米根霉菌吸附法去除电镀废水中的镍

　　摘要：采用从铀钨废水中提取出的一种米根雾菌（OR菌）吸会电镀废水中的镍，探讨了反应时间、溶液pH值、吸附剂用量、溶液Ni2+初始浓度等于对OR菌吸附Ni2+效果的影响。实验结果表明，在室温条件下，pH值对吸附效果的影响不明显，吸附剂用量和溶液Ni²⁺初始浓度对吸附效果的影响显著；在试验的温度范围内吸附等温线符合 Langmuir方程。
　　关键词：米根霉菌；含镍废水；废水处理；吸附；解吸
　　中图分类号：X781.1 文献标识码：A 文章编号：1009－2455（2004）02－0036－04

Removal of Nickel from Electroplating Wastewater through Adsorption by Rhizopus Oryzae

WANG Guo－qian¹，ZENG Kang－mei¹，LEI Yan－zhu¹，YANG Jia¹，LI Xin²

（1.College of A rchitecture and Environment,Sichuan University,Chengdu 610065，China;

2.Chengdu Ketai Company,Chengdu 610065 ,China）

　　Abstract：A rhizopus oryzae（OR bacteria）extracted from uranium－tungsten wastewater was used to adsorb nickel from electroplating wastewater.The effects of the reaction time，pH values of solution，dosage of adsorbent，initial Ni2+ concentration of solution，etc.on the result dadsorption of Ni²⁺ by OR bacteria were studied.The experimental results indicsted that at room temperature，the effects of pH values on the results of adsorption were not significant，while the effects of the dosage of adsorbent and the initial Ni2+ concentration of solution on the result of adsorption were obvious；and that within the range of the experimental temperatures the adsorption isothermal curve accorded with the Langmuir Equation.
　　Key words：rhizopus oryzae；nickel－contained wastewater;wastewater treatment; adsorption;desorption

　　根霉属菌为葡萄糖淀粉酶产生菌，在工业上多用于生产酒精及酶法葡萄糖；而根霉属中的米根霉菌（OR菌）多是通过发酵生产L（+）-乳酸的理想菌种^[1-2]。试验菌种采用了铀钨废水中分离出的一种OR 菌，这种菌以前被证明有良好的吸附铀的特性，本试验目的是：采用OR菌处理电镀废水中的镍，了解OR菌在不同的水质条件和操作条件下对镍去除率的影响。

1 实验材料与实验方法

1.1 实验水质
　　某电镀废水：ρ（Ni²⁺）＝165 mg／L，pH＝6.50。将上述电镀废水用蒸馏水配制成不同的质量浓度。
1.2 主要检测指标与方法
　　镍离子：标准丁二酮股分光光度法（CB11910-89）。
1.3 主要实验仪器
　　THZ－95型恒温振荡器，HI98127防水型pH/温度微电脑测试笔，722型光栅分光光度计,V4105型 X射线能谱仪，JCM－5900 IV型扫描电镜，H－600 IV型透射电镜。
1.4 实验方法
　　OR菌（中科院成都分院生物所提供）：培养出的菌种在真空下冻干后，碾磨过100 目孔筛后待用；称取适量 OR菌于 100 mL锥形瓶中，加入一定体积配好浓度的溶液，在振荡器上振荡反应，到预定时间后过滤。取适量滤液测定pH值和残余镍含量，按公式（1）计算镍去除率：

　　去除率＝[(ρ₀-ρ)/ρ₀]×100%　　　　　　　　　(1)

　　式中：ρ₀──镍初始的质量浓度，mg／L；
　　　　　ρ ──处理后镍的质量浓度，mg／L。

　　按公式（2）计算吸附容量：

　　q=(ρ₀-ρ_e)V/W　　　　　　　(2)

式中：q──吸附容量，mg／g；
　　　ρ_o──镍初始的质量浓度，mg／L；
　　　ρ_e──处理后镍的质量浓度，mg／L；
　　　w——吸附剂干重，g；
　　　V——溶液体积，L。

2 试验结果分析与讨论

2.1 吸附时间对吸附效率的影响
　　反应条件：溶液初始镍的质量浓度 33.6 mg／L；室温 20℃；转速 150 r／min，OR菌 0.05 g；pH值6.3。
　　取配制好的试液25 mL于 10个锥形瓶中，加入适量吸附剂OR菌振荡一定时间过滤，测定镍浓度，结果如图1。结果显示吸附量和镍离子浓度随吸附时间的变化比较显著，在一定时间后速度逐渐降低，最后趋于一定值，达到吸附平衡。OR菌吸附镍的速率很快，30 min即可达到吸附平衡。

2.2 pH值对吸附效果的影响
　　反应条件：溶液初始镍的质量浓度16.54 mg／L；吸附剂 OR菌 0.10 g；室温 20℃；转速 150 r／min；反应时间 30 min。
　　取配制溶液20 mL于锥形瓶中，用 H₂SO₄ 和NaOH调节出不同的pH值后，分别加入适量制备好的OR菌，实验结果如表1。

表l pH值对吸附效果的影响

　　从以上实验结果看，在不同的pH值下，OR菌对镍的吸附容量大小相近，去除率也很接近，均在90％以上，可见OR菌能在较宽的pH值范围对镍进行吸附，并取得良好的吸附效果。
2.3 吸附剂用量对吸附效果的影响
　　反应条件：溶液初始镍的质量浓度33.6 mg／L；室温 20 ℃；转速 150 r／min；反应时间 30 min；pH值6.3。
　　取配制好的溶液25 mL于锥形瓶中，分别加入不同量的吸附剂，反应后结果如表2。

