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重金属污染问题已成为当今世界性的水污染治理难题,也是全球性的环境问题之一。目前,我国江河湖泊水质由重金属引起的污染问题十分突出,已成为制约经济发展的主要环境问题之一。因此,迫切需要开发去除效果好、经济适用的重金属废水处理及资源化利用技术。 本实验采用发酵工业产生的啤酒酵母为生物吸附材料,通过静态和动态吸附实验,研究其对重金属离子Cu2+和Pb2+的吸附可行性及各种实验条件对吸附性能的影响,得出最佳工艺条件并对其动力学和热力学吸附过程进行分析。 静态吸附实验表明,非固定化啤酒酵母对重金属的吸附是一个快速的、不依赖于生物代谢的过程,经过3h后Cu2+和Pb2+的吸附达到平衡。在此基础上,考察了pH值、酵母用量、搅拌速度、温度、水中常见离子、竞争离子等因素对吸附效果的影响,结论如下:非固定化啤酒酵母吸附Cu2+和Pb2+两种金属离子的最佳pH值均为5;本实验最佳吸附剂用量为0.08g;摇床速度150r/min时吸附效果最好;吸附效果受温度的影响较小,在实际生产中,室温进行即可;水中常见离子K+、Ca2+、Na+和Mg2+对吸附影响不大,而添加竞争离子Cd2+时,对吸附效果影响较大,Cd2+浓度越大,对吸附效果影响越大,因此在实际应用时可以不考虑水中常见离子对吸附的影响,对可能存在的竞争离子要作适当的预处理。 动态吸附的正交实验结果表明:影响吸附效果的各因素的主次顺序从大到小依次为:pH、流速、酵母装柱密度,各因素的较优水平为A3B2C3。即动态实验的最佳工艺条件为:pH=6,流速5mL/min,酵母装柱密度80g/L。此时Pb2+和Cu2+的平均去除率为分别为88%和85%。 动态实验进一步考察了酵母固定化材料、流速、重金属离子初始浓度、水中常见离子等多种因素对吸附效果的影响,结论如下:各种固定化材料对重金属Pb2+、Cu2+的吸附影响较小,可以忽略。在反应器中经过40min就能达到饱和吸附量的一半以上,7h左右基本能达到动态吸附平衡。5mL/min的流速为最佳流速;20mg/L的金属离子浓度处理效果最好;水中常见不同浓度的K+、Ca2+、Na+、Mg2+离子对吸附效果的影响不大,原则上可以忽略;解吸实验表明,0.1mol/L的HCL效果最好,解吸率可以达到80%以上。非固定化酵母静态吸附、固定化酵母静态吸附、固定化酵母动态吸附三者的对比实验表明:固定化酵母动态吸附效果较好,在实际应用中有优势;活性炭和酵母对重金属Pb2+、Cu2+的吸附效果比较,都是啤酒酵母优于活性碳。 等温吸附实验结果表明:非活性啤酒酵母废菌体对Pb2+和Cu2+的动态吸附过程符合Langmuir和Freundlich方程。用Langmuir方程对Pb2+和Cu2+吸附过程的拟合,直线的相关系数分别为0.9893和0.9291,用Freundlich方程对试验数据进行拟合得到的相关系数分别为0.9869和0.8796。 本研究证实了啤酒酵母为吸附剂吸附Pb2+、Cu2+的可行性,全面考察了各种因素对吸附效果的影响,取得了完整的运行数据,并对吸附动力学和热力学过程进行了理论探讨,为下一步扩大实验及生产应用奠定了重要基础。该成果一旦实现工业化,不但可以解决重金属废水和啤酒酵母的污染问题,还可以回收贵重金属,变废为宝,实现废物资源化。带来极高的环境效益、经济效益和社会效益。