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随着电镀、冶金、染料、石油、电池等化学工业的迅猛发展,重金属污染对生态环境和人类健康的影响日趋严重,含重金属废水的治理也受到越来越多的重视。生物吸附法因其吸附剂来源广泛、无二次污染、吸附容量大、吸附速度快等优点而备受关注。
国内外研究人员把黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)用于吸附废水中的重金属离子,发现其吸附能力良好,鉴于之前国内外研究学者均采用同种液体培养基进行培养,其扩大培养时间需要72h,本研究采用黑曲霉(Aspergillus niger)常用培养基对P.chrysosporium进行培养,控制条件使其自动形成具有一定强度和大小的菌丝球,研究中发现其生长速度加快,只需37-42h,用此活菌来吸附废水中的重金属离子。
本研究中对P.chrysosporium吸附重金属分为两个部分,包括P.chrysosporium对单种重金属的吸附和P.chrysosporium对重金属的同时吸附,分别考察单种金属离子和混合溶液的pH值、重金属离子浓度、时间、真菌用量、吸附温度、转速以及预处理方法对吸附效果的影响。
研究表明pH值是吸附重金属离子的重要影响因素之一。P.chrysosporium吸附重金属的最佳pH值随重金属离子和处理方法的不同而不同:P.chrysosporium菌丝球对Cd2+的最佳吸附pH在5附近;P.chrysosporium菌丝球对Zn2+的最佳吸附pH在4-5之间;粉末状P.chrysosporium对Cr6+的吸附的最佳吸附量出现在pH2.0。
时间对吸附的结果表明生物吸附过程可分为两个阶段:第一阶段是表面快速吸附过程,在吸附刚开始1h内,溶液中的重金属离子浓度下降很快;第二个阶段吸附量增加的速度很慢并逐渐达到平衡,是一个慢速的细胞内积累。
略微升高温度将有利于吸附,而较大幅度升高温度则不利于吸附。生物吸附过程是放热过程,过高或过低的温度都会使饱和吸附量有所降低。P.chrysosporium菌丝球对Cd2+的最佳吸附温度在35℃,其吸附量为23.22mgCd2+/g干细胞;P.chrysosporium菌丝球对Zn2+的最佳吸附温度在30℃,其吸附量为22.95mgZn2+/g干细胞;粉末状P.chrysosporium对Cr6+的吸附的最佳吸附温度在30℃,其吸附量为26.60mgCr6+/g干细胞。
对吸附平衡进行研究,并用Langmuir和Freundlich模型方程对单种金属离子的吸附等温线数据进行拟合,该生物吸附平衡曲线可以分别用Langmuir和Freundlich模型方程来描述P.chrysosporium菌丝球对Cd2+、Zn2+和Cr6+的吸附,其相关系数分别为0.9932和0.9615、0.9863和0.9831以及0.9722和0.9732,拟合良好。
对P.chrysosporium吸附重金属离子前后的红外光谱图作了比较,-OH的伸缩振动向高波数移动,参与了络合。其他红外光谱峰没有太明显的位移,说明P.chrysosporium吸附后,其主要成分和结构保持完整。吸附前对P.chrysosporium进行适当的化学处理,可能提高其对重金属的吸附能力。P.chrysosporium同时吸附Cd2+和Zn2+以及同时吸附Cr6+和Cd2+的结果显示各自的共存可以促进重金属离子的吸附。废水中重金属离子一般是多种离子同时存在的,这为P.chrysosporium处理实际重金属废水的可能性提供了理论依据。