重金属污水处理新趋势——生物吸附

重 金 属 污 水 处 理 新 趋 势 一 生 物 吸 附
卓 艳 婷 郑 志 华 ，
（ ．江 门 市 环 境 科 学研 究 所 ，广 东 江 门 ５ ９ ０ ；２ 上 海船舶 运 输科 学研 究所环 境分 所 ，上 海 ２ ０ ３ ） １ ２０ ０ ． ０ １ ５
摘
要 ： 绍 生 物 吸 附 材 料 对 重 金 属 污 染 物 的 生 物 吸 附 机 理 和 同 定 化 生 物 吸 附 重 金 属 的 意 义 ， 论 了 相 关 影 响 因 介 讨
２５ １ ５ ０ ．６ ２ ８ ７ ６ ４． ３９ １ ． ６２
３４ ４ ２Ｏ ３ １６ １
生物 吸 附材料从 最开 始广 泛应用 的活 性炭 逐渐 向一些更 加 低廉 的吸 附材料 发展 ， 甲壳 素 、 如 树枝 、 羊毛 、 沸石 、 土 、 黏 泥煤 苔 、 飞灰 、 、 炭 自然氧 化 物 、 工业 废 物 以及 混合 吸附 材 料 等 。 目前 已研 究 的生 物 吸 附 材料 包
Ｂｉ ｓ ｒ ｉ ｎ， ｔ ｅ Ｎｅ Ｐｒ ｃ ｓ ｏ Ｒ ｅ ｏ ｅ Ｈ ｅ ｖ ｅ ａ ｒ ｍ ａ ｔ ｗ ａ ｅ ｏ ｏ ｐｔｏ ｈ ｗ ｏ ｅ ｓ ｔ ｍ ｖ ａ ｙ Ｍ ｔ ｌｆ ｏ Ｗ ｓ ｅ ｔ ｒ
Ｚｈｕ ｏ Ｙａｎ ｉ ， Ｚｈｅ ｔｎｇ ｎｇ Ｚｈｉ ｈｕａ
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对小型 真菌 的重 金属 吸附研 究较 多 ， 对大 型真菌 的重 金 属 吸附研 究 较少 。大 型真 菌 的优势 在 于 它们 生 长 而
容 易 ， 世界 范 围 内广泛 存在 ， 全 而且 大 型真菌 的子实 体 在干 燥后 通 常具 有 坚硬 的质地 ， 于 使用 。现在 大 多 便 采用 毛木耳 （ ｒ ｕａｉ ｏｙｒ ｈ ） 实体及 其另 一种 生长 阶段 的菌 丝体 进行 系 统 的吸 附研 究 ， 木耳 价 格 Ａｕ ｉ ｌｒ ｐ ｌｔｉ ａ 子 ｃ ａ ｃ 毛
态环 境后 ， 其特 性有 别 于其 它 污染物 ， 因为其具 有 非常稳 定 及 不可 降 解 的特性 将 产 生极 大 的危 害 ， 通 过食 并
物链 的作用 不 断地 向更高 的 营养级 富集 ， 导致 在最 高 营养 级 的生 物体 中以数 千 万倍 的含 量 富集 。若 这 些 重 金属进 入 生物体 ， 将产 生更严 重 的毒 害作用 。 必 早 期 的研究 者希 望通 过 寻找低廉 的吸附材 料 ， 吸附法 的 大规 模应 用 成 为可 能 。１ ９ 使 ９ ０年 ， ｌｓ ｙ 首 Ｖｏｅｋ 次观察 到 某些活 体微 生物 具有 积 累金属 元素 的能 力 。进 一 步 的研 究 发现 ， 生 物死 体也 能通 过 物理 化 学方 微 式 被 动地结 合金 属离 子 。１ ９ ９ ５年 ， ｌｓ ｙ Ｖｏｅ ｋ ￣Ｈｏａ ［ 研 究发 现 生物 吸附材 料对 金属 离子 所 表现 出的行 为 与 ｌｎ２ ］ 微 生物 细胞 壁 的化 学 组分有 关 ， 总结 了各类 生 物体 对重 金属 的吸 附能 力 ， 后续研 究 奠 定 了基础 。１ ９ 为 ９ ９年 ， Ｂ ｉ ｙ等 总结 了各 种廉 价 吸附材 料 的吸 附 能 力 ， 究 对 象 中包 括 木 质 素 、 聚 糖 、 皮 、 酸 盐 、 ａｌ ｅ 研 壳 树 黄 沸石 、 黏 土、 泥煤 苔 、 海藻及 生 物死体 等 吸附材 料 。各类 吸 附材料 对重 金属 的 吸附能 力 见表 １ 。