表2  吸附剂用且对吸附效果的影响

　　从实验结果看，随着吸附剂用量的增加，溶液中镍的去除率提高，OR 菌对镍的吸附容量减少。在吸附投放量大于0.10 g时去除率可高于91.5％，加人OR菌0.3 g时废水Ni²⁺浓度可达到国家污水综合排放标准（GB8978－1996）。
2.4 镍离子初始浓度对吸附效果的影响
　　OR菌0.10 g，室温 22℃，转速 150 r／min，反应时间 30 min。
　　取不同浓度的溶液20 mL于锥形瓶中，分别加入适量的吸附剂OR菌，反应后结果如图2所示。从图2可以看出，在镍离子初始质量浓度不高于 66 mg／L的情况下，吸附容量随着 Ni²⁺的质量浓度的增加而增加，且几乎成正比关系；当镍离子初始质量浓度大于 66 mg／L后，随着 Ni²⁺质量浓度的增加，吸附容量增长趋势减缓，增长不再呈线性变化。

2.5 镍的解吸探讨
　　反应条件：待解吸样0.05 g；平均镍含量6.08mg／g；盐酸 2 mL；室温 25 ℃；振荡时间 15 min。
　　将吸附 Ni²⁺后的 OR菌晾干，用 lmL 0.lmol／L  NaHCO₃和HCl进行解吸比较实验，经过15 min反应后，过滤并测定溶液中的Ni²⁺ 浓度。经过比较，用 0.lmor/L  NaHCO₃ 溶液只能解析出少量的Ni²⁺，解吸率仅8.5％，而用相同浓度的HCl溶液能达到89％以上的解吸率。
　　用不同浓度的HCl进行脱附反应，反应结果如表3。

表3 盐酸浓度对解吸效果影响

　　从表 3可看出，用较少量的 0.06 mol／L HCl溶液就能达到较高的解吸率；HCl浓度继续增大，解吸率略有降低，但变化不显著。
2.6 OR菌吸附镍的机理探讨
2.6.1 吸附等温式的建立
　　反应条件：温度 22℃；转速 150 min；反应时间 30 min；pH值 6.2。取不同浓度的溶液置于 20 mL锥形瓶中，分别加人适量的吸附剂OR菌，反应后结果如图3。

　　从图3-1可以看出，用Langmuir方程^[3]可以很好地描述本实验的等温线吸附过程。以ρ_e／q—ρ_e作图得图3－2，根据图3－2可得出OR菌吸附Ni²⁺的Langmuir吸附等温式：

　　式中：吸附平衡常数 b=0.048 L/mg

　　由上式（3）可得：饱和吸附量Q_o=23.419mg／g。
　　该式适用于平衡质量浓度 ρ_e为 3～126 mg／L，吸附量q为 2.5～20 mg／g范围。
2.6.2 OR菌吸附Ni2+ 前、后的细胞组织观察
　　图4和图5为吸附Ni²⁺ 前、后OR菌的透射电镜横、纵截面比较图，从图中可看出，吸附Ni²⁺ 前的OR菌比吸附Ni²⁺ 后的OR菌的细胞壁薄，胞内物质少而且比较分散，吸附后细胞内组织发生了显著的变化；表明Ni²⁺有可能通过细胞壁进入细胞内，在细胞内富集。
2.6.3 吸附前、后的OR菌微区成分分析
　　将吸附Ni²⁺前、后的OR菌用X射线衍射作做区成分分析，得吸附前后X射线衍射图。从吸附前、后的OR菌的微区成分分析图上可看出，吸附后的OR菌菌丝表面镍离子峰十分明显，表明菌丝细胞表面可吸镍离子。本实验中镍以化合物（硫酸镍、聚磷酸镍等）形态被吸附在吸附剂表面和通过细胞壁在吸附剂细胞内富集。

3 结论

　　通过以上结果与分析，可以得到以下结论：
　　①用OR菌从电镀废水中吸附镍效果显著，且吸附速度较快。
　　②在pH值为3～9的范围内，OR菌对镍的吸附效果受溶液pH值的影响较小。
　　③随着吸附剂用量的增加，镍的去除率升高，吸附容量减小。
　　④当 Ni²⁺ 初始质量浓度在 66 mg／L以下时，吸附容量随溶液中Ni2+ 初始质量浓度的增加而升高，且呈正比关系增长。
　　⑤在实验的温度范围内吸附等温线符合Lang－muir方程：

　　ρ_e／q=ρ_e/23.419 + 1/1.128

　　本实验用的OR菌对环境无污染，易于培养，价格便宜，据测算，使用OR菌处理低浓度含镍废水市场药剂成本仅1.5元/t；并且操作简便，适应范围广。用OR菌吸附镍，具有很好的开发和利用前景。

参考文献：

[1] 许艳萍，李艳琴.一株根霉菌特性初探[J].微生物学杂志.1993，13（l）：52—54.
[2] Park E Y，Eoeakai Y，Oksbe.Efficient pnduction Of L(+)-Inctic acid using mycelial cotton－like focs of rhizopus aryvzae in an air－lift bioreator[J].Biotechnol Prog，1998，25（l4）：669－704。
[3] 谢嘉.水污染控制原理[M].成都：成都科技大学出版社.1994.

作者简介：王国情（1975-），女，新疆米泉人，四川大学研究生，研究环境工程水处理，电话（028）85404550，85219790。