專利名稱：非活性固定化酵母填料及其制備方法和處理重金屬廢水的方法
技術領域：
本發明屬于重金屬廢水處理領域；它涉及一種含非活性酵母填料及其制備 方法和處理廢水的方法；具體涉及一種非活性固定化酵母填料及其制備方法和 處理重金屬廢水的方法。
背景技術：
重金屬廢水由于其巨大的排放量和嚴重危害性，日益受到社會的廣泛關注。 近些年，隨著工業的發展，人們對重金屬的使用越來越廣泛，重金屬資源出現 了相對短缺的局面；同時水體受到了重金:屬的嚴重污染。為了緩解重金屬資源 日益短缺的問題，同時為了保護人類的生存環境，處理重金屬廢水是非常緊迫 的一項任務，勢在必行。生物吸附法是處理大體積低濃度重金屬廢水的一種理 想方法，近年來有關的研究報道不斷增多，但是目前生物吸附法還處于實驗室 研究階段，研究大多采用的是靜態吸附。 發明內容本發明的目的是為了解決目前非活性酵母處理重金屬廢水的研究大多采 用靜態吸附工藝，從而無法工業化應用和大面積推廣的問題；而提供了一種非 活性固定化酵母填料及其制備方法和處理重金屬廢水的方法。本發明非活性固定化酵母填料是非活性酵母干粉菌體與固定化材料經包 埋法制成；非活性酵母干粉菌體是非活性啤酒酵母菌體(片狀或大粒狀)經研 磨、過篩、烘干制成；非活性固定化酵母填料的粒徑為0.5~5mm，固定化材料 為瓊脂、明膠或海藻酸鈉；固定化材料與非活性酵母干粉菌體的質量比為1: 2~4。本發明制備非活性固定化酵母填料方法的步驟如下 一、將非活性啤酒酵 母菌體(片狀或大粒狀)研磨，過篩(篩孔0.1-0.3 mm)，再在100 110。C條 件下烘干置于干燥器中備用，得到非活性酵母干粉菌體；二、將步驟一得到的 非活性酵母干粉菌體加入去離子水中攪勻，爾后加入固定化材料繼續攪拌至均 勻得到膠體，其中固定化材料與非活性酵母干粉菌體的質量比為1: 2~4，然后放置8~12h (排出氣泡)，將膠體滴入CaCl2溶液得到0.5 5rnrn的圓球體， 圓球體放置12 15h;爾后用去離子水沖洗再在0.1 1.0mol/LHCl中浸泡24h， 然后用去離子水浸泡至去離子水的pH值5-6，在室溫條件下保存于去離子水 中備用；得到非活性固定化酵母填料；其中步驟二中CaCl2溶液的濃度為2。/。(重量)。本發明中非活性固定化酵母填料處理重金屬廢水的方法如下將重金屬廢 水通入裝有非活性固定化酵母填料的反應器，非活性固定化酵母吸附重金屬， 進水方式為升流式或降流式，其中反應溫度為10 30°C，非活性固定化酵母填 料在反應器中的密度為20 120g/L， pH值為5 8。用海藻酸鈉固定得到的非活性固定化酵母填料質地均勻，表面光滑，肉眼 觀察球體呈暗色調，用手輕按壓，有較好的彈性和機械性能。瓊脂和明膠固定 得到的非活性固定化酵母填料比較明亮，球體橢圓，有"小尾巴"，形狀像蝌蚪。 取1000粒制備好的酵母球體，于20 'C室溫下經5000 r/min離心，只有2粒破 損，完好率為99.8%，表明本發明的非活性固定化酵母填料有較好的機械性能。 本實施方式的方法對重金屬(Pb2+、 Cu2+)的去除率較高。非活性固定化酵母 填料對Pb"、 Cu"的最大吸附量分別為7.7880mg/g和4.8239mg/g。 K+、 Ca2+、 Na+、 Mg^對非活性固定化酵母填料吸附重金屬離子的影響很小或不影響，固定化材料對非活性固定化酵母填料吸附重金屬離子的影響很小。非活性固定化 酵母填料吸附是不依賴于能量代謝的物理過程，所以溫度影響不大，在10 3(TC之間均可。由圖2-圖4掃描電鏡SEM觀測本發明非活性固定化酵母 填料吸附Pb^、 C^+后的表面形態變化，吸附重金屬離子前，表面光滑，本發 明非活性固定化酵母填料具有較大的比表面積。吸附重金屬離子后，填料表面 變化較大，出現點斑或者"絨毛"，能夠觀察到明顯的"針狀突起"，表明填料表 面是吸附重金屬離子的重要部位。可見在吸附過程中無機微沉淀機理和氧化還 原機理起主要作用。通過圖15-圖17對吸附P1^+、 C^+前后的非活性固定化酵 母細胞進行紅外光譜分析表明吸附前后光譜圖的總體變化不大，表明重金屬 并未破壞酵母細胞本身的結構；在吸附Pb2+、 Cu"過程中，-OH、 =CH2、 -CONH2 和-COOH對重金屬的吸附起到重要的作用。啤酒酵母是生產啤酒過程中使用的一種微生物。在生產完啤酒以后，經常作為一種廢棄物被處理掉。其中一部分作為飼料被再利用，大部分被丟棄。不僅造成資源的浪費，而且污染了環境;通過本發明能使啤酒酵母有效的被利用， 減少對環境污染，節約了資源。本發明具有原料易得、工藝簡單、便于操作、成本低的優點。目前非活性 酵母處理重金屬廢水的研究處于實驗室研究階段，研究大多采用的是靜態吸附；本發明將非活性酵母制成填料；利用填充柱反應器進行了大量的研究，使 非活性酵母能工業化應用并且大面積推廣。