生作 用 。重 金属离 子最 先与 细胞壁 接触 ， 且大 多数金 属离 子都 螯合 在细胞 壁上 。
２ ２ 表 面 络 合 机 理 ．
当生物体 暴露 在金 属离 子溶液 中时 ， 细胞 壁首先 与 金属离 子接 触 ， 胞壁 的化学 组成 和结 构决定 着 与金 细 属 离子 相互 作用 的特性 。通 常 ， 生物 的细胞 表 面主要 由多聚糖 、 白质和 脂类 组 成 ， 些结 构 成 分 中可 与 微 蛋 这 金属离 子相 结合 的 主要 官能 基 团有羧 基 、 酰基 、 磷 羟基 、 硫酸脂 基 、 氨基 和酰胺 基等 ， 中氮 、 、 、 其 氧 磷 硫作 为配 位 原子 与金 属离子 配位 络合 。 黄青霉 菌 （ ． ｈｙ ｏ ｅ ｕ 的细胞壁 对重 金属 离子有 很 高 的络合 特 性嘲 ， Ｘ 射 线 吸 收精 细 光 谱 分析 Ｐ ｃ ｒ ｓｇ ｎ ｍ） 经 可知 ： ２ １ ×１ ～０ １ ５ｍ（ ｌＬ 的 吸附 量 范 围 内 ， ｎ 离 子 主要 以 四面 体 构 型 配 位 到 ４个磷 酰 基 在 ．６ ０ ． １ ｍｏ／ ） Ｚ抖 上 ： Ｚ 离 子浓 度达 到饱 和状态 时 ， 部分 Ｚ 。 当 ｎ 小 ｎ 离子 与羧 基形 成络 合 物 。而细 胞对 Ｐ 离 子 的吸 附 ， ｂ 则
在较 低 的吸 附量 ５ １ ×１ ＿ ｍ（ ｏ／ 下 ， 先 与 羧 基 发 生 络 合 ， 成 （ ＯＯ） ｂ络 合 物 ， 后 再 形 成 ． ６ ０ ” ｔ ｌＬ） 首 ｏ 形 Ｃ Ｐ 然
（Ｏ ） Ｐ Ｐ 。 ｂ络 合 物 。
红外 光谱 技术 已广泛 应用 于研究 细胞 壁 吸附金 属离 子 的行 为 ， 过 比较 生 物体 吸 附金 属 离 子 前后 的光 通 谱 变化来 探讨 其 吸附机理 。Ｇｕｂ ｌ ｉａ 等 研究 表 明 ， 曲霉 （ 黑 Ａ．ｎｇ ｒ 、 青霉菌 和米 黑毛 霉 （ ｍｉ ｅ） ｉｅ） 黄 Ｍ． ｅ ｉ的细 ｈ 胞 壁主要 含有 聚氨 基葡 糖和糖 蛋 白纤维 ， 铀酰 离子 在细 胞上 的吸 附导致 了氨基 或 酰胺 基 红外 吸收 峰 强度 的 降低 ， 表 明铀酰离 子 主要与 细胞壁 上 氨基发 生配位 络合 。为 了证 明这一 点 ， 究 了铀酰 离子 在聚 氨基 葡糖 这 研 上 的吸 附 ， 吸附铀酰 离子 后 的聚氨基 葡糖 光谱 出现 了类 似 的变化 。Ｂ ．Ｖｏｅｋ ｌｓ ｙ等Ⅲ 采 用 不 同的仪 器 分 析技
括： 细菌 、 真菌 、 藻类 以及 生物 提取 物等 。人 工合 成 的离 子交 换 树 脂 生 产成 本 为 ３ ～５ Ｏ Ｏ美元 ／ ｇ 而 具 有 相 ｋ， 同吸附性 能 的生 物吸 附材料 生产成 本仅 为 ３ ～５美 元 ／ ｇ 生产 成 本 降低 ９ ， 有 良好 的发 展 前 景 。 目前 ｋ， ０ 具
（ ． ｉｎ ｎ Ｅｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ｌ ｃ ｅ ｃ ｓ ａ ｃ ｎ ｔｔ ｔ ，Ｊａ ｇ ｅ ２ ０ ０，Ｃｈ ｎ ； １ Ｊ ａ ｍｅ ｖ ｒ ｎ ｎ ａ ｉｎ ｅＲｅ ｅ ｒ ｈ Ｉ ｓ ｉｕ ｅ ｉｎ ｍ ｎ ５ ９ ０ Ｓ ｉａ
２． Ｓｈｉ ｎｄ Ｓ ｐｐ ｎ ｅ ｅ ｒ ｈ Ｉ ｔｔ ｔ ｐ ａ ｈｉ ｉ ｇ Ｒ ｓ ａ ｃ ｎｓ ｉｕ ｅ，Ｓｈａ ｇｈ ｉ２ ３ Ｃｈｉ ） ｎ ａ ００１ ５， ｎａ
Ｋｅ ｒ ： ｈ ａ ｅ ａ ； ｂｉａ ｏｒ ｔｏｎ；ｗ ａ ｔ ｗ ａ ｅ ｒ ａ ｍ ｅ ｙ ｗｏ ｄｓ ｅ ｖｙ ｍ ｔ ｌ ｏ ｂｓ ｐ ｉ ｓ ｅ ｔ ｒ ｔｅ ｔ ｎｔ
