煤炭科学技术

作者：周刚, 张欣远, 李帅龙, 孟群智, 姚建军, 张津豪, 甄慧,

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,

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Cd2+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 m2/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Cd2+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-PVA-SA-MOI的最佳吸附条件，此时对Cd2+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Cd2+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Cd2+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Cd2+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Cd2+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Cd2+的吸附剂。

来源：2025年第4期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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