4第四章 应用(一)生物吸附

重金属废水来源 （二）
二、 钢铁和有色金属冶炼和采矿重金属废水
采矿和冶炼需耗用大量的水， 其排放的废水中重金属离子成 分比较复杂，因大部分有色金属和矿石中有伴生元素存在，所以 废水中一般含有汞、镉、砷、铅、铜、锌等。
以葫芦岛锌厂为例，其废水排放量为每年21.9万吨。废水中 含有Zn、 Hg、Cu、Cd等，从生产线下来的废水重金属离子浓度 为，Zn 153.00 mg/L、Hg 0.87 mg/L、 Cu 4.45 mg/L、Cd 18.70 mg/L（引自 2002 年葫芦岛锌厂西部污水处理站污染情况 表）。
啤酒酵母泥:试验用啤酒酵母泥，由沈阳雪花啤酒厂提供； 硅藻土: 吉林长白硅藻土。
试验方法（1～13）
微生物培养方法 微生物量的计量方法 细菌的革兰氏染色法 细菌生长曲线的测定方法 细菌对重金属耐性试验方法 吸附过程中常见离子的释放试验 重金属离子分析方法
试验方法
吸附试验方法 金属离子去除率Q计算方法 微生物吸附负载量L计算方法 细菌的ζ电位测定方法 细菌的 红外光谱测定方法 扫描电镜生物样品的制备方法
HHgg22+ + PPbb22+ + CCuu22+ + ZZnn22+ + NNii2+2+
5
10
15
20
25
Îü ¸½ Ê±ä¼ ( min )
溶液pH值对吸附效果的影响
金属离子吸附率 ( % )
100
80
60
HHg22++
PPbb22+ +
40
CCuu22++ ZZnn22++
NNii22+ +
* Muraleedharan等通过试验同样说明了几丁质和蛋白质 在吸附过程中的不同角色，而且指出带有自由基的 细胞壁介质才是在吸附过程中起最重要作用的物质。
生物吸附研究与应用概况
目前，生物吸附技术的研究还只是 处于实验室阶段，在实用化和工业化 过程中还存在着许多有待进一步深入 研究的问题。
生物吸附技术的存在的问题
草分枝杆菌自然显微形态 （图中标尺为500 nm）
草分枝杆菌的生长曲线
每百毫升细菌重量／g
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0 0
20 40 60 80 100 120 140 160 生长时间/h
草分枝杆菌不同生长时期 对重金属离子的吸附效果影响
ð½ ôÊ ëÀ Ó×üÎ ½¸ Ê ¯£ ¥£
辽宁省是国家重工业生产基地，有 着石油化工、冶金、建材、造纸和电力等 传统基础产业。多少年来这些企业为国家 及辽宁省经济的发展做出了贡献；但是在 发展的同时，也给环境带来了严重的污染。 针对辽宁省水体污染现状，解决实际问题， 提出了治理重金属水污染的课题。
选择微生物技术的原因
如今人们比以往任何时候都更加崇尚 自然、善待自然，与环境相协调的绿色理 念已经渗透到新技术的开发中。
100
金属离子吸附率 Q (%)
80 PPbb22++
60
HHgg22+
CZun2++
40
ZCnu22++
NNii22++
20
0
0
100
200
300
400
500
重金属离子浓度 （mg/L )
四 试验结果
苦味诺卡氏菌 对 Hg2＋、Pb2＋、Cu2＋、Zn2＋、Ni2＋
的吸附规律研究
苦味诺卡氏菌
苦味诺卡氏菌（Nocardia amarae）， 原核生物界，细菌门，放线菌目 （Actinomycetales），诺卡氏菌科 （Norcardia），诺卡氏菌属 （Nocardia）[51]。
静电吸附机理； 表面配合机理； 离子交换机理； 细胞酶促机理。
细菌微粒的表面ζ电位测定
ξ 电位/ mV
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
1
3
5
7
9
pH
草分枝杆菌 苦味诺卡氏菌
草分枝杆菌－pH曲线
金属离子吸附率 Q (%)
70
60
50
40
30
20
PPbb22+ +
ZZnn22+ +
10
Hgg22+ +
0 1
NNii22++ CCuu22++
3
5
7
9
pH
温度对吸附过程的影响
金属离子吸附率 Q (%)
70 60 50 40 30 20 10 0
10 15 20 25 30 35 40 45 50
