一种去除含盐废水中重金属的复合型人工水草

1.本发明提供的一种去除含盐废水中重金属的复合型人工水草，属于水生态修复技术领域。


背景技术：

2.近年来，由于工业的迅速发展，染料行业，石油化工行业，电镀业及机械加工行业相继迅猛发展，这些行业产生的含盐废水大都被直接排放到湖泊、河流、海洋，其水体都或多或少含有有害重金属离子，这不仅污染了水环境，使水质迅速恶化，且其污水排放量逐年升高，水污染尤其是水中重金属离子污染已成为不争的事实，严重危害各类生物包括人类的生存。重金属离子污染对人类身体健康及生存环境的威胁已引起各国科学家的的广泛关注，与此同时，也就使得重金属废水处理技术得到了飞速发展。处理重金属废水的方法多样，目前大体可以分为：化学法、物理法、生物法。但化学及物理方法由于处理效果不理想、费用昂贵，易造成二次污染等原因，限制了它们自身的应用前景。相对于前两种的诸多缺陷，生物法凭其对低浓度的重金属含盐废水有很好的处理效果，且成本低廉、废料易处理等优势，现今已成为水处理研究领域的热点。近年来，国内外很多科研工作者对农林副产品或农业废弃物进行研究，研制出一些不同特性，不同功能的吸附剂。比如板栗壳、柿子渣、蘑菇根、茶渣等经特殊改性处理后制成吸附剂，但终因其处理加工工艺复杂，没能得到广泛推广。
3.人工水草技术本质上是一种生物膜技术，通常采用耐酸碱、耐污、机械性能好的仿水草材料，模仿水生植物和生物填料的净化原理。其不受透明度、光照等限制，且有助于微生物附着生长，形成稳定的生物被膜。目前应用最多的水草包括阿科曼生态基、细绳状人工水草、臭轮藻型人工水草、生物带型人工水草等，这些水草的共同特点是为各类微生物提供了适宜的生长条件，使其能附着在水草表面，对污染物进行吸附降解。
4.棉花产量最高的国家有中国、美国、印度等。其秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用途的可再生生物资源，特点是含有大量粗纤维和木质素等。选用棉花秸秆作为人工水草降解重金属的材料，能够提高其利用率，可变废为宝。


