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1、生物吸附重金属的研究进展0061111徐心泓传统处理含重金属废水的物理化学方法很多,如化学沉淀法,离子交换法,吸附法,电解法,凝聚法、膜分离法、氧化还原法和铁氧体法等,它们都各有优缺点。近年来,一种处理含重金属废水的崭新的方法——生物吸附法以其高效、廉价的优点逐渐引起了人们的兴趣。所谓生物吸附法就是利用某些生物体本身的化学结构及成分特性,吸附溶于水中的金属离子,通过固液两相分离来去除水溶液中金属离子的方法。生物吸附法作为一种新兴的处理技术,特别是在处理低浓度的重金属废水方面,有着极为广阔的发展前景。自从Ruchh
2、oft提出生物吸附法去除废水中Pu239后,国外对此进行了广泛的研究,近数十年来共发表论文400多篇,而我国对此则研究较少。生物吸附作为处理重金属污染的一项新技术,与上述传统方法相比具有的优点:(1)原料来源丰富,品种多,成本低;(2)设备简单,易操作,投资小,运行费用低;(3)吸附量大,处理效率高;(4)在低浓度下金属可以被选择性地去除;(5)PH值和温度范围宽;(6)可有效地回收一些贵重金属。在后处理方面,用一般的化学方法就可以解吸生物量上吸附的金属离子,且解吸后的生物量可再次吸附重金属。生物吸附技术在处理重
3、金属污染和回收贵重金属方面有着广阔的前景,深入进行这方面的研究,具有较好的经济价值和社会效益。生物吸附机理1.1 生物细胞壁结构细菌、真菌和藻类微生物细胞与动物细胞的最大区别在于细胞原生质膜外有明显的细胞壁,它既可以避免微生物体受到外界环境的伤害,又可以控制原生质和周围环境之间的物质交换,细胞壁直接与外界环境接触,并且可以与液态介质中的可溶物质发生作用。由于细胞壁的阴离子特性,这种作用在与金属离子接触中就更为重要。细胞通过螯合吸附金属已被证明和细胞壁结构有关,但细胞壁并不是螯合金属的唯一地点,现已发现金属可以和细
4、胞器结合或是在原生质中形成结晶。但细胞壁是与金属接触最早的部分,同时,也证明大多数金属都是螯合在细胞壁上。微生物细胞壁的特殊结构在很大程度上决定着其对金属的吸收,如细胞壁的多孔结构使活性化学配位体在细胞表面合理排列,使易于和金属离子结合。从热力学角度考虑金属离子对水溶液中官能团的亲合性,可得出金属对生物体中常见官能团的选择性,如表1。表1 生物体系中常见的官能团 目前,人们注意力集中在细胞壁对阳离子的吸附过程,但生化和其它生理化学机理已进一步揭示了细胞壁内部对金属也有螯合作用。此外,金属还以磷酸盐、硫酸盐、碳酸
5、盐或是氢氧化物形式以及聚核作用在细胞壁或是细胞内部沉积下来。1.2 生物吸附重金属的机理国外生物吸附研究多处于实验室阶段,采用人工模拟废水,探索各种微生物对不同重金属的吸附特性和规律,研究的主要注意力集中在细胞壁对重金属离子的吸附过程上,并揭示了细胞内部对重金属也有吸附作用。生物细胞吸收金属的方式主要有两种。一种是活体细胞的主动吸收,包括传输和沉积两个过程。这种方式吸收金属需要代谢活动提供能量,并且在这些过程中有一大部分只对特定元素起作用,但是,化学性质和离子结构相似的其它元素可以替代。另一种是细胞通过细胞壁或者
6、细胞内的化学基因与金属螯合而进行的被动吸收,这种金属与细胞表面或者细胞产物之间的非特异性结合可以在死亡的细胞或者其分解部分发生。在主动吸收中也包括很大程度的被动吸收,并且这种被动吸收由于细胞的排出代谢而受到抑制。吸附机理因菌种、金属离子的不同而不同。活性的生物量既有表面吸附,又有主动吸收,非活性的生物量主要依靠表面吸附。综合各种资料,生物吸附的机理主要有:表面络合机理、离子交换机理、氧化还原机理、酶促机理、无机微沉淀。这些机理可以是单独起作用,也可与其它机理结合一起起作用,这取决于过程的条件和环境。由于金属本身的
7、特性,以及金属离子与细胞之间相互作用的复杂性,许多现象还无法从机理上得到合适的解释,尚存在几个问题[1]:(1)如何解释活性和非活性生物量在重金属吸附能力上的差异;(2)如何解释吸附过程中ｐＨ变化;(3)活性生物细胞对重金属离子的主动运输,主要依靠哪些酶或其它物质提供能量,这些酶又如何产生的;(4)某些共存离子的存在导致吸附量增大,原因何在。继续深入研究吸附机理,了解细胞壁有效吸附的化学成分及生物合成途径,从而找出适宜于吸附某种金属的培养条件和培养基的组成,提高吸附剂对某种金属离子吸附的选择性。生物吸附剂的来源生
8、物吸附剂MRA(ametalremovalagent)是具有从重金属废水中吸附分离重金属能力的生物体及其衍生物。从操作可行性及经济性方面考虑,生物吸附剂应具备如下几个条件:(1)吸附和解吸速率高;(2)生产成本低,可重复使用;(3)具有理想的粒度、形状、机械强度,以便在连续流系统中应用;(4)与水溶液的两相分离应高效、快速、廉价;(5)具有选择性;(6)再生时吸附损失量小
