生物吸附处理重金属废水的研究现状
生物吸附处理水体中重金属的研究现状可以用于生物吸附的微生物是非常丰富的,细菌是地球上最丰富的微生物,繁殖能力很强,如能将其利用于生物吸附方面,无疑将是取之不尽的廉价资源。发酵工业产生的大量废菌体(如啤酒酵母、面包酵母、根霉属菌、枯草杆菌等) 也是一种极具潜力的生物吸附剂。其价格低廉,来源广泛,在吸附能力方面的表现也是非常引人注目的。还有一种廉价的原料是蕴藏丰富的藻类,其又包括淡水藻、海藻两类,海藻是一种吸附率高而又很容易得到的原材料。表1 - 1 列出了一些国内外研究者用过的微生物。
表1 可用于生物吸附的微生物
| 细菌 | 动胶菌、柠檬酸细菌、铜绿假单胞菌 |
| 真菌 | 根霉、酿酒酵母、产黄青霉、黑曲霉 |
| 海藻 | 小球藻属、囊叶藻属、马尾藻 |
自从上世纪70 年代生物吸附引起人们的广泛关注以来,生物吸附的研究变得非常活跃。国外对生物吸附金属的研究相对要早一些,现在已经开始对实际应用进行探索。笔者在查阅了一些文献资料后发现,近30 年来国外在细菌、真菌、海藻应用于生物吸附方面均做了大量的研究。但根据其现状和发展趋势看,海藻是其中研究较多的,这可能与海藻来源广泛、蕴藏丰富有关。McGill University 的David Kratochvil and Bohumil Volesky 运用Sargassum (马尾藻) 对Cu 从含铁溶液中的去除和回收进行了试验, 连续式吸附柱对Cu、Fe 混合离子溶液进行了选择性去除,用生物去除Cu ,深度过滤去除三价Fe。Jin2 bai Yang and Bohumil Volesky 研究了Sargassum biomass 对镉的生物吸附,他们还研究了海藻生物对铀的吸附与浸出,在低pH 值时铀以自由的UO2 + 离子形式存在,它和质子竞争进入生物体中,在高 pH值时,铀的高吸附率主要由于氢氧根络合离子 UO2OH+ ,[ (UO2) 3 (OH) 5 ] + , [ (UO2) 2 (OH) 2 ]2 + 和质子间的离子交换,流化床试验表明生物对铀的综合吸附量为105mg/ g ,吸附柱的再生用0. 1M的HCl ,铀的回收是高效的。Kratochvil ,D. 等人进行了海藻生物去除三价铬的研究,海藻通过离子交换去除铬, 当1mol 铬被吸附的同时,有1. 1mol 的钙被释放到溶液中,Cr (OH) 2 + 的积累能用Schiewer 的离子交换模型模拟。B. volesky 和I. Prasetyo 运用海藻Asco2 phyllum nodosum 进行了吸附柱去除镉研究,能将流体中的镉从10 mg/ L 降低到1. 5ppb 水平,去除率为 99. 985 %。Antonio Carlos A. DA Costa 也进行了海藻生物吸附剂富积镉的研究,试验结果表明: 海藻 Sargassum sp. 作为镉的生物吸附剂,能应用于连续操作处理复杂的含镉金属废水。Zümriye Aksu. Dursun zer 进行了在固定床反应器中利用海藻处理镉的实验研究。结果表明: 干海藻细胞Cladophora crispata 从溶液中去除金属离子在实际操作上是有效的。Ayla ozer 和Dursun ozer 研究了两段序批式反应器中藻类(Cladophora crispata) 对镉的吸附。 Jose T. Matheickal 用绿化钙对海藻Durvillaea potato2 rum进行预处理,然后从稀溶液中吸附镉,预处理后的生物进行固定床试验也是可行的,处理后的溶液中镉的浓度低于0. 1ppm。
Chin - pin Huang 等人研究了啤酒酵母对铜的生物吸附。结果表明:pH值对铜的吸附影响很大;大量的质子和金属离子进行交换从活细胞中释放出来;在高pH值条件下,铜的累积数量降低;吸附的途径是多样的;活酵母对二价铜的吸附分为两个阶段,开始的快速表面吸附阶段和接下来的细胞内富积阶段;死酵母对铜和活酵母对镉、铅的吸附仅仅通过表面作用。B.Volesky 等人研究了啤酒酵母对重金属的生物吸附。结果表明:大量普通的酵母细胞有从稀溶液中吸附金属的能力;活的和死的啤酒酵母细胞在最优 pH4～5 之间时,对铀、锌、铜的吸附是不同的;生长培养环境对金属的积累能力是有影响的。
Jo-Shu Chang 等人研究了铜绿假单胞菌(pseu2 domonas aeruginosa) 生物吸附铅、铜和镉的动力学,研究了环境对吸附的影响及生物生长对吸附的影响,研究了金属的回收及生物吸附剂的再生。结果表明:铜绿假单胞菌对金属离子的最佳吸附条件是不同的,在各自最佳条件下,铜绿假单胞菌对铅的吸附比对铜、镉的吸附要强许多;pH 为5. 5 时,休眠细胞能吸附 Pb110mg/ g 干细胞,非活性的细胞能吸附Pb70mg/ g ; 调节pH值约2.0 时,金属可以大部分回收,解吸后的生物能再次用于吸附,其吸附能力是初次的80 %。
在国内人们对生物吸附处理金属离子的研究要晚一些,最近几年有人在这一方面做了一些探索,陈明等人对细菌吸附重金属离子进行了研究,试验结果表明:从自然界中筛选具有吸附活性的微生物菌株, 并经过强化培养用于重金属废水的处理是可行的 。孟琴研制出了一种新的生物吸附剂BAP ,并对Cu2 + 的进行了吸附研究。结果表明:该吸附剂表现出了较好的吸附性能和操作稳定性 。李明春等人进行了酵母菌对重金属离子吸附的研究,对不同菌株吸附金属离子的能力进行了比较。还有潘进芬对海藻吸附水体中的重金属离子进行了初步探讨。
生物吸附剂的范围并不局限于微生物,有些植物和纤维素也有较强的吸附能力。María A. Maine 等人研究了植物Floating Macrophytes 对镉的积累,结果表明在开始的24h 内镉的去除率是非常高的(当镉的初始浓度为1、2、4、6mg/ g 时,其相应的去除率为63、65、72、74 %)。A. Lodi 等人运用植物 Sphaerotilus natans 从废水中去除镉、锌、铜、银、铬 ( III) 。结果表明:在低金属浓度下( < 25mg) ,这种微生物在(8 ～ 15) d 内能较好地去除镉、锌、铜、银 (81 %～99 %) ,但对铬( III) 的去除率不超过60 %。反应动力学表明:从溶液到细胞表面的扩散不仅是金属或者说微营养素的生物吸附,而且是渗透细胞的离子交换,象Mg2 + 和Fe3 +。Esther U. Ikhuoria 和F. E. Okieimen 还应用了改良纤维(玉米杆粉末) 吸附剂从稀溶液中去除镉、铜、铅、镍和锌离子,得出结论没有多少商业价值的玉米杆粉末是一种有效的吸附材料,能用于含重金属离子的废水的净化。
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