生物吸附法處理重金屬廢水機(jī)理的研究進(jìn)展

摘 要：重金屬廢水是一類對生態(tài)環(huán)境和人體健康危害很大的工業(yè)廢水，電鍍、防腐、燃料等工業(yè)的迅速發(fā)展使得重金屬對水體的污染更加嚴(yán)重。因此，尋找成本低、效率高的重金屬廢水處理方法是當(dāng)下研究的一個重要方向。當(dāng)前，處理重金屬廢水最有潛力的措施之一就是生物吸附法。本文在查閱大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上概述了生物吸附法的機(jī)理，并同時展望了生物吸附法的發(fā)展和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：生物吸附劑；吸附；重金屬離子；廢水處理

前言

隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，全世界每年都有數(shù)百萬噸重金屬被隨意排放，這些重金屬污染了農(nóng)田，我國超過20%的耕地都不同程度地受到了重金屬的污染。除此之外，還污染了河水、濕地等人類賴以生存的環(huán)境。重金屬污染給人類的生活環(huán)境造成了巨大的破壞[1]。近年來，國內(nèi)外研究人員對使用生物吸附劑治理重金屬廢水污染做了很多研究。研究發(fā)現(xiàn)，生物吸附劑處理重金屬廢水具有很多令人振奮的優(yōu)點(diǎn)：吸附速度快、來源廣泛、無二次污染、成本低以及吸附容量大等。因而，它具有非常大的應(yīng)用潛力。

1 簡介

1.1 生物吸附劑的含義

某些生物（動物、植物、微生物）由于本身具有特殊的生活習(xí)性，使它們可以吸附一種或多種金屬離子。我們把能夠從溶液中吸附并分離金屬離子的生物及其衍生物統(tǒng)稱為生物吸附劑[2]。

1.2 生物吸附劑的優(yōu)點(diǎn)

在重金屬廢水的治理過程中，生物吸附法與非生物處理方法相比有著很多優(yōu)勢。如：原材料品種多、操作簡單、pH值和溫度范圍寬、速度快、成本低、選擇性好以及可有效回收部分貴金屬等。除此之外，在后續(xù)處理過程中，只需要用一般的化學(xué)方法就能夠解吸金屬離子，并且解吸后的微生物可被重復(fù)利用[3，4]。

2 生物吸附機(jī)理

2.1 靜電吸附作用

靜電吸附是一種非常重要的生物吸附作用，它通過生物體細(xì)胞的一些帶負(fù)電基團(tuán)對金屬離子的靜電吸引力，從而將其吸附在細(xì)胞表面。

2.2 表面絡(luò)合作用

生物吸附固定的重金屬離子主要堆積在細(xì)胞壁，因?yàn)榧?xì)胞壁主要由葡萄糖、甘露聚糖、甲殼質(zhì)和蛋白質(zhì)組成，這些物質(zhì)中的硫、氧、氮可以提供孤對電子，進(jìn)而形成絡(luò)合物，甚至還可以與一些大分子生成螯合物[5，6]。

2.3 離子交換作用

離子交換作用是生物吸附重金屬離子的又一重要方式。生物吸附劑在吸附金屬離子的同時也會釋放出其它金屬離子，使其體內(nèi)陰陽離子達(dá)到平衡。Brady0和Tobin[7]研究了非活性少根根霉對Cu2+、Cd2+、Zn2+等金屬離子的吸附，發(fā)現(xiàn)該生物在吸附上述離子的同時也釋放了K+、Ca2+、Mg2+。

2.4 氧化還原作用

金屬離子在被具有還原能力的生物體吸附時，會發(fā)生氧化還原反應(yīng)[8，9]。比如酸還原菌在無氧條件下產(chǎn)生的H2S能和金屬離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成金屬硫化物沉淀從而去除廢水中的Zn2+，Cd2+，Pb2+，Cu2+等離子。

2.5 酶促作用

酶的作用是促進(jìn)（或抑制）化學(xué)反應(yīng)速率。因而，酶的活性在一定程度上控制著生物的代謝速率，進(jìn)而決定了生物吸附劑對重金屬離子吸附的速率與效率。劉云龍[10]等人通過研究芽胞桿菌對膠體態(tài)及離子態(tài)金的吸附作用之后，發(fā)現(xiàn)金的積累速度與芽胞桿菌細(xì)胞表面碳水化合物的官能團(tuán)以及蛋白質(zhì)有關(guān)。因此，提高特定酶的活性顯得尤為重要。但是，影響酶活性的因素有很多，比如溫度（過低的溫度酶的活性低，過高的溫度酶會失活）、pH（環(huán)境過酸過堿都會使酶失活）、底物濃度等。這就使得我們在考慮將酶的活性達(dá)到最高的時候要把多方面的因素計算在內(nèi)。

3 結(jié)束語

重金屬對環(huán)境的污染異常巨大，它嚴(yán)重地威脅著人們的健康。雖然生物吸附法處理重金屬廢水污染有著巨大的應(yīng)用潛力，但是到目前為止，還沒有看到有關(guān)利用生物吸附法大規(guī)模連續(xù)地處理重金屬廢水的報道。造成這個結(jié)果的原因是多方面的，對生物吸附機(jī)理理解得不夠全面、單一的生物吸附劑只能處理一種或幾種重金屬離子，還沒有發(fā)現(xiàn)可以處理多種重金屬離子的生物吸附劑、技術(shù)人才及設(shè)備的欠缺等等。幸運(yùn)的是，人類對地球的關(guān)注程度越來越高、人們的環(huán)保意識正逐步增強(qiáng)、人們對優(yōu)美健康的生活環(huán)境的需求越來越強(qiáng)烈。因此我們有理由相信，廣大的科研人員能夠早日將改良的生物吸附劑應(yīng)用在重金屬廢水污染中，為人類造福。

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作者簡介：劉小蘭（1993-），女，學(xué)歷：本科。