固定化微生物技術(shù)處理重金屬廢水的研究

陳壁珠（江門市新會(huì)區(qū)環(huán)保服務(wù)公司,廣東　江門　529100）

固定化微生物技術(shù)處理重金屬廢水的研究

陳壁珠
（江門市新會(huì)區(qū)環(huán)保服務(wù)公司,廣東江門529100）

一般情況下，直接使用游離微生物細(xì)胞吸附廢水的重金屬離子，由于其密度小，強(qiáng)度低，顆粒直徑小，易被水流沖走、利用率低下等，難以直接用于實(shí)際生產(chǎn)。與離子交換相比，能夠起到生物離子交換樹脂作用的固定化微生物富集水體中的重金屬，經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)。

吸附;固定化;重金屬;海藻酸鈉

0　引言

目前，處理重金屬廢水的固定化微生物技術(shù)其研究的重點(diǎn)是尋找對(duì)某種金屬具有高選擇性的吸附劑。研究發(fā)現(xiàn)死細(xì)胞或是“半存活”、“半完整”狀態(tài)的細(xì)胞吸附金屬時(shí)甚至具有更高的效率，這一特點(diǎn)能夠使由高濃度金屬離子對(duì)活生物體毒性作用而導(dǎo)致其應(yīng)用受到限制的問題得到很好的解決。

1　廢水處理中固定化微生物技術(shù)的具體應(yīng)用分析

采用化學(xué)或物理手段后，固定化微生物技術(shù)能于限定的空間區(qū)域?qū)⒂坞x微生物定位，提高生物體的穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，使之不懸浮于水但仍保持生物活性，生物體易于在不被破壞的情況下得到再生和重復(fù)利用。

1.1固定化微生物的制備方式

固定化微生物的方式有四種，包括吸附法、包埋法、共價(jià)結(jié)合法和交聯(lián)法。

吸附法借助帶電的微生物細(xì)胞和載體之間的靜電、表面張力和粘附力的作用，通過固定微生物細(xì)胞在載體表面和內(nèi)部的方式形成生物膜。

微生物被包埋在凝膠的微小格子或微膠囊等有限空間內(nèi)不能離開，但是產(chǎn)物處在能夠自由進(jìn)出的狀態(tài)的就是包埋法。凝膠包埋法、纖維包埋法和微膠囊法是常用的包埋法，由于其具有對(duì)細(xì)胞活性影響小的優(yōu)勢，所以固定化細(xì)胞時(shí)最常用。

利用含有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能基團(tuán)的試劑與微生物細(xì)胞表面的反應(yīng)基團(tuán)如梭基等發(fā)生反應(yīng)，再依靠共價(jià)鍵的結(jié)合力交聯(lián)成細(xì)胞之間的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的方式就是交聯(lián)法。但此方法會(huì)導(dǎo)致微生物反應(yīng)活性損失很大，并且考慮到交聯(lián)劑比較貴，所以此方法并不常用。

1.2分析固定化微生物的載體特點(diǎn)

影響所固定細(xì)胞的生物活性和體系傳質(zhì)性能的直接因素即載體的物理化學(xué)性質(zhì)。載體的基本條件和特性：可再生并可重復(fù)使用；固定化方法費(fèi)用低；較高的機(jī)械強(qiáng)度，傳質(zhì)阻力小；與微生物的固定結(jié)合強(qiáng)度高，能耐水力波動(dòng)的沖擊；固定后的微生物聚集度高，活性損失少，穩(wěn)定性高；載體對(duì)微生物無毒，抗微生物分解。

有機(jī)高分子載體和無機(jī)載體是載體的兩種形式。有機(jī)高分子載體有天然高分子凝膠載體和合成有機(jī)高分子凝膠載體，天然高分子凝膠一般對(duì)生物無毒，如瓊脂、明膠海藻酸鈉等，具有較好的傳質(zhì)性能。不足的是強(qiáng)度較低，處在厭氧條件下時(shí)易被分解。有機(jī)合成高分子凝膠載體相較于天然高分子凝膠載體強(qiáng)度較大，但是具有較差的傳質(zhì)性能，容易對(duì)細(xì)胞固定時(shí)的細(xì)胞活性產(chǎn)生影響，導(dǎo)致細(xì)胞失活。無機(jī)載體大多具有多孔結(jié)構(gòu)，固定微生物是通過利用吸附作用和電荷效應(yīng)的方式實(shí)現(xiàn)的。

2　固定化載體海藻酸鈉在重金屬廢水治理的作用

海藻酸鈉(CH 0COONa)是海藻酸的鈉鹽，含有游離羧基(一COONa)，是一種鏈狀高分子雜聚物，由甘露糖醛酸和古羅糖醛酸共聚而成。

2.1是直接吸附重金屬的吸附劑

海藻酸鈉分子中含有大量能夠與金屬離子發(fā)生反應(yīng)的游離的羧基。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)汞、銅、鎘等重金屬離子，海藻酸鈉都具有一定的吸附性能。