圖1是非活性酵母干粉菌體的SEM圖。圖2是本發明非活性固定化酵母 填料的SEM圖。圖3是本發明非活性固定化酵母填料吸附Pb2+SEM圖。圖4 是本發明非活性固定化酵母填料吸附Qi2+SEM圖。圖5是不同溫度下本發明 非活性固定化酵母填料對Pb^及附效果圖，圖中-令-表示l(TC下本發明非活性 固定化酵母填料對Pl^+吸附曲線，- -表示15'C下本發明非活性固定化酵母 填料對Pl^+吸附曲線，-A-表示2(TC下本發明非活性固定化酵母填料對Pb2+ 吸附曲線，-X-表示25t:下本發明非活性固定化酵母填料對P浐吸附曲線。 圖6是不同溫度下本發明非活性固定化酵母填料對C,吸附效果圖，圖中-令-表示l(TC下本發明非活性固定化酵母填料對012+吸附曲線，-麗-表示15'C下 本發明非活性固定化酵母填料對Ci^+吸附曲線，-血-表示2(TC下本發明非活性 固定化酵母填料對012+吸附曲線，-X-表示25t下本發明非活性固定化酵母 填料對012+吸附曲線。圖7是不同固定化材料對Pl^+吸附性能圖。圖8是不同 固定化材料對012+吸附性能圖。圖9是不同pH值對Pb^及附效果圖，圖中-令-表示pH=5下本發明非活性固定化酵母填料對Pt^吸附曲線，-國-表示 pH=6下本發明非活性固定化酵母填料對P,吸附曲線，-A-表示pH=7下本發 明非活性固定化酵母填料對Pl^+吸附曲線，-X-表示pH=8下本發明非活性固 定化酵母填料對Pl^+吸附曲線。圖10是不同pH值對Ci^+吸附效果圖，圖中 -令-表示pH=5下本發明非活性固定化酵母填料對012+吸附曲線，-園-表示 pH=6下本發明非活性固定化酵母填料對Cu"吸附曲線，4-表示pH=7下本發 明非活性固定化酵母填料對C^+吸附曲線，-X-表示PH=8下本發明非活性固 定化酵母填料對Ci^+吸附曲線。圖ll是不同裝柱密度對P^+吸附效果圖，圖中-令-表示裝柱密度為20 g/L下本發明非活性固定化酵母填料對Pl^+吸附曲 線，-醒-表示裝柱密度為40 g/l下本發明非活性固定化酵母填料對pW+吸附 曲線，-1-表示裝柱密度為80 g/L下本發明非活性固定化酵母填料對pW+吸附 曲線，-X-表示裝柱密度為120 g/L下本發明非活性固定化酵母填料對Pl^+吸 附曲線。圖12是不同裝柱密度對012+咴附效果圖，圖中-令-表示裝柱密度為 20g/L下本發明非活性固定化酵母填料對C吸附曲線，-畫-表示裝柱密度為 40 g/L下本發明非活性固定化酵母填料對Ci^+吸附曲線，-血-表示裝柱密度為 80 g/L下本發明非活性固定化酵母填料對012+吸附曲線，-X-表示裝柱密度 為120 g/L下本發明非活性固定化酵母填料對C浐吸附曲線。圖13是不同進 水流量對Pl^+吸附效果的影響圖，圖中-命-表示進水流量為2 mL/min下本發 明非活性固定化酵母填料對Pb^及附曲線，-圓-表示進水流量為5 mL/min下 本發明非活性固定化酵母填料對Pl^+吸附曲線，-1-表示進水流量為10 mL/min下本發明非活性固定化酵母填料對PP+吸附曲線，-X-表示進水流量 為20 mL/min下本發明非活性固定化酵母填料對Pl^+吸附曲線。圖14是不同 進水流量對012+吸附效果圖，圖中-令-表示進水流量為2 mL/min下本發明非 活性固定化酵母填料對012+吸附曲線，- -表示進水流量為5 mL/min下本發 明非活性固定化酵母填料對C^+吸附曲線，-血-表示進水流量為10mL/min下 本發明非活性固定化酵母填料對Ci^+吸附曲線，-X-表示進水流量為20 mL/min下本發明非活性固定化酵母填料對Q +吸附曲線。圖15是本發明非活 性固定化酵母填料的紅外光譜圖。圖16是本發明非活性固定化酵母填料吸附 Pb"的紅外光譜圖。圖17是本發明非活性固定化酵母填料吸附Q^+的紅外光 譜圖。
具體實施方式
具體實施方式
一本實施方式中非活性固定化酵母填料是非活性酵母干粉 菌體與固定化材料包埋制成；非活性酵母干粉菌體是非活性啤酒酵母菌體(片 狀或大粒狀)經研磨、過篩、烘干制成;非活性固定化酵母填料的粒徑為 0.5~5mm，固定化材料為瓊脂、明膠或海藻酸鈉；固定化材料與非活性酵母干 粉菌體的質量比為1: 2~4。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是非活性啤酒酵母 菌體是經過預處理的，其中預處理過程為洗滌、抽濾、烘干。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
