【用生物吸附法去除废水重金属混合离子】除去废水中重金属离子的常用方法

　　摘要 重金属作为环境激素之一，它对人类的危害，随着电镀、防腐、燃料等工业的发展更加严重，生物吸附法可以有效的吸附溶于水中的重金属离子，这样就降低了重金属离子的浓度，从而有效的治理了含有重金属离子的废水，它有着成本低、效率高、选择性好、无二次污染、可以回收贵重金属等优点。
　　关键词 重金属离子；生物吸附法；固定化解吸
　　中图分类号TG1 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）34-0090-02
　　1 生物吸附法的吸附原理
　　最近几十年，通过学者的研究表明，生物吸附剂对重金属离子的吸附作用取决于吸附剂本身的特征和重金属离子对生物体的亲和性，包括以下过程:表面络合过程、离子交换过程、无机微沉淀过程、静电吸附过程、酶促过程等物理化学过程。国外的研究人员分别从细胞的离子代谢和细胞的结构这两个角度进行了细致研究，前者的研究主要包括:简单扩散、载体跨膜运输、离子泵运输、离子通道等，后者研究主要包括:细胞表面吸附、沉淀和细胞内积累等。微生物的表面含有大量带负电的、能提供孤对电子的有机基团，这些有机基团可以通过静电吸引、沉积、鳌合和活菌体吸收等作用去除工业废水中的重金属混合离子。目前对生物吸附机理的研究多侧重于吸附位点和细胞形态的变化，研究较少的包括吸附过程中的离子代谢和物质代谢及其与细胞形貌变化的关系，而对于微生物细胞内外生理生化反应在生物吸附过程中的作用机制还不甚了解。
　　1.1 细胞外沉淀和富集
　　某些微生物可以产生某种胞外物质，这种胞外物质具有能络合或沉淀重金属离子的性质，如蓝细菌、白腐真菌等。研究发现，在活酵母菌吸附xo2+的过程中，活酵母菌能释放出无机磷酸盐和化合物，其中化合物含氮且分子量较低。
　　1.2 细胞表面吸附和细胞表面沉淀
　　细胞壁包括的成分有Polyoses（多糖）和lipid（脂类）等，这些组分中的活性基团包括梭基、羟基、和筑基等。在生物吸附过程中，溶液里的重金属离子和细胞表面的细胞壁作用后，重金属离子就会被吸附到细胞表面。在生物吸附重金属离子的过程中一般包括的机理有表面络合和无机微沉淀等。
　　1.3 细胞的表面组努作用影响
　　溶液的pH值可以影响细胞表面活性基团（如梭基、羟基、磷酞基、酞胺基、硫酸脂基、氨基、琉基等）的存在状态，当蛋白质的荷电性质与金属阳离子竞争的水合氢离子存在的情况下，这种影响非常明显。研究表明，在用生物吸附法吸附重金属离子Ag+的过程中，细胞壁对吸附率的影响微乎其微，但是酵母菌内部成分的变化却对吸附作用有很大的影响，直接影响吸附率的大小。
　　1.4 表面络合机理
　　细胞壁中的polyoses（多糖）含有氮、氧、硫等原子，这些原子提供的孤对电子能与金属离子配位。细胞壁是重金属离子的主要积累场所，微生物可以通过多种途径将重金属离子吸附在其细胞表面。研究表明在非活性少根根霉吸附Th的过程中，细胞壁上的活性基团与重金属离子之间相互配位，产生了一定的影响。
　　2 几种重金属离子的危害性
　　据统计，全球每年释放到环境中的重金属高达数百万吨，其中Pb为34.6万t，Cu为14.7万t，Zn为27.6万t，Cd为3.9万t。染料行业、肥料行业等排放的废水中含有Pb2+，Pb2+可以对造血系统造成危害，引起贫血和溶血。制药行业、氯碱制造业等排放的废水中含有Cu2+，据报道，当Cu2+的含量超过人体需要量的100~150倍时，可引起坏死性肝炎和溶血性贫血。涂料等行业排放的废水中含有Zn2+，正常人血含Zn2+的量为13.94μmo1/L，Zn2+的含量过多，可使体内的维生素C和Fe的含量减少，抑制Fe的吸收和利用，从而引起缺铁性贫血。此外，体内Zn2+含量过高，有诱发癌症的危险。Cd对人体的危害已经引起了世界各国的重视，我国规定工业废水中福的最高排放浓度为0.1mg/L，Cd的主要来源是染料工厂排放的含Cd2+废水进入河床。若长期食用被Cd2+污染的食品，或饮用含Cd2+污水，就容易造成“骨疼病”。所以含Cd2+的废水在排放之前必须进行处理，以达到排放的标准，避免污染中毒事件的发生。
　　3 重金属离子吸附实例
　　3.1 啤酒酵母的固定化
　　把2%的PVA（聚乙烯醇需要加热到90℃以上才开始溶解）溶液和1%的SA（海藻酸钠需要加热才能溶解）溶液按质量比1:2混合（即聚乙烯醇和海藻酸钠的体积比为1：4），按2g菌/l00mL溶液的比例加入啤酒酵母菌，用磁力加热搅拌器搅拌均匀。用 10mL的医用注射器吸取混合溶液，滴入准备好的质量浓度为4%的CaCl2饱和硼酸溶液里，在这个过程中不要有气泡，滴入的时候要匀速地进行，这样才能保证形成的小球形状和大小基本上是均匀的，之后放置180min~240min，然后用去离子水冲洗3次，放入冰箱保存，待用。
　　3.2 固定化啤酒酵母菌对重金属离子的吸附
　　将一定质量的固定化啤酒酵母菌小球加入含有一定浓度的重金属离子溶液中，调所需pH值，放入振荡培养箱中在一定的温度下进行振荡吸附，一定时间之后取出，冷却，移取一定量的溶液，放入100mL容量瓶中，定容，摇匀，用ICP（电感藕合等离子体发射光谱仪）测定其中的重金属离子浓度，计算吸附率：
　　吸附率=吸附量/总量×100%=（总量-吸附后的量）/总量×100%
　　3.3 重金属离子的解吸过程
　　将吸附后的固定化啤酒酵母菌小球用去离子水冲洗3次，水分甩干，在锥形瓶中分别加入一定量的解吸剂，放入振荡培养箱中进行振荡解吸，一定时间之后取出，冷却，移取一定量的溶液，放入l00mL容量瓶中，定容，摇匀，用电感藕合等离子体发射光谱仪（ICP）测定其中的重金属离子的浓度，计算解吸率:
　　解吸率=解吸量/吸附量×l00%=解吸量/（总量-吸附后的量）只100%。
　　
　　参考文献
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