酵母菌对三价铬的生物吸附

Posted 2023-01-13 生物

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本文简要说明了铬污染的来源及危害，以及处理三价铬的主要方法：着重阐述了生物吸附技术；根据实验结果，得出其最佳的运行参数为：当PH值为6时，吸附效果最好，振荡60min吸附基本可达平衡。一般是在常温下。常见离子Na+，Ca2+，Mg2+，Cl-
，等对吸附影响不大。在一定浓度范围内酵母菌对三价铬的吸附符合Freundlich和Langmuin等温吸附模型。
1.铬的危害
铬(Cr)遍布于自然界，在水体和大气中均含有微量的铬。铬有多种价态，其中仅三价铬与六价铬具有生物意义。铬是人体必需的微量元素，它与脂类代谢有密切联系，能增加人体内胆固醇的分解和排泄，是机体内葡萄糖能量因子中的一个有效成分，能辅助胰岛素利用葡萄糖。如食物不能提供足够的铬，人体会出现铬缺乏症，影响糖类及脂类代谢。若大量的铬污染环境，则危害人体健康。铬的价态不同，人体吸收铬的效率也不一样，胃肠道对三价铬的吸收比六价铬低，六价铬在胃肠道酸性条件下可还原为三价铬，大量摄入铬可以在体内造成明显的蓄积。
铬中毒主要是指六价铬。六价铬和毒性比三价铬高100倍左右。三价铬和六价铬对水生生物都有致死作用。铬在鱼体内累积。三价铬对鱼类毒害比六价铬大。试验表明，水中含铬在
1ppm时，可刺激水生物生长，在1～10ppm时会使水生生物生长受抑制，达到100ppm时，几乎完全使水生生物生长停止，濒于死亡。由于侵入途径不同，临床表现也不一样。饮用被含铬工业废水污染的水，可致腹部不适及腹泻等中毒症状；铬为皮肤变态反应原，引起过敏性皮炎或湿疹，湿疹的特征多呈小块，钱币状，以亚急表现为主，呈红斑、浸润、渗出、脱屑、病程长，久而不愈；由呼吸进入，对呼吸道有刺激和腐蚀作用，引起鼻炎、咽炎、支气管炎，严重时使鼻中隔糜烂，甚至穿孔。铬还是致癌因子。
2.含铬废水的来源
铬及其化合物在工业生产的各个领域广泛应用，是冶金工业、金属加工电镀、制革、油漆、颜料、印染、制药、照相制版等行业必不可少的原料。这些工业部门分布点多而广，每天排出大量含铬废水。电镀废水的铬主要来自于镀件钝化后的清洗工序，由于工艺技术的要求，一般水体中其它成分的含量较少。水体中铬污染主要是三价铬和六价铬，它们在水体中的迁移转化有一定的规律性。三价铬主要被吸附在固体物质上面而存在于沉积物中；六价铬多溶于水中，而且是稳定的，只有在厌氧的情况下，才还原为三价铬。三价铬的盐类可在中性或弱碱溶液中水解，生成不溶解于水的氢氧化铝而沉水体底泥。在工业废水中，主要是六价铬。环境中的三价铬和六价铬可以相互转化，所以近来规定水质标准，倾向于根据铬的总含量，而不是根据六价铬的含量。
3.电镀等工业排放的含铬废水，常见的处理方法有：
(1)高PH值下降，三价铬转换为氢氧化铬沉淀；
(2)不溶解的金属氧化物沉积；
(3)处理脱水污泥
(4)电解法
上述方法的主要缺点是处置有毒废物费用较高，需要化学试剂还原六价铬以及三价铬还原不完全等。同时回收铬酸代价过高。为了克服这些缺点，因考虑采用廉价的材料除去三价铬。
4.生物材料吸附法
非活体生物材料能快速结合金属离子，可用于贵金属的回收、金属的富集以及从水体中去除重金属离子。生物吸附作为处理重金属污染的一项新核技术与其它同类技术相比(如蒸发、沉淀、活性炭吸附、离子交换树脂、电渗析等)具有以下优点：
① 在低浓度下，金属可以被吸附量较小；
② 对钙、镁离子吸附量较小；
③ 处理效率高；
④ PH值和温度条件范围宽；
⑤ 投资小，运行费用低；
⑥ 可有效地回收一些贵重金属。
因此在“修复"受重金属污染的工业流出物中有广阔的应用前景，尤其是对于重金属含量在100mg/l以下的水体，采用其它方法去除金属离子，处理困难或费用偏高，而使用易得、价廉的原材料一某些工业的废弃物(如发酵的副产物)或自然界大量存在的生物(如藻类)作生物吸附剂，可有效去除重金属离子。自然环境中通过生物吸附作用在食物链中起到对衡量金属离子的积累。
生物吸附的机理和模型
生物材料对金属离子的结合机理有吸附和离子交换。吸附模型有Langmuir等温吸附模型和Freundlich等温吸附模型。
前者的表达式为：q=qmax KLC/(1+ KLC)
(1)
后者为： q=KC1/N
(2)
式中： q—吸附量(μmol/g)
qmax—最大吸附量
KL—吸附平衡常数
C—吸附平衡后的金属离子的浓度(μmol/g)
K—常数
将
(1)式转换一下，可得到期/q—1/C的线性关系式：
1/q=1/ qmax+1/ KLqmax×1/C
截矩为1/ qmax，斜率为1/ qmaxKL，只要得到吸附平衡时生物材料的吸附量和相应的平衡浓度，在不同的金属浓度下操作几次，对q、C的双倒数进行线性回归，从斜率和截矩得到最大吸附量和吸附平衡常数。将
(2)式进行对数转换，得到：
logq=logK+1/N×logC
q和C的对数成线性关系，此式在高浓度下不成立。吸附量可由下式得到：
q=(C0V0-CV)/m
式中： m—吸附剂的质量
C0—加入的金属离子的浓度
V0—加入的溶液的体积
C—吸附平衡时金属离子的浓度
V—发生吸附时体系的体积
Cr(Ⅲ)达到吸附平衡的接触时间为60mm；达到最大吸附量的pH值范围为Cr(Ⅲ)为6；对所有被研究的金属离子，吸附量随着生物量上升到10g/L而增加，之后便趋于稳定，而对某种金属离子的吸附容量却随之降低；本试验中所有的生物吸附都遵循Langmuir等温方程。
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