[发明专利]非活性固定化酵母填料及其制备方法和处理重金属废水的方法

说明书

技术领域

本发明属于重金属废水处理领域；它涉及一种含非活性酵母填料及其制备方法和处理废水的方法；具体涉及一种非活性固定化酵母填料及其制备方法和处理重金属废水的方法。

背景技术

重金属废水由于其巨大的排放量和严重危害性，日益受到社会的广泛关注。近些年，随着工业的发展，人们对重金属的使用越来越广泛，重金属资源出现了相对短缺的局面；同时水体受到了重金属的严重污染。为了缓解重金属资源日益短缺的问题，同时为了保护人类的生存环境，处理重金属废水是非常紧迫的一项任务，势在必行。生物吸附法是处理大体积低浓度重金属废水的一种理想方法，近年来有关的研究报道不断增多，但是目前生物吸附法还处于实验室研究阶段，研究大多采用的是静态吸附。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前非活性酵母处理重金属废水的研究大多采用静态吸附工艺，从而无法工业化应用和大面积推广的问题；而提供了一种非活性固定化酵母填料及其制备方法和处理重金属废水的方法。

本发明非活性固定化酵母填料是非活性酵母干粉菌体与固定化材料经包埋法制成；非活性酵母干粉菌体是非活性啤酒酵母菌体(片状或大粒状)经研磨、过筛、烘干制成；非活性固定化酵母填料的粒径为0.5～5mm，固定化材料为琼脂、明胶或海藻酸钠；固定化材料与非活性酵母干粉菌体的质量比为1∶2～4。

本发明制备非活性固定化酵母填料方法的步骤如下：一、将非活性啤酒酵母菌体(片状或大粒状)研磨，过筛(筛孔0.1～0.3mm)，再在100～110℃条件下烘干置于干燥器中备用，得到非活性酵母干粉菌体；二、将步骤一得到的非活性酵母干粉菌体加入去离子水中搅匀，尔后加入固定化材料继续搅拌至均匀得到胶体，其中固定化材料与非活性酵母干粉菌体的质量比为1∶2～4，然后放置8～12h(排出气泡)，将胶体滴入CaCl₂溶液得到0.5～5mm的圆球体，圆球体放置12～15h；尔后用去离子水冲洗再在0.1～1.0mol/L HCl中浸泡24h，然后用去离子水浸泡至去离子水的pH值5～6，在室温条件下保存于去离子水中备用；得到非活性固定化酵母填料；其中步骤二中CaCl₂溶液的浓度为2％(重量)。

本发明中非活性固定化酵母填料处理重金属废水的方法如下：将重金属废水通入装有非活性固定化酵母填料的反应器，非活性固定化酵母吸附重金属，进水方式为升流式或降流式，其中反应温度为10～30℃，非活性固定化酵母填料在反应器中的密度为20～120g/L，pH值为5～8。

用海藻酸钠固定得到的非活性固定化酵母填料质地均匀，表面光滑，肉眼观察球体呈暗色调，用手轻按压，有较好的弹性和机械性能。琼脂和明胶固定得到的非活性固定化酵母填料比较明亮，球体椭圆，有“小尾巴”，形状像蝌蚪。取1000粒制备好的酵母球体，于20℃室温下经5000r/min离心，只有2粒破损，完好率为99.8％，表明本发明的非活性固定化酵母填料有较好的机械性能。本实施方式的方法对重金属(Pb²⁺、Cu²⁺)的去除率较高。非活性固定化酵母填料对Pb²⁺、Cu²⁺的最大吸附量分别为7.7880mg/g和4.8239mg/g。K⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺对非活性固定化酵母填料吸附重金属离子的影响很小或不影响，固定化材料对非活性固定化酵母填料吸附重金属离子的影响很小。非活性固定化酵母填料吸附是不依赖于能量代谢的物理过程，所以温度影响不大，在10～30℃之间均可。由图2-图4扫描电镜SEM观测本发明非活性固定化酵母填料吸附Pb²⁺、Cu²⁺后的表面形态变化，吸附重金属离子前，表面光滑，本发明非活性固定化酵母填料具有较大的比表面积。吸附重金属离子后，填料表面变化较大，出现点斑或者“绒毛”，能够观察到明显的“针状突起”，表明填料表面是吸附重金属离子的重要部位。可见在吸附过程中无机微沉淀机理和氧化还原机理起主要作用。通过图15-图17对吸附Pb²⁺、Cu²⁺前后的非活性固定化酵母细胞进行红外光谱分析表明：吸附前后光谱图的总体变化不大，表明重金属并未破坏酵母细胞本身的结构；在吸附Pb²⁺、Cu²⁺过程中，-OH、＝CH₂、-CONH₂和-COOH对重金属的吸附起到重要的作用。