Биосорбционная флотация

Среди инновационных способов удаления из разбавленных растворов тяжелых металлов может быть выделен процесс, состоящий из биосорбции с последующей флотацией, названный биосорбционной флотацией. В качестве сорбентов могут выступать биомасса микроорганизмов, бактерий, грибов, дрожжи, водоросли и активный ил. (рис. 4.18) Ионы кадмия сорбируются микроорганизмами - актиномилетами Streptomyces clavuligerus и S. griseus, которые имеют волокнистую морфологию и являются отходами фармацевтической промышленности. Флотация воздухом, растворенным в воде, была использована без каких-либо реагентов. Кадмий количественно извлекался (до 100%) при концентрации биомассы 10 г•л-1 S.griseus, биомасса извлекалась более чем на 90%.

Биосорбционная флотация позволяла удалять Cd с начальной концентрацией 10 мг•л-1. Критическим параметром является рН. Связь Cd с биомассой выше рН 5 очень прочна. После десорбции кадмия, флотируемость биомассы высока до рН 7. Это позволяет использовать биомассу многократно. Сорбция Cd на биомассе (1 г•л-1) была сравнена с сорбцией на активированном угле и показано преимущество биосорбции. Провели испытания в полупромышленных условиях пяти последовательных циклов: биосорбция - флотация - элюирование. Извлечение нагруженной биомассы составляла 96-99 % во всех циклах. Сорбция Cd в первом цикле была 96% и снижалась до 25% в пятом цикле при использовании катионного коллектора (четвертичного аммония). В случае использования додециламина результаты были более успешными.
Использовали пенную флотацию биомассы микроорганизмов (Streptomyces pilosus) после аккумулирования ею свинца. Мертвые клетки сорбировали больше, чем живые.
Многостадийный процесс был развит для удаления и извлечения кадмия из разбавленных водных растворов, содержащих 5 мг•л-1 кадмия. Данный предел для промышленных сбросов утвержден в странах ЕС и США. Металл удалялся биосорбцией на мертвых клетках Streptomyces clavuligerus.
Остаточная концентрация кадмия на этой стадии процесса достигала 10 мг•л-1. Емкость биомассы по Cd достигала 52,8 мг на 1 г веса сухой биомассы. Биомассу отделяли седиментацией и флотацией. В качестве флокулянта добавляли полиэлектролит Zetag 64. При флотации использовали бромид цетилтриметиламмония 1•10в-4 моль•л-1 и пенообразователь - метанол. Для десорбции кадмия из биомассы использовали раствор сульфата натрия с концентрацией 1 моль•л-1 Концентрацию металла можно увеличить в 50 раз до 250 мг•л-1. Кадмий извлекали из электролита, содержащего этилендиамин, 0.05 моль•л-1 бората при рН 10 электролизом на вращающейся ячейке катода с получением тонкого черного порошка. Авторы считают, что разработанный процесс пригоден для ремедиации сточных вод, содержащих тяжелые металлы (рис. 4.19).

Два типа грибов - Penicillium chrysogenum и Phizopus arrhizus также использовали для эффективного удаления кадмия. В щелочной среде наблюдалось снижение сорбции. Нагруженная биомасса успешно флотировалась без каких-либо реагентов. Крупность частиц биомассы была 50+20 им. Мертвая биомасса была более эффективна, чем живая. Токсичные металлы (кадмий, никель, цинк) были удалены из разбавленных водных растворов сорбцией на неживом (стерилизованном) анаэробном питательном иле. Флотация была использована для разделения твердой и жидкой фаз. Пузырьки генерировали за счет воздуха, предварительно растворенного в воде. Результаты были успешными при комбинации процессов биосорбция - флотация. При рН 7 и использовании ЦТМА-Вr извлечение биомассы составило свыше 80%.

---