技术实现要素：

5.本发明提供的一种去除含盐废水中重金属的复合型人工水草，结构简单，可有效去除含盐废水中的重金属，吸附性强。
6.本发明提供的一种去除含盐废水中重金属的复合型人工水草，包括水草球本体、浮子、横杆、鱼线，所述水草球本体包括水草球、菌剂，所述菌剂均匀的喷洒在水草球上，所述横杆安装在沟渠型氧化塘的两侧，所述横杆上绕设有多根鱼线，所述鱼线的一端穿设有浮子，所述浮子靠近横杆，所述鱼线远离浮子的一端穿设有若干个水草球本体；
7.a.所述水草球的制备方法，其具体步骤如下：
8.步骤(1)：取棉花秸秆用超纯水清洗5～10次，然后将棉花秸秆浸渍在质量分数为
20～50％的koh溶液中，常温下搅拌浸渍10～15h，然后将浸渍完成的棉花秸秆在50～70℃下烘干；
9.步骤(2)：取步骤(1)中烘干的棉花秸秆放入管式电炉中，通氮气保护，以10℃/min的速率升温至600～850℃，然后保温煅烧1～3h成生物炭，将煅烧后的生物炭研磨成粉体；
10.步骤(3)：将粒径为4～6mm的88g沸石颗粒加入到250ml质量百分比浓度为98％的乙醇溶液中，在1000r/min条件下搅拌50分钟，过滤除去液体，经400ml去离子水洗涤后得到洗净沸石；
11.步骤(4)：在水热反应釜中加入0.5～1重量份粉体、1
‑
2重量份洗净沸石、30～50重量份超纯水，搅拌8～12h至完全溶胀，然后加入陶瓷土，混合均匀后，将混合物离心干燥，得到水草球本体；将水草球本体浸渍在体积比为1:2的氢氧化钠和尿素溶液中，搅拌12～24小时，得到碱性溶液处理的水草球；
12.步骤(5)：将3
‑
巯丙基三乙氧基硅烷加入乙醇水溶液中震荡1～3h，得到改性液；将步骤(4)得到的水草球加入到改性液中，震荡1～3h，过滤，得到的固体在球形模具内制作成球形后，在烘箱80
°
下烘干24h备用；
13.b.所述菌剂的制备方法，其具体步骤如下：
14.s1：取琥珀葡萄球菌staphylococcus succinus，转速130r/min，温度28
°
，在摇床中培养24h；
15.s2：在摇床中倒入nb培养基，培养48h，得到菌剂；
16.将培养好的菌剂均匀的喷洒在水草球上，得到水草球本体。
17.所述沸石的粒径为0.5mm。
18.所述沸石可替代为石英砂。
19.所述乙醇水溶液用体积分数为6～10％的醋酸溶液调节ph至3～4。
20.所述乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为1：2～3。
21.所述3
‑
巯丙基三乙氧基硅烷的加入量为乙醇水溶液总体积的1.5～3％。
22.棉花秸秆的直径选用0.3～0.5cm，使用前裁剪成长度为2～5cm的棒条。
23.所述管式电炉可由微波管式炉替代。
24.所述氢氧化钠的浓度为1～3mol/l，所述尿素溶液的浓度为1～3mol/l。
25.所述陶瓷土采用硅藻土。
26.本发明的有益效果：
27.本发明提供的一种去除含盐废水中重金属的复合型人工水草，制法简单，易操作，对重金属的吸附性能高，具有经济价值和环保意义；
28.本发明提供的一种去除含盐废水中重金属的复合型人工水草，鱼线上穿设的水草球本体，可根据沟渠型氧化塘的深度选择合适的数量，实用性强，适应性广，同时横杆上多根鱼线的设计，可使得水草球本体形成一个人工水草群，吸附力度大；
29.利用横杆上绕设鱼线、鱼线的一端穿设浮子、鱼线的另一端可穿设若干个水草球本体的设计特点，可避免水草球本体被水流冲走，同时还可保证水草球本体舒展的悬浮在水中；
30.本发明提供的一种去除含盐废水中重金属的复合型人工水草，硅藻具有大量的天然有序排列的纳米微孔结构，孔径尺寸在80～200nm之间，从而使硅藻土具有优异的过滤和
吸附能力；棉花秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，选用棉花秸秆作为人工水草降解重金属的材料，能够提高其利用率，可变废为宝；棉花秸秆首先在koh溶液中搅拌浸渍，其目的是为了让koh进入到棉花秸秆中以使棉花秸秆在高温下煅烧得到大量的微孔；
31.本发明提供的一种去除含盐废水中重金属的复合型人工水草，采用微波对棉花秸秆进行碳化，得到的生物碳结构细微，成孔率高，有利于重金属的吸附；棉花秸秆碳化后制成的水草球与3
‑
巯丙基三乙氧基硅烷进行反应，水草球上的羟基能够与3
‑
巯丙基三乙氧基硅烷反应，增加了吸附基团，进而提高了水草球对重金属的吸附效果；
