浅谈生物吸附法处理重金属废水的研究

浅谈生物吸附法处理重金属废水的研究

匡荣杰

广州德源环保科技有限公司

摘要：现代工业排放的重金属废水对环境有严重的负面影响。生物吸附法作为新兴的重金属去除技术，有着广阔的应用前景。基于此，本文探讨了生物吸附法处理重金属废水的方法。

关键词：生物吸附法；处理重金属废水；研究

引言：所谓重金属就是比重超过4或5的金属，据统计目前已知的重金属约有45种。对于重金属污染，通常情况下主要是指环境受到汞、铅、镉等重金属的污染，对于这种污染来说，最显著的特征就是具有生物毒性，另外，在重金属中还涉及锌、铜、钴、镍等具有一定毒性的金属。

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。

2、生物处理技术

在处理重金属废水的过程中，由于传统处理方法存在步骤复杂、成本高等缺点，并且难以处理低浓度的有害污染物，同时存在二次污染等。通过生物处理技术对溶液中的重金属离子进行处理，在一定程度上可以有效地克服传统处理技术存在的弊端。经过多年研究发现：通过生物处理方法对重金属离子进行处理，其优点主要表现为：可以处理浓度较低的污染物，并且处理效率高，温度、pH值等对处理过程的影响程度比较小，另外还可以对重金属进行回收。

2.1生物絮凝法

在污水中的重金属离子进行处理的过程中，通常会用到生物絮凝法，所谓生物絮凝法就是通过微生物或植物产生的代谢物对污水中的重金属离子进行絮凝沉淀。目前，生物絮凝剂主要分为淀粉类、半乳甘露聚糖类、纤维素衍生物类、微生物多糖类和复合型生物混凝剂五大类。在处理污水的过程中，生物絮凝剂凭借自身的安全无毒、无二次污染、絮凝剂效果好等优势，进而决定了其应用前景的广泛性。其中约有12种生物絮凝剂对重金属有絮凝作用，汪士新从多种微生物中通过提取壳聚糖作为絮凝剂，进一步回收废水中存在的Pb2+、Cu2+等重金属离子。此外，对于处理重金属离子的特殊微生物菌株，通常情况下借助遗传工程，可以进行驯化和构造。王国惠在活性污泥中发现一种WJ2100絮凝剂菌株，在pH=6.5时，对污水中的Fe3+、Na+、Ca2+等金属离子，该菌株絮凝剂具有理想的絮凝作用，在絮凝过程中，菌株对Ca2+的絮凝作用最为理想。Pullulan通过研究絮凝剂对Pb2+絮凝的实验，得到了上述结果。另外，康建雄对溶液的pH值、Pb2+初始浓度等因素产生的影响进行了讨论。与无机絮凝剂、合成有机絮凝法相比，处理废水更安全、方便，并且无毒，同时不产生二次污染这是生物絮凝法的优点所在，但是该处理方法也存在不足，主要表现为：生产成本高、保存活体絮凝剂的难度大，并且难以实现工业化生产，对于大部分生物絮凝剂来说，目前依然处于探索阶段。

2.3生物化学

在对污水中的重金属离子进行处理的过程中，往往也会用到生物化学法，这种处理方法主要是对生物自身的氧化还原能力进行充分的利用，这种处理方式主要是改变重金属离子的价态，通过改变重金属离子的价态，进一步改变重金属离子的化学性质，将可溶性离子转化为不溶性化合物，进而除去重金属离子。硫酸盐生物还原法在生物还原法中是一种比较典型处理方式，硫酸盐在该方法的作用下，被还原成H2S，生成的H2S进一步与金属离子反应，生成金属硫化物沉淀，除去溶液中的重金属离子。从废水中成都生物研究所分离出多种菌株，在净化方面有些菌株表现的非常突出，例如：对Au+普通小球藻具有很强的亲和力，通过硫脲可以解吸被吸附的重金属离子，并且硫脲通常只与Au+结合。普通小球藻上的Au3+经过一系列的处理，首先被还原成Au+，然后进一步还原成金单质。通过高选择型基因工程进一步构建菌体，通过生物富集袁建军等对电解废水中的汞离子进行一些列模拟，在模拟过程中发现：电解废水中其他组分影响菌富集汞离子的作用速率，在很宽的pH范围内，该基因工程菌能对汞进行有效地富集。但是，由于浓度较高的重金属废水对微生物具有较大的毒害作用，因此该方法的应用存在一定的局限性。但是，利用遗传工程、驯化或构造出特殊的菌株，从这一角度来说，通过微生物对重金属废水进行处理有着美好的前景。

2.4植物修复法

利用植物发达的根须和微生物，富集、积累处理重金属离子，这一过程就是所谓植物修复。对于含有重金属离子的污水来说，通过植物修复法可以将重金属转化为较低毒性的物质，进一步实现污染治理、环境修复的目的。采用植物修复法对含有重金属离子的污水进行处理，其处理过程主要包括：①吸取、沉淀或富集废水中的有毒金属离子；②降低有毒金属离子的活性，采取措施防止重金属离子扩散到地下，形成二次污染；③对土壤中、水中的重金属离子采取萃取的方式进行分离，进而将重金属离子转移到植物的根部或者植物可收割的部分，以及植物的地上枝条部分，通过收获或而移去植物枝条的方式，将积累和富集的重金属转移，进而在一定程度上降低了土壤或水体中的重金属浓度。对于重金属离子来说，通过质体流动、扩散两种途径进入植物的根部。

在技术、经济方面，与其他污水重金属离子的处理方法相比，植物修复法的优势主要体现在：具有双重优势，便于实施、成本低廉，对环境造成较小的扰动。另外，通过植物修复法对污水进行处理，一般需要种植大量的植物，在这种情况下，一方面净化和美化环境，另一方面对土壤中含有的重金属污染物进行清除。另外，通过对富含金属的植物残体进行处理，可以回收贵重金属，进而取得经济效益。该方法的不足主要表现为：治理效率低，对于重度污染的土壤难以进行处理。对于种植的植物来说，由于植物吸收的重金属具有单一性，进而对土壤中的所有污染物难以进行全面清除。通过施加有机整合剂，在一定程度可以强化富集重金属的能力，但是会导致有毒元素渗漏到地下，进而对土地形成二次污染，同时增加了运行成本。

结束语

综上所述，作为一种新兴工艺，生物法对重金属离子的去除技术具有经济高效性，且工艺简单、原料来源广泛，以及环境友好性等优点，另外，Saglam发现用Phanerochaetechrysosporium吸附重金属后，可以利用盐酸进行解吸，这说明了生物法还有利于污水中重金属的回收。因此，生物法有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]孟博.生物法处理重金属废水的研究现状[J].世界华商经济年鉴•科技财经，2012.

[2]段杨慧.生物吸附法处理重金属离子废水研究进展[J].中国锰业，2016.

[3]李萌.张翔宇.潘利祥.重金属废水处理技术探讨[J].当代化工，2014.