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1、含重金属离子废水的生物处理 煤矿、金属硫化物矿山、铁矿山是金属污染水环境的主要来源。重金属离子废水一般采用物化法进行处理，如自然净化、化学沉淀、离子交换吸附、蒸发和电解等。生物化学法作为一种低能量消耗的处理方法，一般用于处理有机物含量较高的污水，对于重金属离子等无机物的去除，20世纪80年代以来国内外正积极地开展研究和合作。1 重金属与微生物1.1 重金属的抑制作用 重金属超过某一浓度时，就会显示出对生物的毒害作用，表1列出活性污泥处理设施中重金属允许浓度。 表1 活性污泥处理中重金属允许浓度 mg/L铜锌汞六价铬三价铬铁铅镉砷150.010.53100.50.10.2
2、当曝气池进水中含铜为5mg/L时,对于去除BOD5的阻碍率为15%；含锌为10mg/L时,BOD5去除率明显降低;汞浓度为0.5mg/L时,不利于活性污泥的凝聚,含量为0.25mg/L时,对BOD5的检测过程呈现毒性;含铁为20mg/L时,也对BOD5的检测过程呈现毒性;含铅为1mg/L以上时,会推迟细菌繁殖,并使去除率下降；含镉为2.5mg/L时,对BOD5的检测过程呈现毒性。须藤［1］用Ilm(Medianinhibitorylimit，即能使比增殖速率降低50%的浓度)来评价金属盐对原生动物增殖速率的影响(见表2)。小口钟虫和盖虫类是活性污泥中重要的生物，在出水良好的情况下，两者都为优势
3、种类，如果其个体数下降，则说明处理水质正在下降。 表2 重金属对原生动物增殖速率的影响 mg/L原生动物的种名抑制极限CuCrCdZnFeAl小口钟虫0.250.530.490.900.473.4弯豆形虫0.3212.90.068.82656盖虫类0.2720.20.110.42110.031.2 重金属耐受菌 对较高浓度重金属离子有耐受性的细菌，如假单胞杆菌属、酵母菌和霉菌等，这些微生物可将废水中的重金属离子摄入菌细胞内再去除。 友枝等人从活性污泥中分离出对汞、铬、铜有耐受性的微球菌属和假单胞杆菌属的细菌，在含汞为150mg/L，铬为700mg/L,铜为750mg/L的条件下可以生长
4、，重金属被摄入后，在菌体内可溶性与不溶性部分的Hg2+和Cd2+比例为2∶8。还使用这些菌类制作了强化活性污泥，对含铬、铜离子的废水所进行的处理效果较好。 在霉菌、酵母菌中也有耐受性的细菌，村山等分离出对铜、镍、铬、钴有耐受性的酵母菌株，这可能是微生物具有使重金属离子向细胞内渗透的调节机构。Okamoto还分离出对铜有耐受性的真菌［2］。2 矿山酸性废水的处理2.1 氧化亚铁硫杆菌 氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans)是一种在酸性环境下生长的化能自养型菌，以CO2为碳源，通过氧化2价铁或硫而增殖,在低pH值下生长,对重金属的耐受性强。细菌大小为0.5μm
5、×1.0μm，形状呈短杆状，末端呈半圆形，在400倍以上显微镜下可观察到细菌数量。细胞成分：蛋白质44%，类脂26%，碳水化合物15%，灰分10%。细胞结构与其他革兰氏阴性菌相似,细胞膜由三层适渗透压层和三层抗适渗透压层组成,总厚约12.5～21.5nm。 ①Fe2+的氧化机制 铁的氧化机制复杂,多数学者接受的观点是:细胞色素系统中的O2作最终电子受体,电子传递方向为Eh从低到高,由Fe2+氧化成Fe3+的过程中有ATP生成,全过程有O2参与,使CO2得到固定。上述氧化机制称其为氧化磷酸化作用。 4FeSO4+2H2SO4+O22Fe2(SO4)3+2H2O Eh=0.7
6、71+0.0591lg(Fe3+/Fe2+) ②铁砷共沉机制 氧化亚铁硫杆菌对Fe2+具有强烈的氧化作用,pH=1.3～4.5时,Eh可达0.74V。酸性水中FeAsO4氧化水解的氧化还原电位是0.691，由此可以看出,它能促成其他离子如As3+的氧化,可形成砷酸盐与铁的氢氧化物共沉。其后可投加石灰,利用砷酸钙的难溶性,分别将氢氧化铁和砷酸盐去除。 ③对无机硫化物的氧化 所有硫杆菌均系借助于将S或S2O32-氧化成SO42-而生长，氧化亚铁硫杆菌氧化Fe2+的世代周期为6.5～15h，氧化S的世代周期为10～25h(是氧化Fe2+的2倍)，故氧化S的速度远不及氧化Fe2+的速度
7、。对硫化物的氧化途径为：S2-→S→S2O32-→S4O62-→SO32-→SO42-2.2 处理流程与装置由日方所提供装置的基本流程见图1，菌种由当地矿山现场采集并培养而成。2.3处理效果 矿山废水中的Fe2+通过铁氧化菌氧化成Fe3+后，可用碳酸钙进行中和处理。应该指出，Fe2+即使在pH值达到8时也不能完全被去除，但在pH值为4时便可生成氢氧化铁沉淀去除，这使中和剂用量和沉淀物量大大减少