T ( ºC )
HPbg22++ PZbn22++ CHgu22++ ZCnu22++ NNi22++
草分枝杆菌 对不同初始浓度重金属离子的吸附能力
生物吸附研究与应用概况
生物吸附技术是利用廉价的生物细胞体 吸附重金属离子，从而达到去除水体中 有害重金属离子的目的。
生物吸附概念最早是由Ruchhoft在1949 年提出来的，它利用活性污泥去除水中 的放射性元素钋（Pu）。
生物吸附研究与应用概况
生物吸附重金属研究的真正兴起还是在二十世纪八十年 代. 1982年Teszos的研究指出少根根酶（Rhizopus arrhizus） 对钍和铀有很高的吸附量； 1984年Hosea等人发现普通小球藻（Chlorella vulgaris） 对Au3+有很高的亲和力； 1986年Norbeng等人发现动胶菌（Z. ramigera）对 Cu2+ 具有较高的选择性吸附能力；
重金属废水来源 （三）
三、其他行业的重金属废水
染料行业排放的废水含有铅、铜、砷、镉等， 陶瓷行业排放的废水含有砷、铬等， 墨水制造业排放的废水含有汞、铅、铜、镍、镉等， 照相行业排放的废水含有银、铅、铜、铬、镉等， 造纸行业排放的废水含有铬、汞、铜、镍等， 制药行业排放的废水含有铜、铁、汞、锡等， 肥料行业排放的废水含有汞、铬、铅、铜、砷、镉、镍等， 氯碱制造业排放的废水含有铅、铜、砷、镉等， 涂料行业排放的废水含有铅、钛、锌、铬等， 玻璃行业排放的废水含有钼、铅、镍、钡等， 纺织行业排放的废水含有汞、铬、铅、镍、砷、镉等。
为了使生物吸附金属技术推广应用，还 必须考虑以下一些因素：
（1）如何进一步提高生物吸附剂的吸附效率； （2）生物吸附剂应易于得到； （3）降低吸附剂的制造成本； （4）吸附剂应使用方便，易于操作等。
二 试验材料和方法
试验材料
Mycobacterium phlei，草分枝杆菌，代号为AS. 4.1180； Norcardia amarae，苦味诺卡氏菌，代号为AS. 4.1126；
20
10
Hg 2+
0wk.baidu.com
0
5 10 15 20 25 30
Îü ¸½ ʱ¼ä ¨£ min©£
溶液pH值对吸附效果的影响
ð½ ôÊ ëÀ Ó×üÎ ½¸ Ê Q (%) 金属离子吸附率 Q (%)
70
60
50
40
30 Pb22++
20
Zn22++
10
Hg22++
0
1
3
5
7
9
11
pH
70 60 50 40 30 20 10
70 60 50 40 30 20 10
0 0
2+
Pb Zn 2+ Cu 2+
Hg 2+
Ni 2+
50
100
150
200
250
ϸ ¾ú Éú ³¤Ê±¼ä /h
吸附时间对吸附效果的影响
ð½ ôÊ ëÀ Ó×üÎ ½¸ Ê Q (%)
80
70
Pb 2+
60
Zn 2+
50
40
Cu 2+
30
Ni 2+
微生物吸附作为治理重金属污染的一 项新技术，由于其环保特色而有着其他技 术所不可比拟的独特优点。
微生物吸附技术的特点
与常规的技术相比，微生物吸附技术， 具有以下优点： （1）可以选择性地去除某种重金属离子； （2）处理效率高，不引起二次污染； （3）pH值范围较宽； （4）易于分离回收金属。
三 试验结果
草分枝杆菌 对 Hg2＋、Pb2＋、Cu2＋、Zn2＋、Ni2＋
的吸附规律研究
草分枝杆菌
草分枝杆菌(Mycobacterium phlei) 属原核生物界，细菌门，放线菌目 （Actinomycetales），分枝杆菌科 （Mycobacteriaceae）， 草分枝杆
菌属（Mycobacterium） 。
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
50
100
150
200
细菌生长时间/h
HHgg22++ Pb22++ Cu22++ Zn22++ Nii22++
吸附时间对吸附效果的影响
ð½ ôÊ ëÀ Ó×üÎ ½¸ Ê £¨¥£ ©£
120 100 80 60 40 20
0 0
治理重金属废水的各种技术
