一種利用大米蛋白固化水中鎘離子的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用大米蛋白與鎘離子的結(jié)合特性，通 過(guò)大米蛋白吸附固化水樣中鎘離子的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎘是一種生物體非必需的金屬元素，具有一定的生理毒性，分布于自然界中。鎘離 子對(duì)人體的器官會(huì)產(chǎn)生危害，急性鎘中毒會(huì)引起肺水腫、急性肝炎、腦出血等癥狀，而長(zhǎng)期 積累會(huì)引起骨壞死、腎中毒等。目前，我國(guó)經(jīng)常出現(xiàn)部分地區(qū)的水源重金屬污染的情況，由 于礦業(yè)、化工業(yè)等工業(yè)廢水的非法超標(biāo)排放，屢有鎘污染飲用水源的突發(fā)事件發(fā)生。如2009 年，湖南瀏陽(yáng)鎘污染主要是由于化工廠廢渣、廢水等排放造成這一區(qū)域土壤鎘污染的主要 原因。2012年年初廣西龍江河段發(fā)生的鎘污染事件，鎘濃度超標(biāo)80倍，影響到幾十萬(wàn)市民的 正常生活，直接危害到市民的身心健康。含重金屬污水的排放對(duì)人體健康和工業(yè)的生產(chǎn)帶 來(lái)了嚴(yán)重的污染。重金屬離子(如鎘)在自然界中沒(méi)有自凈和生物降解能力，一旦進(jìn)入自然 環(huán)境中會(huì)污染水體、土壤等，很難被生物自然降解，可通過(guò)生物鏈不斷富集，甚至可被植物 吸收后通過(guò)食物鏈危害到人類健康，具有毒性大及持久性強(qiáng)等特點(diǎn)。
[0003] 隨著大米的鎘污染問(wèn)題的研究逐漸深入，關(guān)于鎘的存在形式的研究也逐漸增加， 稻米中的蛋白質(zhì)主要分布在胚及糊粉層中，在胚乳中含量較低，而鎘的濃度在稻米中的分 布順序依次為皮層>胚>胚乳，有研究表明，稻米中鎘的存在部位與蛋白質(zhì)密切相關(guān)，稻米 中的重金屬主要以有機(jī)螯合態(tài)與氨基酸結(jié)合在一起，據(jù)報(bào)道植物中重金屬主要與金屬硫蛋 白形成配位體結(jié)合在一起，還有一部分是與含有0/N的配位體結(jié)合的，鎘含量與蛋氨酸及半 胱氨酸含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而在淀粉、脂肪等成分中含量很低;可見(jiàn)，大米蛋白是富集 吸附鎘的重要的載體。
[0004] 工業(yè)廢水中富含大量的游離鎘離子，一方面可與大米蛋白中富含的半胱氨酸和蛋 氨酸的-SH結(jié)合，形成絡(luò)合物；另一方面可與大米蛋白分子中所帶的靜電電荷發(fā)生吸附作 用，形成圈外化合物;從而實(shí)現(xiàn)廢水中游離鎘離子的迀移，將其固化后形成廢渣進(jìn)行有效合 理的排放。
[0005] CN102964006A的發(fā)明專利公開(kāi)了一種去除污水中鎘的方法，通過(guò)聚合氯化鋁和聚 丙烯胺進(jìn)行絮凝沉降，再經(jīng)吸附塔和堿液廢酸沖洗，最終加入硫化鈉進(jìn)行沉淀處理。
[0006] CN104418445A的發(fā)明專利公開(kāi)了一種重金屬污水的處理方法，添加離子沉降劑及 絮凝劑、助濾劑，將絮凝團(tuán)中的重金屬分離出來(lái)，處理后殘留重金屬離子濃度遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī) 定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0007] CN201080024104.6的發(fā)明專利公開(kāi)了一種處理含有重金屬的廢水的方法，在低壓 下水樣通過(guò)芳香聚酰胺反滲透膜，可去除廢水中至少90%的目標(biāo)重金屬。
[0008] CN104556461A的發(fā)明專利公開(kāi)了一種含砷、鉛、汞、鎘、鎳等重金屬?gòu)U水的處理方 法，通過(guò)將堿、堿土金屬氧化物或堿土金屬鹽加入廢水中，添加絮凝劑，調(diào)節(jié)pH后出水，結(jié)果 重金屬去除效果比較理想。
[0009] 綜上所述，處理含鎘廢水的方法很多，或通過(guò)生物法，或通過(guò)膜分離法，還有重金 屬捕集劑法等，這些方法有的運(yùn)行費(fèi)用較高，有的處理周期較長(zhǎng)，或去除效果不理想等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本申請(qǐng)人提供了一種利用大米蛋白固化水中鎘離 子的方法。本發(fā)明方法利用大米蛋白吸附廢水中的鎘離子，可有效固定鎘離子，固定化率達(dá) 99.8%以上，且本發(fā)明方法具有簡(jiǎn)單便利、成本低、效果明顯、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0012] -種利用大米蛋白固化水中鎘離子的方法，包括如下步驟：
[0013] (1)酶解：將食品級(jí)大米蛋白粉加水調(diào)漿，再加入以大米蛋白干物質(zhì)計(jì)0.1%-〇. 3 %的復(fù)合蛋白酶，在溫度為40-60 °C的條件下酶解2-3h后，85 °C水浴滅酶10_20min，干燥 制得酶解后的大米蛋白粉；
[0014] (2)吸附：將酶解后的大米蛋白粉加入富含鎘離子的廢水中，在pH為7.5-10,溫度 為20-65 °C的條件下，攪拌30-60min;
