离子交换法回收氨基酸及赤霉素废水处理研究_熊伟

离子交换法回收氨基酸及赤霉素废水处理研究

熊伟，胡居吾，李雄辉*，涂招秀，季清荣

江西省科学院应用化学研究所（南昌 330029）

摘要采用732阳离子交换树脂回收赤霉素废水中的氨基酸, 然后对吸附余液进行絮凝处理。结果表明: 调节赤霉素废水pH为2, 上柱吸附时间为90 min, 吸附完毕后进行洗脱、干燥得到混合氨基酸, 氨基酸的回收率为91.3%; 使用PAC+PAM（1∶1）复合絮凝剂对吸附余液进行絮凝处理, 当絮凝剂的添加量为15 mg/L时, COD的清除率为85.2%, 排放水的COD为146.7 mg/L, 达到国家污水排放二级标准。

关键词赤霉素废水; 离子交换; 氨基酸

Study on Extracting Amino Acid by Ion Exchange and

Gibberellin Wastewater Treatment

Xiong Wei, Hu Ju-wu, Li Xiong-hui*, Tu Zhao-xiu, Ji Qing-rong

Institute of Applied Chemistry, Jiangxi Academy of Sciences (Nanchang 330029)

Abstract The 732 cation exchange resin was used to extract amino acid from gibberellin wastewater, then the surplus liquid of adsorption was treated by fl occulants. The result indicated that the pH of gibberellin wastewater adjusted to 2, the adsorption time controlled at 90 min, after the elution and drying, the recovery rate of amino acid could reach 91.3%. The surplus liquid of adsorption treated by the PAC+PAM (1∶1) composite fl occulants, when the addition was 15 mg/L, the removing rate of COD was 85.2% and the COD was 146.7 mg/L. The treated wastewater reached the Ⅱ ejection standard of the country. Keywords gibberellin wastewater; ion exchange; amino acid

赤霉素废水，即赤霉菌母液经发酵除去目标产物赤霉素后的残留液，主要含有发酵过程中残余的大量氨基酸以及糖类等物质，属高浓度难降解有机废水，如不加以处理直接排放，必将对环境造成严重污染。国内外目前还没有关于赤霉素废水处理的相关文献报道。因此，拟采用离子交换树脂回收废水中的氨基酸，并对树脂吸附后的余液进行絮凝处理，进一步降低废水的COD值，使其达到国家污水二级排放标准。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 研究对象

赤霉素废水，由江西省新瑞丰生化科技有限公司提供，含大量中性和酸性氨基酸。

1.1.2 主要仪器与设备

RE52CS旋转蒸发仪：上海亚荣生化科技有限公司；JM-10002天平：余姚市纪铭称重校验设备公司；NC202-9电热型恒温干燥箱：江西电热设备厂；pH S-25型pH计：上海雷磁仪器厂。

1.1.3 主要试剂

氨水、乙醇、茚三酮、盐酸、重铬酸钾、硫酸亚铁等均为AR；732强酸性阳离子交换树脂，南开大学化工厂；PAC（聚氯化铝）；PAM（聚丙烯酰胺）。

1.2 方法1.

2.1 氨基酸的检测

采用茚三酮比色法[1]测定氨基酸总量。

1.2.2 COD的检测

采用重铬酸钾法[2]测定废水中的COD。

1.2.3 树脂吸附试验

1.2.3.1 树脂预处理[3]

先用蒸馏水冲洗732树脂以除去杂质，然后用2 mol/L的NaOH浸泡，用蒸馏水洗至中性，然后再用2 mol/L的HCl浸泡，用去离子水洗至中性，然后将树脂转化为铵型，即使用2 mol/L的氨水浸泡，浸泡完后用蒸馏水冲洗至中性备用。

1.2.3.2 不同pH对吸附效果的影响

将处理好的树脂装柱，取赤霉素废水上柱，分别调节上柱液的pH为2，3，4，5，6，控制一定流速，收集流出液，检测流出液中总氨基酸的含量。

1.2.3.3 不同吸附时间对吸附效果的影响

将处理好的树脂装柱，取赤霉素废水上柱，调节上柱液的pH为2，分别使其吸附30，60，90，120，150 min，收集流出液，检测流出液中总氨基酸的含量。1.2.4 絮凝试验

