关键词:
含镉金矿废水
水热炭
微生物
固定化技术
物理化学吸附
摘要:
随着科技的发展和人类生活水平的提高,黄金在各行业得到广泛应用,但伴随着金矿的开采,大量富含重金属离子的选矿废水对环境造成了破坏。尤其是重金属镉(Cd),因其强烈的生物毒性和高富集性严重危害着人类健康和生态安全。因此,为有效治理金矿废水中的镉污染,本研究以固定化微生物技术为基础,采用重金属浓度梯度法从金矿废水池淤泥中筛选得到了对Cd^(2+)耐受性强的原位优势菌种,并以水热炭为固定化载体,采用吸附−包埋−交联相结合的复合固定法制备了固定化微生物活性碳球(HC-PVA-SA-MOI)。通过SEM、XPS和BET表征试验对HC-PVA-SA-MOI的微观形貌、元素组成、表面官能团、比表面积和孔隙率进行了分析,结果显示HC-PVA-SA-MOI呈大小均匀的球状,主要由C、O、N、Na等元素构成,比表面积为134.1821 m^(2)/g,且原位优势菌种成功附着在水热炭表面;通过吸附条件优化实验研究了pH、吸附时间、温度、初始质量浓度、吸附剂投加量以及共存离子对HC-PVA-SA-MOI吸附性能的影响,结果表明:当Cd^(2+)初始质量浓度为100 mg/L,HC-PVA-SA-MOI投加量为5 g/L,溶液pH为6,吸附时间为48 h,温度为30℃时,是HC-PVASA-MOI的最佳吸附条件,此时对Cd^(2+)的去除率为98.59%。此外吸附动力学试验和吸附等温线模型试验研究发现,HC-PVA-SA-MOI对Cd^(2+)的吸附更符合准二级动力学模型和Langmuir模型,说明HC-PVA-SA-MOI对Cd^(2+)的吸附机制主要为均相单分子层的化学吸附;微生物多样性和亚细胞结构分析表明,在吸附Cd^(2+)时,发挥主要作用的微生物为Halomonas(嗜盐单胞菌)属菌种,发挥主要作用的微生物结构为细胞壁和细胞膜。再生试验表明,经过5次吸附−解吸循环后,HC-PVA-SA-MOI对废水中Cd^(2+)的去除率仍能达到90.11%,具有良好的重复利用性能。基于其可持续性、低成本和优良的吸附性能,HC-PVA-SA-MOI有望作为一种用于实际处理金矿废水Cd^(2+)的吸附剂。