電鍍廢水污染嚴(yán)重，是較難處理的廢水之一〔1〕。傳統(tǒng)的電鍍廢水的處理方法主要有化學(xué)法〔2-4〕、膜分離技術(shù)〔5〕、離子交換法〔6-7〕、吸附法〔8〕、有機(jī)絮凝法、電解法〔9-10〕等。微生物處理技術(shù)是新興的電鍍廢水處理技術(shù)，可運(yùn)用混合菌群通過生物的絮凝、吸附、轉(zhuǎn)化等綜合作用〔11-14〕，達(dá)到去除電鍍廢水中重金屬離子的效果。微生物處理技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)、設(shè)備簡(jiǎn)單、無二次污染、處理費(fèi)用低，在電鍍廢水的處理方面有著廣闊的應(yīng)用前景。筆者利用從重金屬污染物中篩選出的混合菌種對(duì)含重金屬的電鍍廢水進(jìn)行了處理，考察了pH、菌種投加量、溫度及反應(yīng)時(shí)間對(duì)混合菌種去除電鍍廢水中重金屬離子的影響，并通過正交實(shí)驗(yàn)對(duì)這4個(gè)影響因素進(jìn)行了優(yōu)化，確定其最佳的處理?xiàng)l件，獲得了較好的效果。

1·實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1主要實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

儀器：IRIS Advantage 1000型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國Thermo Jarrell Ash公司；HHS28型電熱恒溫水浴鍋，上海天平儀器廠；JB21型磁力攪拌器，上海雷磁新涇儀器有限公司；800型離心機(jī)，上海手術(shù)器械廠。試劑：硝酸、氫氧化鈉，分析純，中國醫(yī)藥上海化學(xué)試劑站。

1.1.2實(shí)驗(yàn)廢水

本實(shí)驗(yàn)中所用實(shí)際電鍍廢水為平湖某電鍍廠排放的廢水，其水質(zhì)如表1所示。在對(duì)去除重金屬離子影響因素的研究中，采用的是模擬配水。
 

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1菌種的制備

厭氧微生物菌是本實(shí)驗(yàn)室從重金屬污染物中篩選出的混合菌種，經(jīng)初步鑒定，其中1株為梭菌屬，其余3株為硫還原菌屬，其比例約為2∶1∶1∶1，常溫厭氧環(huán)境保存。活化時(shí)采用2 L的厭氧瓶，以食品發(fā)酵液為主要培養(yǎng)基，接種體積分?jǐn)?shù)為10%的混合菌種。在35℃下厭氧培養(yǎng)2 d后，取菌液用于實(shí)驗(yàn)。

1.2.2單因素實(shí)驗(yàn)

取200 mL配制重金屬廢水，鎘、鉻、銅和鎳金屬離子的質(zhì)量濃度分別為40、30、10、50 mg/L。在pH、菌種投加量、溫度和反應(yīng)時(shí)間等不同的反應(yīng)條件下進(jìn)行試驗(yàn)，加入OD600=0.6的菌液（培養(yǎng)約48 h），緩慢攪拌1 min，反應(yīng)30 min，靜置10 min后，用離心機(jī)在2 000 r/min下離心分離，取上清液測(cè)定殘留金屬離子的濃度，計(jì)算其對(duì)金屬離子的去除率。

1.2.3正交實(shí)驗(yàn)
 

1.2.4綜合驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

取200 mL實(shí)際電鍍廢水，根據(jù)最佳反應(yīng)參數(shù)，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)：在室溫條件下用氫氧化鈉溶液調(diào)pH=6.0，分別加入8 mL/L的菌液（考慮到實(shí)際電鍍廢水中其他有機(jī)物的影響，故加大菌種投量），緩慢攪拌1 min，在20℃反應(yīng)20 min后，調(diào)pH至6～7，過濾，測(cè)定Cd2+、Cr6+、Cu2+、Ni2+的含量。

1.2.5指標(biāo)測(cè)試及方法

實(shí)驗(yàn)過程中需要測(cè)定的指標(biāo)和采用的分析方法，如表3所示。

2·實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 pH對(duì)重金屬離子去除率的影響

pH對(duì)重金屬離子去除率的影響見圖1。
 

由圖1可以看出，在不同的pH條件下，4種金屬離子都有不同程度的去除，去除率總體上隨著pH的升高而增加。重金屬離子濃度下降主要有兩個(gè)方面的原因：一方面，這些細(xì)菌會(huì)代謝生成一定的硫化物，在酸性條件下它們是以硫化氫的形式存在，S2-濃度與H+濃度的平方成反比，當(dāng)酸性減弱，S2-濃度就會(huì)增大，更有利于金屬硫化物沉淀生成；另一方面，金屬離子與H+之間存在著競(jìng)爭(zhēng)吸附的關(guān)系，在低pH下，細(xì)菌表面更多地吸附了溶液中的H+，大大降低了細(xì)菌與重金屬離子的結(jié)合能力和反應(yīng)機(jī)會(huì)，隨著pH升高，細(xì)菌表面的負(fù)電荷密度增大，重金屬離子的電性吸附量增加，細(xì)菌對(duì)重金屬離子的選擇吸附能力增強(qiáng)。本實(shí)驗(yàn)表明在pH=6.0時(shí)，菌液對(duì)鎘、鉻、銅、鎳去除率分別可達(dá)到96%、94%、83%和91%。相對(duì)來說，菌液對(duì)4種金屬離子的去除能力依次為：Cd2+＞Cr6+＞Ni2+＞Cu2+。