32.本发明提供的一种去除含盐废水中重金属的复合型人工水草，克服了现有技术处理含盐废水中重金属的吸附材料存在的成本高、加工复杂、利用率低等缺点，而选用廉价的棉花秸秆、沸石、陶瓷土进行加工处理，其中对棉花秸秆进行浸渍预处理、高温碳化处理和化学改性处理，使其呈多孔蜂窝状，比表面积大，吸附性能得以大幅提高，且棉花秸秆多孔生物碳吸附材料来源广，丰富，价格低廉，制法简单，易操作，用于处理重金属离子废水工艺中，可大幅降低重金属离子废水处理成本，具有经济价值和环保意义。
附图说明
33.图1为本发明提供的一种去除含盐废水中重金属的复合型人工水草的使用状态图。
34.(1、水草球本体；2、浮子；3、横杆；4、鱼线)
具体实施方式
35.以下结合附图对本发明作进一步说明
36.根据图1所示，本发明提供的一种去除含盐废水中重金属的复合型人工水草，包括水草球本体1、浮子2、横杆3、鱼线4，所述水草球本体1包括水草球、菌剂，所述菌剂均匀的喷洒在水草球上，所述横杆3安装在沟渠型氧化塘的两侧，所述横杆3上绕设有多根鱼线4，所述鱼线4的一端穿设有浮子2，所述浮子2靠近横杆4，所述鱼线4远离浮子2的一端穿设有若干个水草球本体1；
37.a.所述水草球的制备方法，其具体步骤如下：
38.步骤(1)：取棉花秸秆用超纯水清洗5～10次，然后将棉花秸秆浸渍在质量分数为20～50％的koh溶液中，常温下搅拌浸渍10～15h，然后将浸渍完成的棉花秸秆在50～70℃下烘干；
39.步骤(2)：取步骤(1)中烘干的棉花秸秆放入管式电炉中，通氮气保护，以10℃/min的速率升温至600～850℃，然后保温煅烧1～3h成生物炭，将煅烧后的生物炭研磨成粉体；
40.步骤(3)：将粒径为4～6mm的88g沸石颗粒加入到250ml质量百分比浓度为98％的乙醇溶液中，在1000r/min条件下搅拌50分钟，过滤除去液体，经400ml去离子水洗涤后得到洗净沸石；
41.步骤(4)：在水热反应釜中加入0.5～1重量份粉体、1
‑
2重量份洗净沸石、30～50重量份超纯水，搅拌8～12h至完全溶胀，然后加入陶瓷土，混合均匀后，将混合物离心干燥，得到水草球本体；将水草球本体浸渍在体积比为1:2的氢氧化钠和尿素溶液中，搅拌12～24小时，得到碱性溶液处理的水草球；
42.步骤(5)：将3
‑
巯丙基三乙氧基硅烷加入乙醇水溶液中震荡1～3h，得到改性液；将步骤(4)得到的水草球加入到改性液中，震荡1～3h，过滤，得到的固体在球形模具内制作成球形后，在烘箱80
°
下烘干24h备用；
43.b.所述菌剂的制备方法，其具体步骤如下：
44.s1：取琥珀葡萄球菌staphylococcus succinus，转速130r/min，温度28
°
，在摇床中培养24h；
45.s2：在摇床中倒入nb培养基，培养48h，得到菌剂；
46.将培养好的菌剂均匀的喷洒在水草球上，得到水草球本体1。
47.所述沸石的粒径为0.5mm。
48.所述沸石可替代为石英砂。
49.所述乙醇水溶液用体积分数为6～10％的醋酸溶液调节ph至3～4。
50.所述乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为1：2～3。
51.所述3
‑
巯丙基三乙氧基硅烷的加入量为乙醇水溶液总体积的1.5～3％。
52.棉花秸秆的直径选用0.3～0.5cm，使用前裁剪成长度为2～5cm的棒条。
53.所述管式电炉可由微波管式炉替代。
54.所述氢氧化钠的浓度为1～3mol/l，所述尿素溶液的浓度为1～3mol/l。
55.所述陶瓷土采用硅藻土。
56.本发明的工作原理
57.本发明提供的一种去除含盐废水中重金属的复合型人工水草，鱼线上穿设的水草球本体，可根据沟渠型氧化塘的深度选择合适的数量，实用性强，适应性广，同时横杆上多根鱼线的设计，可使得水草球本体形成一个人工水草群，吸附力度大；利用横杆上绕设鱼线、鱼线的一端穿设浮子、鱼线的另一端可穿设若干个水草球本体的设计特点，可避免水草球本体被水流冲走，同时还可保证水草球本体舒展的悬浮在水中；硅藻具有大量的天然有序排列的纳米微孔结构，孔径尺寸在80～200nm之间，从而使硅藻土具有优异的过滤和吸附能力；棉花秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，选用棉花秸秆作为人工水草降解重金属的材料，能够提高其利用率，可变废为宝；棉花秸秆首先在koh溶液中搅拌浸渍，其目的是为了让koh进入到棉花秸秆中以使棉花秸秆在高温下煅烧得到大量的微孔；采用微波对棉花秸秆进行碳化，得到的生物碳结构细微，成孔率高，有利于重金属的吸附；棉花秸秆碳化后制成的水草球与3
‑
巯丙基三乙氧基硅烷进行反应，水草球上的羟基能够与3
‑
巯丙基三乙氧基硅烷反应，增加了吸附基团，进而提高了水草球对重金属的吸附效果。
58.以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。