
[0007] CN201080024104.6的發明專利公開了一種處理含有重金屬的廢水的方法，在低壓 下水樣通過芳香聚酰胺反滲透膜，可去除廢水中至少90%的目標重金屬。
[0008] CN104556461A的發明專利公開了一種含砷、鉛、汞、鎘、鎳等重金屬廢水的處理方 法，通過將堿、堿土金屬氧化物或堿土金屬鹽加入廢水中，添加絮凝劑，調節pH后出水，結果 重金屬去除效果比較理想。
[0009] 綜上所述，處理含鎘廢水的方法很多，或通過生物法，或通過膜分離法，還有重金 屬捕集劑法等，這些方法有的運行費用較高，有的處理周期較長，或去除效果不理想等。
【發明內容】
[0010] 針對現有技術存在的上述問題，本申請人提供了一種利用大米蛋白固化水中鎘離 子的方法。本發明方法利用大米蛋白吸附廢水中的鎘離子，可有效固定鎘離子，固定化率達 99.8%以上，且本發明方法具有簡單便利、成本低、效果明顯、實用性強等特點。
[0011] 本發明的技術方案如下：
[0012] -種利用大米蛋白固化水中鎘離子的方法，包括如下步驟：
[0013] (1)酶解：將食品級大米蛋白粉加水調漿，再加入以大米蛋白干物質計0.1%-〇. 3 %的復合蛋白酶，在溫度為40-60 °C的條件下酶解2-3h后，85 °C水浴滅酶10_20min，干燥 制得酶解后的大米蛋白粉；
[0014] (2)吸附：將酶解后的大米蛋白粉加入富含鎘離子的廢水中，在pH為7.5-10,溫度 為20-65 °C的條件下，攪拌30-60min;
[0015] (3)絮凝:在經過步驟(2)處理的廢水中先加入A型絮凝劑，攪拌2-10min，再加入B 型絮凝劑，攪拌2-10min;
[0016] (4)離心:采用臥螺離心機對經過步驟(3)處理的廢水進行離心分離，使絮凝物與 清液分離；
[0017] (5)過濾:在步驟(4)制得的上清液中加入干物質含量25 % -45 %的吸附助濾劑，并 過板框壓濾機，制得除鎘的清水。
[0018] 步驟（1)中所述大米蛋白粉的蛋白干基含量2 80%，鎘含量<0.2mg/kg，調漿后質 量濃度為20-50%;所述復合蛋白酶為胰蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶中的一種或多種。
[0019] 步驟(2)中所述酶解后的大米蛋白粉的氮溶解指數為15%-35%，可溶蛋白分子量 為1500-4000道爾頓;所述廢水中鎘離子含量為0.5-1.5mg/kg。
[0020] 步驟(2)中所述酶解后的大米蛋白粉添加量與廢水的質量比為1:50-200。
[0021 ]步驟(3)中所述A型絮凝劑為聚合氯化鋁(PAC )、硫酸亞鐵、磷酸氫二鈉中的一種或 多種;所述B型絮凝劑為聚丙烯酰胺(PAM)、磷酸三鈉、硫酸鋅中的一種或多種;所述A型絮凝 劑與B型絮凝劑的質量比為5-8:1。
[0022]步驟（3)中所述A型絮凝劑與B型絮凝劑的添加總量為水樣中干物質含量的50-80% 〇
[0023]所述步驟(3)中加 B型絮凝劑之前需采用4%_10%的氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶 液調節廢水pH至7-10;加 B型絮凝劑之后攪拌速度低于50r/min，防止破壞絮凝物結構，不利 于分離。
[0024]步驟(4)中所述臥螺離心機的分離條件為3500-5000r/min，經分離后重相絮凝物 的水分含量< 80% ;所述清液中鎘離子含量為0.005-0.015mg/kg。
[0025] 步驟(5)中所述吸附助濾劑為硅藻土與活性炭復合物，其中硅藻土與活性炭的質 量比為0.5-1:1;所述板框壓濾機過濾后的水中鎘離子含量為0.003-0.01mg/kg。
[0026] 所述廢水中鎘離子經大米蛋白吸附固定形成有機絡合物，絮凝吸附后固定成廢 渣，最終水樣的鎘離子含量為0.003-0.01mg/kg，鎘固定化率可以達到99.8%以上。
[0027] 本發明有益的技術效果在于：
[0028] (1)本發明方法創新性地利用酶解的大米蛋白在堿性條件下與廢水中鎘離子的吸 附形成有機螯合態的絡合物，將廢水中的鎘離子有效吸附固化;兩步絮凝可分別將水樣中 的小分子物質和大分子物質(含大米蛋白與鎘的絡合物)進行包裹，形成很好的絮凝團；硅 藻土和活性炭的復配吸附劑，主要針對孔徑較大的色素及雜質等有較好的吸附性;本發明 方法中酶解、吸附、絮凝等步驟相互配合，共同消除廢水中的鎘離子，鎘離子固定化率達 99.8%以上。
[0029] (2)本發明方法發明簡單便利，具有成本低、效果明顯、實用性強等特點。
[0030] (3)本發明利用大米蛋白與鎘離子的吸附絡合特性來處理含鎘的廢水，不會造成 二次污染，成本低，適用范圍廣，既節約資源，又達到理想效果，操作方便簡單，可避免金屬 鎘重復污染的情況。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合實施例，對本發明進行具體描述。
[0032] 本發明實施例1-3所用復合蛋白酶均為市售產品。
[0033] 實施例1
[0034] -種利用大米蛋白固化水中鎘離子的方法，包括如下步驟：
[0035] (1)酶解:將食品級大米蛋白粉(蛋白干基含量為83 %，鎘含量<0 · 2mg/kg)加水調 漿(漿液濃度為20 % )，再加入以大米蛋白干物質計0.1 %的復合蛋白酶(胰蛋白酶與胃蛋白 酶的質量比為1:1)，在溫度為50°C的條件下酶解2h后，85°C水浴滅酶lOmin，干燥制得酶解 后的大米蛋白粉(氮溶解指數為27.8%，可溶蛋白分子量為2500-3000道爾頓）；
[0036] (2)吸附：將酶解后的大米蛋白粉加入富含鎘離子的廢水(鎘離子含量為1.48mg/ kg)中，在pH為7.5，溫度為65 °C的條件下，攪拌60min;其中酶解后的大米蛋白粉添加量與廢 水的質量比為1:50;
[0037] (3)絮凝:在經過步驟(2)處理的廢水中先加入A型絮凝劑聚合氯化鋁，攪拌2min， 再加入B型絮凝劑聚丙烯酰胺，攪拌2min;其中，A型絮凝劑與B型絮凝劑的質量比為8:1，A型 絮凝劑與B型絮凝劑的添加總量為水樣中干物質含量的50% ;
[0038] (4)離心:采用臥螺離心機在轉速為5