１ 重金 属 生物 吸 附 的研 究进 展
在环 境污染 与控 制领 域 ， 重金属 主要 是指 汞 （ ）镉 （ ｄ 、 （ ｂ 、 （ ） 铜 （ ｕ 、 （ ｒ 以及类 金 属 Ｈｇ 、 Ｃ ） 铅 Ｐ ） 镍 Ｎｉ、 Ｃ ） 铬 Ｃ ） 砷 （ ｎ 等生 物毒 性显 著 的元素 ， 污染 主要来 源 于工 、 Ｓ） 其 农业 生 产 、 城市 生 活及 环 境事 故 。这 些重 金属 进 入 生
第 ３ ５卷 第 ｌ 期 ２ｌ Ｏ ２年 ６月
上
海
船
舶 运
输
科
学
研
究
所
学
报
Ｖｏ． ５Ｎｏ １ １３ ．
Ｊｎ ２ ２ ｕ ０１
．
Ｊ ＯＵＲＮＡＩ ＯＦ ＳＨＡＮＧＨ ＡＩＳＨＩ Ｐ ＡＮＤ ＳＨＩ ＰＩ Ｐ ＮＧ ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ ＮＳ ＴＵＴＥ Ｉ ＴＩ
文 章 编 号 ：６ ４５ ４ （ ０ ２ ０ —０ ７０ １ ７ —９ ９ ２ １ ） １０ ６ —５
素 ， 出 生 物 吸 附 具 有 来 源 广 、 格 低 、 附 能 力 强 、 于 分 离 回收 重 金 属 等 优 点 。指 出 生 物 吸 附 法 具 有 很 好 的 丁 得 价 吸 易
业应用前景 。
关 键 词 ： 金属 ； 物 吸 附 ；污 水 处 理 重 生 中图 分 类 号 ： ０ Ｑ５ ３ 文 献 标 志 码 ： Ｂ
６ ８
上
海
船
舶
运
输
科
学
研
究
所
学
报
２１ ０ ２年第 １ 期
单位 ： ／ ｍｇ ｇ
表 １ 各种 廉 价 吸 附 材 料 对 重 金 属 的 吸 附能 力
吸 附 材 料 活 性 炭 树 皮 木 质 索 壳 聚糖 黄 酸 盐
沸 石
镉 （ ｄ １） Ｃ 。
铬 （ ｒ＋） Ｃ３
铬（ ｒ ） Ｃ
汞（ ） Ｈｇ
铅 （ｂ ） Ｐ ２ ９ ．５
３ ２
１． ５ ９４
４０ ０ １Ｏ ５
ｌ２ ８ １５ ７ ８ ７６ ９
９ ２ ３．７ ３ ２ １．７ ９ ６
２ ． ７３ １ １９ ． ４
０ ６ ．５
１ ８
１５４ ５ ．
海 藻 泥 煤 苔 生 物 死 体
由表 １可知 ， 多廉价 吸 附材料 不仅 对单 一金 属具 有 同样 功 效 ， 很 对多 金属 也 具 有很 高 的去 除能 力 ， 取 为
代 活性 Fra Baidu bibliotek处 理技术 及 离子交 换树 脂处 理技 术提 供 了可能 。
收 稿 日期 ： Ｏ 】１ 一 ８ ２ ｌ 一 １Ｏ
作者 简 介 ： 艳 婷 （ ９ ０ ） 女 ， 东 江 门 人 ， 理 研 究员 ， 要 从 事 环 境 影 响 评 价 研 究 。 卓 １８ 一 ， 广 助 主
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈｅ ｂ ｏ ｏ ｐｔｏ ｅ ｈ ｎｉｍ ｅ ｖｙ ｍ ｅ ａ ｅ ｏ ｌｂｙ ｂｉｌ ｇｉａ ｂｓ ｒ ｎｔ ｉ ｓ ｒ ｉｎ ｍ ｃ ａ ｓ ｏｆｈ ａ ｔ ｌｒ ｍ ｖａ ｏ ｏ ｃ ｌａ ｏ ｂｅ ｓ，ａ ｅＩａ ｈｅ ｅ ｆ ｃ ｆｉ ｍ ｏ ｉｉｅ ｅ ｌ ｓｗ ｌ ｓｔ ｆ ｅ ｔｏ ｍ ｂ ｌｚ ｄ ｃ ｌ
低廉 、 分布 广泛 ， 已有研 究 表 明其 对重 金属有 较好 的吸 附特性 ＿ 。 ８ ］
２ 生物 吸 附材 料对 重 金属 生 物 吸 附机 理 的研 究
２ １ 生 物 细 胞 壁 结 构 ．
生物 吸 附材料 主要是 细菌 、 真菌 和藻 类等 生物体 ， 胞壁 直 接与 外界 环 境接 触 ， 溶 液 中 的可溶 物 质 发 细 与