2.1.2菌種投加量對(duì)重金屬離子去除率的影響

菌種投加量直接影響反應(yīng)體系中的生物量，所以菌種投加量對(duì)金屬離子的去除率具有很強(qiáng)的影響。菌種投加量對(duì)重金屬離子去除率的影響見圖2。
 

由圖2可見，金屬離子的去除率隨著菌種投加量的增加而增加。當(dāng)菌種投加量＜1.0 mL/L時(shí)，金屬離子的去除率增長緩慢；菌種投加量超過1.0 mL/L后，金屬離子去除率開始顯著增加，并在菌種投加量為2.0 mL/L左右時(shí)開始趨于平衡。當(dāng)菌種投加量達(dá)到3.0 mL/L時(shí)，對(duì)鎘、鉻、銅、鎳4種金屬離子的去除率達(dá)到最高，分別為94%、96%、82%和93%。這表明微生物的生物量直接影響對(duì)重金屬離子的去除。

2.1.3溫度對(duì)重金屬離子去除率的影響

溫度是影響菌種反應(yīng)過程的重要環(huán)境因子之一，其作用機(jī)理主要包括3個(gè)方面：一是溫度升高可加快微生物的生化反應(yīng)速率，使得混合菌可以加快重金屬離子的生物轉(zhuǎn)化；二是細(xì)菌表面上的吸附包括物理吸附和化學(xué)吸附，化學(xué)反應(yīng)熱可正可負(fù)，溫度增高時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物的量可能增加也可能減少，而物理吸附總是伴隨有能量的釋放，因此溫度升高物理吸附量減少；三是離子交換吸附是吸熱反應(yīng)，非離子交換吸附是放熱反應(yīng)，因此，溫度升高有利于離子交換吸附，而不利于非離子交換吸附。不同溫度下試樣對(duì)鎘、鉻、銅和鎳的去除率，如圖3所示。
 

由圖3可見，4種金屬離子的去除率總體上隨著溫度的升高而增大，在20℃時(shí)，細(xì)菌對(duì)鎘、鉻、銅和鎳去除率就接近最大值，分別為96%、95%、83%和90%。在溫度＜20℃時(shí)，溫度對(duì)微生物處理金屬離子具有一定的影響，但當(dāng)溫度＞20℃時(shí)，溫度對(duì)本部分的實(shí)驗(yàn)影響甚微，表明本實(shí)驗(yàn)可在常溫條件下進(jìn)行。

2.1.4反應(yīng)時(shí)間對(duì)重金屬離子去除率的影響

反應(yīng)時(shí)間對(duì)重金屬去除率的影響見圖4。
 

由圖4可以看出，重金屬離子的去除率隨著反應(yīng)的進(jìn)行先增加，之后趨于平衡。在反應(yīng)時(shí)間為10 min時(shí)，4種重金屬去除率基本都達(dá)到50%，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到20 min后，細(xì)菌對(duì)鎘、鉻、銅、鎳的去除率接近最大值，分別為95%、95%、83%、90%。在后續(xù)時(shí)間里，重金屬離子的去除率幾乎沒有變化。因此，處理時(shí)間在20 min以內(nèi)就可以達(dá)到很好的處理效果。

2.2正交實(shí)驗(yàn)

按1.2.3進(jìn)行的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4、表5。
 

從表4、表5可以看出，影響廢水中各離子去除的因素影響程度由大到小依次為pH>菌種投加量>反應(yīng)時(shí)間>溫度。進(jìn)而確定最佳反應(yīng)參數(shù)為：pH=6.0，反應(yīng)時(shí)間20 min，微生物加入量為3.0 mL/L，溫度為20℃。

2.3綜合驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

綜合驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。
 

從表6可以看出，使用菌液對(duì)實(shí)際廢水進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)時(shí)，對(duì)實(shí)際電鍍廢水中鎘、鉻、銅、鎳4種重金屬離子的去除效果良好，平均去除率分別為97.7%、98.6%、95.0%和91.5%。

3·結(jié)論

討論了微生物在處理電鍍廢水重金屬離子工藝中的影響因素，并對(duì)不同影響因素條件下得出的結(jié)果進(jìn)行分析。通過正交實(shí)驗(yàn)確定最佳反應(yīng)參數(shù)，即微生物加入量為3.0 mL/L、反應(yīng)時(shí)間為20 min、pH=6.0、溫度20℃為最優(yōu)組合條件。將此參數(shù)用于實(shí)際廢水處理得到了很好的處理效果，表明本混合菌群對(duì)重金屬廢水有較強(qiáng)的適應(yīng)性，并且能夠獨(dú)立處理此類廢水，具有廣闊的應(yīng)用前景。

［參考文獻(xiàn)］：略

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