[0015] (3)絮凝:在經(jīng)過(guò)步驟(2)處理的廢水中先加入A型絮凝劑，攪拌2-10min，再加入B 型絮凝劑，攪拌2-10min;
[0016] (4)離心:采用臥螺離心機(jī)對(duì)經(jīng)過(guò)步驟(3)處理的廢水進(jìn)行離心分離，使絮凝物與 清液分離；
[0017] (5)過(guò)濾:在步驟(4)制得的上清液中加入干物質(zhì)含量25 % -45 %的吸附助濾劑，并 過(guò)板框壓濾機(jī)，制得除鎘的清水。
[0018] 步驟（1)中所述大米蛋白粉的蛋白干基含量2 80%，鎘含量<0.2mg/kg，調(diào)漿后質(zhì) 量濃度為20-50%;所述復(fù)合蛋白酶為胰蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶中的一種或多種。
[0019] 步驟(2)中所述酶解后的大米蛋白粉的氮溶解指數(shù)為15%-35%，可溶蛋白分子量 為1500-4000道爾頓;所述廢水中鎘離子含量為0.5-1.5mg/kg。
[0020] 步驟(2)中所述酶解后的大米蛋白粉添加量與廢水的質(zhì)量比為1:50-200。
[0021 ]步驟(3)中所述A型絮凝劑為聚合氯化鋁(PAC )、硫酸亞鐵、磷酸氫二鈉中的一種或 多種;所述B型絮凝劑為聚丙烯酰胺(PAM)、磷酸三鈉、硫酸鋅中的一種或多種;所述A型絮凝 劑與B型絮凝劑的質(zhì)量比為5-8:1。
[0022]步驟（3)中所述A型絮凝劑與B型絮凝劑的添加總量為水樣中干物質(zhì)含量的50-80% 〇
[0023]所述步驟(3)中加 B型絮凝劑之前需采用4%_10%的氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶 液調(diào)節(jié)廢水pH至7-10;加 B型絮凝劑之后攪拌速度低于50r/min，防止破壞絮凝物結(jié)構(gòu)，不利 于分離。
[0024]步驟(4)中所述臥螺離心機(jī)的分離條件為3500-5000r/min，經(jīng)分離后重相絮凝物 的水分含量< 80% ;所述清液中鎘離子含量為0.005-0.015mg/kg。
[0025] 步驟(5)中所述吸附助濾劑為硅藻土與活性炭復(fù)合物，其中硅藻土與活性炭的質(zhì) 量比為0.5-1:1;所述板框壓濾機(jī)過(guò)濾后的水中鎘離子含量為0.003-0.01mg/kg。
[0026] 所述廢水中鎘離子經(jīng)大米蛋白吸附固定形成有機(jī)絡(luò)合物，絮凝吸附后固定成廢 渣，最終水樣的鎘離子含量為0.003-0.01mg/kg，鎘固定化率可以達(dá)到99.8%以上。
[0027] 本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于：
[0028] (1)本發(fā)明方法創(chuàng)新性地利用酶解的大米蛋白在堿性條件下與廢水中鎘離子的吸 附形成有機(jī)螯合態(tài)的絡(luò)合物，將廢水中的鎘離子有效吸附固化;兩步絮凝可分別將水樣中 的小分子物質(zhì)和大分子物質(zhì)(含大米蛋白與鎘的絡(luò)合物)進(jìn)行包裹，形成很好的絮凝團(tuán)；硅 藻土和活性炭的復(fù)配吸附劑，主要針對(duì)孔徑較大的色素及雜質(zhì)等有較好的吸附性;本發(fā)明 方法中酶解、吸附、絮凝等步驟相互配合，共同消除廢水中的鎘離子，鎘離子固定化率達(dá) 99.8%以上。
[0029] (2)本發(fā)明方法發(fā)明簡(jiǎn)單便利，具有成本低、效果明顯、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。
[0030] (3)本發(fā)明利用大米蛋白與鎘離子的吸附絡(luò)合特性來(lái)處理含鎘的廢水，不會(huì)造成 二次污染，成本低，適用范圍廣，既節(jié)約資源，又達(dá)到理想效果，操作方便簡(jiǎn)單，可避免金屬 鎘重復(fù)污染的情況。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。
[0032] 本發(fā)明實(shí)施例1-3所用復(fù)合蛋白酶均為市售產(chǎn)品。
[0033] 實(shí)施例1
[0034] -種利用大米蛋白固化水中鎘離子的方法，包括如下步驟：
[0035] (1)酶解:將食品級(jí)大米蛋白粉(蛋白干基含量為83 %，鎘含量<0 · 2mg/kg)加水調(diào) 漿(漿液濃度為20 % )，再加入以大米蛋白干物質(zhì)計(jì)0.1 %的復(fù)合蛋白酶(胰蛋白酶與胃蛋白 酶的質(zhì)量比為1:1)，在溫度為50°C的條件下酶解2h后，85°C水浴滅酶lOmin，干燥制得酶解 后的大米蛋白粉(氮溶解指數(shù)為27.8%，可溶蛋白分子量為2500-3000道爾頓）；
[0036] (2)吸附：將酶解后的大米蛋白粉加入富含鎘離子的廢水(鎘離子含量為1.48mg/ kg)中，在pH為7.5，溫度為65 °C的條件下，攪拌60min;其中酶解后的大米蛋白粉添加量與廢 水的質(zhì)量比為1:50;
[0037] (3)絮凝:在經(jīng)過(guò)步驟(2)處理的廢水中先加入A型絮凝劑聚合氯化鋁，攪拌2min， 再加入B型絮凝劑聚丙烯酰胺，攪拌2min;其中，A型絮凝劑與B型絮凝劑的質(zhì)量比為8:1，A型 絮凝劑與B型絮凝劑的添加總量為水樣中干物質(zhì)含量的50% ;
[0038] (4)離心:采用臥螺離心機(jī)在轉(zhuǎn)速為5