1.2.4.1 不同絮凝剂对COD清除率的影响

用经过树脂处理的废水样比较三种絮凝剂PAC （聚氯化铝）、PAM（聚丙烯酰胺）和PAC+PAM （1︰1

）的净水效果，分别检测加入絮凝剂前后的

工艺技术

8 *通讯作者；基金项目：江西省科学院青年科技创新基金项目

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COD 值，计算其COD 清除率。

1.2.4.2 絮凝剂添加量对COD 清除率的影响

用经过树脂处理的废水样比较絮凝剂添加量的净水效果，当絮凝剂添加量分别取5，10，15，20，25 mg/L 时，分别检测加入絮凝剂前后的COD 值，计算其COD 清除率。

2 结果与分析

2.1 树脂的吸附与洗脱

2.1.1 不同pH 对吸附效果的影响

如图1所示，氨基酸的吸附率随pH 的增大而呈下降的趋势。由于废水中以中性和酸性氨基酸为主，其等电点pI 主要在3~5之间，由氨基酸的性质可知，当溶液的pH 大于等电点的pI 时，氨基酸以阴离子形式存在；当溶液的pH 小于等电点pI 时，氨基酸以阳离子形式存在[4]。当溶液pH 在2~3时，几乎所有的氨基酸都以阳离子形式存在，与树脂交换比较完全；而当pH 大于3时，部分氨基酸以阴离子形式存在，不与树脂进行离子交换，树脂吸附率较低。所以，溶液的pH 应取2

左右。

图1 不同pH 对氨基酸吸附率的影响

2.1.2 不同吸附时间对吸附效果的影响

如图2所示，氨基酸的吸附率在30~90 min 内随时间增长而显著增大，而90~150 min 内氨基酸的吸附率则基本保持不变，这说明氨基酸的吸附在90 min 时基本达到平衡，再延长吸附时间对吸附率影响不大，所以吸附时间应取90 min

为宜。

图2 不同吸附时间对氨基酸吸附率的影响2.1.3 氨基酸的洗脱与纯化

待氨基酸吸附完毕后，先用蒸馏水洗涤柱子，当柱子的流出液与1%的茚三酮反应呈阳性时，停止洗涤，改用2 mol/L 的氨水缓慢洗脱，当洗脱液与1%的茚三酮呈阴性时，停止洗脱，并收集洗脱液，放入冰箱静置放24 h ，滤取晶体，用95%的乙醇冲洗2次，于60 ℃下真空干燥，得混合氨基酸，经检测氨基酸的回收率为91.3%。

2.2 絮凝

经过离子交换树脂处理完毕后的余液，由于氨基酸等成分已基本回收，其COD 值已大幅降低，此时再采用絮凝剂对余液进行处理，进一步降低其COD 值，使其达到污水排放标准。

2.2.1 不同絮凝剂对COD 清除率的影响

用经过树脂处理的废水样比较三种絮凝剂PAC （聚氯化铝）、PAM （聚丙烯酰胺）和PAC+PAM （1︰1）的净水效果，结果如图3所示，当加入絮凝剂PAC 、PAM 、和PAC+PAM 后，废水中的COD 都明显降低。PAC 、PAM 、和PAC+PAM （1︰1）对COD 的清除率分别为51.3%，71.2%，84.6%。可以看出三种絮凝剂净水效果的顺序是PAC+PAM （1︰1）＞PAM ＞PAC ，所以选用PAC+PAM （1︰1

）处理废水样。

图3 不同絮凝剂种类对COD 清除率的影响2.2.2 絮凝剂添加量对COD 清除率的影响

用经过树脂处理的废水样比较絮凝剂添加量的净水效果，当絮凝剂添加量分别为5，10，15，20，25 mg/L 时，检测絮凝剂加入前后的COD 值，结果如图4所示。当絮凝剂添加量在5~15 mg/L 范围内，COD 清除率显著上升，而当絮凝剂添加量大于15 mg/L 时，COD 清除率变化不大，所以絮凝剂添加量应取15 mg/L 为宜，此时废水的COD 经检测为146.7 mg/L

。

图4 絮凝剂添加量对COD 清除率的影响

3 结论

1) 使用732型强阳离子交换树脂回收赤霉素废水中的氨基酸，调节上柱液的pH 为2，吸附时间为90 min ，吸附完毕后，使用少量水洗至流出液与1%的茚三酮呈阳性时，再使用2 mol/L 氨水作为洗脱剂，收集氨水洗脱液进行结晶、干燥后得到混合氨基酸，氨基酸的回收率为91.3%。

2) 使用PAC+PAM （1︰1）复合絮凝剂对树脂吸附余液进行絮凝处理，当絮凝剂的添加量为15 mg/L 时，COD 的清除率为85.2%，排放水的COD 为

146.7 mg/

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