包埋固定化细菌胞壁多糖吸附电镀厂废水中重金属离子

摘要: 采用聚乙烯醇和海藻酸钠作为包埋剂，对细菌胞壁多糖进行包埋固定化，以吸附拟电镀厂废水中重金属离子能力为主要考察指标，同时从机械强度、传质性、耐酸性等方面综合考虑，选择最优化的固定化小球最佳配方。

关键词: 聚乙烯醇；固定化；细菌胞壁多糖

中图分类号： TQ325 文献标识码： A

生物吸附是一种利用廉价的失活生物细胞分离有毒重金属的方法。尤其适用于工业废水的处理。生物吸附剂可采用自然界中丰富的生物资源，如藻类、地衣、真菌和细菌等。由于工业废水中多种金属离子共存，且处理反应器是开放系统，难以利用纯种微生物，更重要的是处于分散状态的生物体由于颗粒细小、机械强度低和固液分离困难，而无法进行生产规模的运行。因此，寻求高效、经济和实用的生物体吸附重金属技术至关重要。固定化技术是将微生物包裹在凝胶的网络结构中，以形成固定化微生物的包埋法。

本论文对包埋条件进行了探索性的试验。以聚乙烯醇和海藻酸钠为包埋剂，对细菌胞壁多糖进行包埋固定化，以吸附电镀厂废水中重金属离子能力为考察指标，同时从机械强度、传质性、耐酸性等方面综合考虑，选择最优化的固定化小球最佳配方。

1实验部分

1.1实验试剂

包埋剂：聚乙烯醇（PVA）、海藻酸钠；交联剂：硼酸、氯化钙、己二胺、戊二醛；添加剂：粉末活性炭、二氧化硅、硅藻土；胞壁多糖。电镀厂原水（含有铅、镉、铜、锌、镍金属离子）；硝酸(保存实验样品）；氢氧化钠（调节原水PH值）。

1.2实验方法

1.2.1确定固定化正交实验因子及水平

本实验采用L27(313)正交表进行正交试验，以聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)、活性炭、硅藻土、细菌、二氧化硅、饱和硼酸中氯化钙，交联时间，己二胺的浓度、戊二醛的浓度为影响因子，每个因子选取三个水平。正交试验计划见表1。

表1 固定化胞壁多糖正交实验计划表单位：%

1.2.2包埋胞壁多糖的制备

⑴依据正交法确定27中不同的小球配方，按照上表配方秤取27种样品；

⑵将包埋剂（PVA）、添加剂（海藻酸钠、SO2、粉末状活性炭等）和胞壁多糖（取用高红杰制好的）干状粉末,加入25mL二次水后置于90℃水浴下搅拌至完全溶解；

⑶用注射器吸取热的胶状溶液，放置待微热时，压入置于搅拌器上的交联剂（饱和氯化钙硼酸溶液）中,待小球成型；

⑷凝固时16h，24h,32h，用己二胺胶联40min，再用戊二醛交联10min。

1.2.3包埋胞壁多糖吸附拟电镀厂废水中的重金属

⑴拟电镀厂废水的制备

废水中各金属离子浓度详见表2。

表2 配制的拟电镀厂废水中重金属离子浓度单位ppm

重金属 Pb Cd Cu Zn Ni

浓度 27.00 27.12 17.58 21.46 23.69

⑵实验过程

①废水处理：将拟电镀厂废水过滤后，PH值调节至PH=4

②27种小球每种秤取10个，并记录好质量，

③取10ml电镀厂废水原液放置于离心管中，用等量的二次水稀释。加入秤好质量的小球

④振荡2h，过滤后加入一滴浓硝酸作为待测样保存。

同上述过程制取与电镀厂废水离子浓度相近的Pb、Cd、Cu、Zn、Ni五种小球吸附后的待测液，加酸保存，统一测定。

2结果与讨论

2.1包埋胞壁多糖小球基本数据

2.1.1耐酸性

小球的耐酸性用小球质量损失率表示，秤量未酸腐蚀的小球质量，再秤取腐蚀后的小球质量，依据质量损失率，将小球耐酸性分为五级，（从1-5耐酸性逐渐增强）。

通过试验可得出耐酸性最好的小球配方为PVA 12%；SA 0.5%；活性炭1%；硅藻土1.5%；多糖量0.2%；二氧化硅4%；氯化钙(饱和硼酸) 2%；固化时间32h；己二胺0.06mol/L；戊二醛0.2mol/L。

2.1.2机械强度的测定

小球机械强度在现有的实验条件下不能进行准确测量，故依据手感的差别将机械强度分为5级。将小球机械强度分为五级，（从1-5机械强度逐渐增强）。

机械强度最好的小球配方为PVA 12%；SA 0.5%；活性炭1%； 硅藻土1.5%；多糖量0.4%；二氧化硅2%；氯化钙(饱和硼酸) 2%；固化时间32h；己二胺0.06；戊二醛0mol/L。

2.1.3传质性的测定

小球的传质性用实验中红墨水渗透进入小球的程度来表示，根据渗透入的程度分为5等级，（从1-5传质性逐渐增强）。

通过试验可得出传质性最好的小球配方为PVA 8%；SA 1%；活性炭0%；硅藻土1%；多糖量0.8%；二氧化硅3%；氯化钙(饱和硼酸) 3%；固化时间24h；己二胺0.03mol/L；戊二醛0mol/L。

2.2包埋胞壁多糖小球吸附废水中的重金属

2.2.1小球吸附电镀厂原水

27种小球每种秤取10个，记录好质量，取10ml电镀厂废水原液放置于离心管中，用等量的二次水稀释。加入秤好质量的小球，振荡2h后过滤做为待测样，用原子吸收光度计测定废水中重金属的变化情况。

以吸附效果为主要依据，小球性质为辅助依据。得出小球在废水中对Pb、Cd、Cu、Zn、Ni等重金属吸附的最佳配方：PVA：10%，SA：0.2%，活性炭：1%，多糖量：0.8%，二氧化硅：4%，氯化钙（饱和硼酸）：4%，固定化时间：24h，己二胺：0.06mol/L，戊二醛：0.2mol/L。经过实验证明该条件下包埋的小球吸附拟电镀厂废水中铅、镉、铜、锌、镍离子的能力强，机械强度、传质性、耐酸性好。

3结果与讨论

⑴通过实验结果和正交法分析，以吸附效果为主要依据，小球性质为辅助依据得出：PVA 10%，SA 0.2%，活性炭 1%，多糖量0.8%，二氧化硅4%，氯化钙4%，固定化时间24h，己二胺0.06mol/L，戊二醛0.2mol/L。该条件下包埋的小球吸附拟电镀厂废水中铅、镉、铜、锌、镍离子的能力强，机械强度、传质性、耐酸性好。

⑵比较固定化小球对单独重金属离子吸附效果。最佳配方基本相同：PVA 8%；SA 0.2%；活性炭0%；硅藻土0%；多糖量0.8%；二氧化硅0%；氯化钙(饱和硼酸) 2%；固化时间24h；己二胺0.06mol/L；戊二醛0.2mol/L。

⑶实验表明，此法制取的小球对所研究溶液的综合吸附效果较好，此正交方案可行。

⑷经过实验论证，实验用小球基本性质较好，吸附性能强。可在电镀厂污水处理中应用。

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