二不同的是預處理過程中在 洗滌前用濃度為0.1~1.0mol/L的HC1或NaOH溶液浸泡。其它與具體實施方 式二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于固定化材料 與非活性啤酒酵母菌體的質量比為1: 3。'其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一不同的是非活性固定化酵 母填料的粒徑為1.2~2.5mm。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一不同的是非活性固定化酵母填料的粒徑為1.9mm。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七本實施方式中制備非活性固定化酵母填料方法的步驟如 下 一、將非活性啤酒酵母菌體(片狀或大粒狀)研磨，過篩(篩孔0.1 0.3 mm)， 再在100 11(TC條件下烘干置于干燥器中備用，得到非活性酵母干粉菌體；二、 將步驟一得到的非活性酵母干粉菌體加入去離子水中攪勻，爾后加入固定化材 料繼續攪拌至均勻得到膠體，然后放置8r42h(排出氣泡)，將膠體滴入CaCl2 溶液得到0.5-5mm的圓球體，圓球體放置12~15h;爾后用去離子水沖洗再在 0.1~1.0mol/LHCL中浸泡24h，然后用去離子水浸泡至去離子水pH為5~6時， 在室溫條件下保存于去離子水中備用；得到非活性固定化酵母填料。其中在步 驟二中CaCl2溶液的濃度為1 3 % (重量)，固定化材料為瓊脂、明膠或海藻酸 鈉，固定化材料與非活性酵母干粉菌體的質量比為1: 2~4。本實施方式中的非活性啤酒酵母菌體取自哈爾濱啤酒集團。用海藻酸鈉固 定得到的非活性固定化酵母填料質地均勻，表面光滑，肉眼觀察球體呈暗色調， 用手輕按壓，有較好的彈性和機械性能。瓊脂和明膠固定得到的非活性固定化 酵母填料比較明亮，球體橢圓，有"小尾巴"，形狀像蝌酙。取1000粒制備好 的酵母球體，于20 。C室溫下經5000 r/min離心，只有2粒破損，完好率為99.8%， 表明本實施方式制得的非活性固定化酵母填料有較好的機械性能。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
七不同的是非活性啤酒酵母 菌體是經過預處理的，預處理的方法如下將非活性酵母干粉菌體經研磨、過 篩，然后在100 11(TC條件下烘干；即完成非活性啤酒酵母菌體的預處理。其 它與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
九本實施方式具體實施方式
八不同的是非活性啤酒酵母菌 體在洗滌前用濃度為0.卜1.0mol/L的HC1或NaOH溶液浸泡48h。其它與具體實施方式
八相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
七不同點在于在步驟二中烘 干的溫度為105°C。其它與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
七不同點在于在步驟三中 CaCl2溶液的濃度為2 % (重量)。其它與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
七不同點在于固定化材料 與非活性酵母干粉菌體的質量比為h 3。其它與具體實施方式
七相同。本實施方式中的配比既保證酵母球有較好的機械性能，同時會有較好的傳 質系數。
具體實施方式
十三本實施方式中非活性固定化酵母填料處理重金屬廢水 的方法如下將重金屬廢水通入裝有非活性固定化酵母填料的反應器，非活性化酵母吸附重金屬，進水方式為連續升流式或降流式，其中反應溫度為10~30 °C，非活性固定化酵母填料在反應器中的密度為20 120g/L， pH值為5 8。本實施方式中非活性固定化酵母填料對Pb2+、 012+的最大吸附量分別為 7.7880mg/g和4.8239mg/g。 K+、 Ca2+、 Na+、 Mg^對非活性固定化酵母填料吸 附重金屬離子的影響很小或不影響，固定化材料對非活性固定化酵母填料吸附 重金屬離子的影響很小。非活性固定化酵母填料吸附是不依賴于能量代謝的物 理過程，所以溫度影響不大，在10 25。C之間均可。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