2.2是固定化微生物的載體

海藻酸鈉是一類對(duì)微生物無毒害作用的天然高分子多糖類化學(xué)物質(zhì)。海藻酸鈉包埋法成型方便，對(duì)微生物毒性小，固定化細(xì)胞密度高。但不足是海藻酸鈉的濃度對(duì)固定化細(xì)胞的機(jī)械強(qiáng)度、質(zhì)量傳遞等有影響，進(jìn)而對(duì)微生物或酶的活性產(chǎn)生一定影響。

3　影響吸附的因素

為了使生物處在最佳的吸附條件下，就必須找出影響生物吸附的因素，從而保證吸附效果優(yōu)良穩(wěn)定。一般認(rèn)為吸附時(shí)間、pH值、金屬離子濃度與吸附劑用量的比值、溫度等都會(huì)對(duì)固定化生物吸附的效果產(chǎn)生影響。

3.1 影響因素一：pH值

pH值主要通過影響生物吸附劑結(jié)合重金屬的活性位點(diǎn)以及重金屬溶液的化學(xué)反應(yīng)而最終對(duì)生物的吸附效果產(chǎn)生影響。pH處于過低值時(shí)，重金屬吸附活性位點(diǎn)會(huì)受到溶液中大量水和氫離子的競爭，使菌體細(xì)胞壁質(zhì)子化，導(dǎo)致細(xì)胞表面的靜電斥力增大；pH值比金屬離子微沉淀上限高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致重金屬離子輕微的沉淀現(xiàn)象出現(xiàn)，影響吸附的進(jìn)行。pH值為5.5時(shí)，大多數(shù)重金屬會(huì)出現(xiàn)輕微沉淀，由此可見，pH值過高會(huì)影響生物吸附效果。

3.2影響因素二：溫度

溫度對(duì)生物吸附的影響并不顯著。溫度通過影響生物吸附劑的生理代謝活動(dòng)、基團(tuán)吸附熱動(dòng)力和吸附熱容等因素來影響生物的吸附效果。溫度過高會(huì)使生物吸附劑的活性位點(diǎn)遭到破壞，同時(shí)使操作成本增加。

3.3影響因素三：吸附時(shí)間

生物材料吸附重金屬離子的階段分為兩個(gè)，第一階段吸附效果較快，在幾十分鐘內(nèi)就能使最終吸附量達(dá)70%左右；第二個(gè)階段吸附效果緩慢，在這一階段要想達(dá)到最終吸附量通常需要幾個(gè)小時(shí)。因此，吸附時(shí)間對(duì)吸附效果也有一定影響。

3.4影響因素四：吸附劑粒徑大小

金屬離子在吸附劑中的內(nèi)擴(kuò)散及吸附劑內(nèi)表面積的利用狀況導(dǎo)致吸附劑粒徑的大小會(huì)對(duì)吸附效果產(chǎn)生影響。太大或太小的吸附劑粒徑都會(huì)對(duì)吸附處理造成不利影響。粒徑大的吸附劑吸附性能較好，粒徑小的吸附劑相較于粒徑大的具有較強(qiáng)的耐壓能力。

3.5影響因素五：共存金屬離子

溶液中存在著目標(biāo)離子，即溶液中欲被分離出的金屬離子，目標(biāo)離子和其他能夠結(jié)合到吸附位點(diǎn)上的金屬離子稱為競爭性陽離子。競爭吸附的發(fā)生條件是吸附體系中存在多種金屬離子。陰離子和生物細(xì)胞壁對(duì)金屬離子的競爭是陰離子對(duì)金屬離子吸附效果影響的來源，導(dǎo)致金屬離子吸附量下降。

3.6 影響因素六：重金屬離子濃度

金屬離子濃度和生物量之比會(huì)影響重金屬離子的吸附過程。當(dāng)保持生物吸附劑投加量不變時(shí)，重金屬離子初始濃度增加則吸附劑的吸附能力隨而增大；重金屬離子初始濃度保持不變，生物吸附劑投加量的增加，吸附劑的吸附能力則隨而減小。

4　結(jié)束語

在運(yùn)用當(dāng)前的固定化微生物處理重金屬廢水技術(shù)時(shí)，要結(jié)合工程的實(shí)際情況，全面考慮實(shí)際的工程環(huán)境，靈活運(yùn)用技術(shù)方法，爭取獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，促進(jìn)固定化微生物處理重金屬廢水技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。

[1]陳文賓，胡慶昊，殷磊，許興友.馬衛(wèi)興海藻酸鈉固定化鞘氨醇單胞菌生物吸附去除養(yǎng)殖海水中重金屬的研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2011(06).