微生物在处理电镀废水重金属离子工艺中的应用

　　电镀废水污染严重，是较难处理的废水之一〔1〕。传统的电镀废水的处理方法主要有化学法〔2-4〕、膜分离技术〔5〕、离子交换法〔6-7〕、吸附法〔8〕、有机絮凝法、电解法〔9-10〕等。微生物处理技术是新兴的电镀废水处理技术，可运用混合菌群通过生物的絮凝、吸附、转化等综合作用〔11-14〕，达到去除电镀废水中重金属离子的效果。微生物处理技术适应性强、设备简单、无二次污染、处理费用低，在电镀废水的处理方面有着广阔的应用前景。笔者利用从重金属污染物中筛选出的混合菌种对含重金属的电镀废水进行了处理，考察了pH、菌种投加量、温度及反应时间对混合菌种去除电镀废水中重金属离子的影响，并通过正交实验对这4个影响因素进行了优化，确定其最佳的处理条件，获得了较好的效果。

　　1·实验材料和方法

　　1.1实验材料

　　1.1.1主要实验仪器及试剂

　　仪器：IRIS Advantage 1000型电感耦合等离子体发射光谱仪，美国Thermo Jarrell Ash公司；HHS28型电热恒温水浴锅，上海天平仪器厂；JB21型磁力搅拌器，上海雷磁新泾仪器有限公司；800型离心机，上海手术器械厂。试剂：硝酸、氢氧化钠，分析纯，中国医药上海化学试剂站。

　　1.1.2实验废水

　　本实验中所用实际电镀废水为平湖某电镀厂排放的废水，其水质如表1所示。在对去除重金属离子影响因素的研究中，采用的是模拟配水。

　　1.2实验方法

　　1.2.1菌种的制备

　　厌氧微生物菌是本实验室从重金属污染物中筛选出的混合菌种，经初步鉴定，其中1株为梭菌属，其余3株为硫还原菌属，其比例约为2∶1∶1∶1，常温厌氧环境保存。活化时采用2 L的厌氧瓶，以食品发酵液为主要培养基，接种体积分数为10%的混合菌种。在35℃下厌氧培养2 d后，取菌液用于实验。

　　1.2.2单因素实验

　　取200 mL配制重金属废水，镉、铬、铜和镍金属离子的质量浓度分别为40、30、10、50 mg/L。在pH、菌种投加量、温度和反应时间等不同的反应条件下进行试验，加入OD600=0.6的菌液（培养约48 h），缓慢搅拌1 min，反应30 min，静置10 min后，用离心机在2 000 r/min下离心分离，取上清液测定残留金属离子的浓度，计算其对金属离子的去除率。

　　1.2.3正交实验

　　1.2.4综合验证实验

　　取200 mL实际电镀废水，根据最佳反应参数，进行验证实验：在室温条件下用氢氧化钠溶液调pH=6.0，分别加入8 mL/L的菌液（考虑到实际电镀废水中其他有机物的影响，故加大菌种投量），缓慢搅拌1 min，在20℃反应20 min后，调pH至6～7，过滤，测定Cd2+、Cr6+、Cu2+、Ni2+的含量。

　　1.2.5指标测试及方法

　　实验过程中需要测定的指标和采用的分析方法，如表3所示。

　　2·实验结果及讨论

　　2.1单因素实验

　　2.1.1 pH对重金属离子去除率的影响

　　pH对重金属离子去除率的影响见图1。

　　由图1可以看出，在不同的pH条件下，4种金属离子都有不同程度的去除，去除率总体上随着pH的升高而增加。重金属离子浓度下降主要有两个方面的原因：一方面，这些细菌会代谢生成一定的硫化物，在酸性条件下它们是以硫化氢的形式存在，S2-浓度与H+浓度的平方成反比，当酸性减弱，S2-浓度就会增大，更有利于金属硫化物沉淀生成；另一方面，金属离子与H+之间存在着竞争吸附的关系，在低pH下，细菌表面更多地吸附了溶液中的H+，大大降低了细菌与重金属离子的结合能力和反应机会，随着pH升高，细菌表面的负电荷密度增大，重金属离子的电性吸附量增加，细菌对重金属离子的选择吸附能力增强。本实验表明在pH=6.0时，菌液对镉、铬、铜、镍去除率分别可达到96%、94%、83%和91%。相对来说，菌液对4种金属离子的去除能力依次为：Cd2+＞Cr6+＞Ni2+＞Cu2+。

　　2.1.2菌种投加量对重金属离子去除率的影响

　　菌种投加量直接影响反应体系中的生物量，所以菌种投加量对金属离子的去除率具有很强的影响。菌种投加量对重金属离子去除率的影响见图2。

　　由图2可见，金属离子的去除率随着菌种投加量的增加而增加。当菌种投加量＜1.0 mL/L时，金属离子的去除率增长缓慢；菌种投加量超过1.0 mL/L后，金属离子去除率开始显著增加，并在菌种投加量为2.0 mL/L左右时开始趋于平衡。当菌种投加量达到3.0 mL/L时，对镉、铬、铜、镍4种金属离子的去除率达到最高，分别为94%、96%、82%和93%。这表明微生物的生物量直接影响对重金属离子的去除。