十三不同點在于pH值為 6。其它與具體實施方式
十三相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
九不同點在于非活性固定 化酵母填料在反應器中的密度為80g/L。其它與具體實施方式
十三相同。
具體實施方式
十六本實施方式中以常見的重金屬Pb2—、 012+廢水為例驗 證本發明的效果，采用具體實施方式
十三中的方法，其中進水方式為升流式， 反應柱的凈高為30厘米，反應柱的凈直徑為3厘米，材質為有機玻璃，進水 流量為2~20mL/min，水力停留時間HRT為12.5 125min。本實施方式對廢水 中重金屬Pb、 012+的處理能達到國家1-2級排放標準，但對COD、 SS等有 機物的處理效果不好，需使用生化方法進一步深入處理。
權利要求
1、一種非活性固定化酵母填料，其特征在于非活性固定化酵母填料是非活性酵母干粉菌體與固定化材料經包埋法制成；非活性酵母干粉菌體是非活性啤酒酵母菌體經研磨、過篩、烘干制成；非活性固定化酵母填料的粒徑為0.5～5mm，固定化材料與非活性酵母干粉菌體的質量比為1∶2～4。
2、 根據權利要求1所述的非活性固定化酵母填料，其特征在于固定化材 料為瓊脂、明膠或海藻酸鈉。
3、 根據權利要求1所述的非活性固定化酵母填料，其特征在于固定化材 料與非活性啤酒酵母菌體的質量比為1: 3。
4、 根據權利要求1所述的非活性固定化酵母填料，其特征在于非活性固 定化酵母填料的粒徑為1.2 2.5mm。
5、 制備權利要求l所述非活性固定化酵母填料的方法，其特征在于非活 性固定化酵母填料制備方法的步驟如下 一、將非活性啤酒酵母菌體研磨，過 篩，再在100 11(TC條件下烘干置于干燥器中備用，得到非活性酵母干粉菌體； 二、將步驟一得到的非活性酵母干粉菌體加入去離子水中攪勻，爾后加入固定 化材料繼續攪拌至均勻得到膠體，其中固定化材料與非活性酵母干粉菌體的質 量比為1: 2~4，然后放置8 12h，將膠體滴入CaCl2溶液得到0.5 5mm的圓 球體，圓球體放置12~15h;爾后用去離子水沖洗再在O.l~1.0mol/L HC1中浸 泡24h，然后用去離子水浸泡至去離子水的pH值5~6，在室溫條件下保存于 去離子水中備用；得到非活性固定化酵母填料。
6、 根據權利要求5所述非活性固定化酵母填料的制備方法，其特征在于 步驟二中固定化材料為瓊脂、明膠或海藻酸鈉。
7、 根據權利要求5所述非活性固定化酵母填料的制備方法，其特征在于 步驟二中烘干的溫度為105°C。
8、 根據權利要求1所述非活性固定化酵母填料處理重金屬廢水的方法， 其特征在于非活性固定化酵母填料處理重金屬廢水的方法如下將重金屬廢水 通入裝有非活性固定化酵母填料的反應器，非活性酵母吸附重金屬，進水方式 為連續升流式或降流式，其中反應溫度為10~30°C,非活性固定化酵母填料在 反應器中的密度為20 120g/L， pH值為5 8。
9、 根據權利要求8所述非活性固定&酵母填料處理重金屬廢水的方法， 其特征在于pH值為6。
10、 根據權利要求8所述非活性固定化酵母填料處理重金屬廢水的方法， 其特征在于非活性固定化酵母填料在反應器中的密度為80g/L。
全文摘要
非活性固定化酵母填料及其制備方法和處理重金屬廢水的方法，它涉及一種含非活性酵母填料及其制備方法和處理廢水的方法。它解決了目前非活性酵母處理重金屬廢水的研究大多采用靜態吸附從而無法工業化應用和大面積推廣的問題。非活性固定化酵母填料是由非活性酵母干粉菌體與固定化材料經包埋法制成；非活性酵母干粉菌體是非活性啤酒酵母菌體經研磨、過篩、烘干制成；其處理重金屬廢水方法將重金屬廢水通入裝有非活性固定化酵母填料的反應器去除重金屬；進水方式為連續升流式或降流式。本發明具有原料易得、工藝簡單、便于操作、節約資源、減少對環境的污染、成本低的優點。本發明使非活性酵母能工業化應用且大面積推廣。
文檔編號C12N11/04GK101225379SQ20081006391
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月25日 優先權日2008年1月25日
發明者婥 刁, 孟慶娟, 穎 張, 范春輝 申請人:東北農業大學