一、化学法：化学沉淀法、氧化还原法、铁氧体法。 二、离子交换树脂法 三、电解法 四、膜分离技术：电渗析、反渗透、液膜分离技术等。 五、蒸发浓缩法 六、吸附法：有腐殖酸树脂吸附法、 斜发沸石吸附法、麦
饭石吸附法、硅藻土吸附法、膨润土吸附法、 活性炭吸附法、生物吸附法等。
急需解决的实际问题
0
1
3
5
生物吸附研究与应用概况
从上个世纪九十年代到现在，国内外有关这个领域的研 究发展很快。
生物吸附材料不断涌现: * Holan Z R 等人用褐藻（A. nodosum）吸附Co2+； * Huang Chinpin用米曲霉（A.oryzae）吸附Zn2+； * Volesky用Saccharomyces cerevisiae吸附Cd2+； * 牛慧等人利用非生长产黄青霉素对重金属离子的吸附； * 李清彪等人研究了用Phanerochaete chrysosporium菌对
苦味诺卡氏菌自然显微形态 （图中标尺为500 nm）
每百毫升 细菌重量／g
苦味诺卡氏菌的生长曲线
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 生长时间/h
苦味诺卡氏菌不同生长时期 对重金属离子的吸附效果影响
金属离子吸附率／％
微生物吸附技术 在治理工业废水中重金属离子的应用
主要内容
一、背景知识 二、吸附试验材料和吸附方法 三、草分枝杆菌对重金属离子吸附规律研究 四、苦味诺卡氏菌对重金属离子吸附规律研究 五、细菌吸附重金属离子机理研究 六、重金属的微生物吸附技术应用基础研究 七、结 论
重金属废水来源（一）
一、 电镀行业重金属废水 1、含铜废水：
ØÖ ð½ ôÊ ëÀ Ó×üÎ ½¸ Ê £¨¥£ ©£
100 80 60 40 20 0
0
200
400
600
800 1000
ÖØ ½ð Êô Àë ×Ó Å¨¶È ( mg/L )
HHgg22++ PPbb22+ + CCuu22+ + ZZnn22+ + NNii2+2+
五 细菌吸附重金属离子机理研究
酸性镀铜过程的废水中含铜浓度在100 mg/L以下，pH值为2~3； 焦磷酸镀铜过程的废水含铜浓度在50 mg/L以下，pH值在7左右。 2、含锌废水 ： 碱性锌酸盐镀锌过程的废水中含锌浓度在50 mg/L以下，pH值为9； 钾盐镀锌过程的废水中含锌浓度在100 mg/L以下，pH值为6左右； 硫酸锌镀锌过程的废水中含锌浓度在100 mg/L以下，pH值为6~8； 氨盐镀锌过程的废水中含铜浓度在100 mg/L以下，pH值为6~9。 3、含镍废水 ： 一般废水中含镍浓度在100 mg/L以下，pH值在6左右。 4、含铬废水： 一般废水中含六价铬浓度在200mg/L以下，pH值为4~6。
Pb2+的吸附； * 刘月英等人用Bacillus licheniformis菌吸附Pd2+； * 刘瑞霞等人研究了用Micrococcus luteus菌吸附Cu2+。
生物吸附研究与应用概况
生物吸附机理研究不断深入:
* Treen－Sears认为微生物对金属的吸附于其细胞壁含有 的磷酸基与羧基的比例有关，并认为在快速吸附过 程中，离子交换起了主要作用。
20
0
1
3
5
7
9
11
13
pH
温度对吸附过程的影响
ð½ ôÊ ëÀ Ó×üÎ ½¸ Ê ( % )
100
80
PPbb22++ HHg22++
CCu22++
60
ZZnn22++
NNii22++
40
20
0
10
20
30
40
50
60
Îü ¸½ Π¶È ( ºC )
苦味诺卡氏菌 对不同初始浓度重金属离子的吸附能力
重金属最高允许排放浓度
国标GB－8978－1996 污水综合排放标准中明确规定了重金属 最高允许排放浓度。
重金属 Hg Pb Ni Cd Cr 污染物
最 高 允 许 0.05 0.05 1.0 0.1 1.5 排放浓度 （mg/L ）
Zn Cu 5.0 2.0
其中Hg2+、Pb2+、Ni2+、Cr(VI)、Cd2+为国标规定的第一类污染物， 即能在环境或动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响的污染物； 而Cu2+、Zn2+为第二类污染物，是指其长远影响小于第一类的污染物质。