用生物法处理重金属废水

用微生物从水溶液中提取和富集金属

生物富集又叫生物浓缩，是指

生物体通过对环境中某些元素或难以分解的化合物的积累，使这些物质在生物体内的浓度超过环境中浓度的现象。例如日本的水俣病

湖南浏阳镉污染事件

为什么要用微生物提取和富集金属呢？

由于工业的发展,重金属的使用越来越广泛,伴随而来的重金属污染问题也日趋严重。特别是重金属废水,因其中的铅、铬、镉等可通过食物链最终在生物体内累积,破坏正常的生理代谢活动甚至产生“三致”(致癌、致畸、致突变)作用,而成为一种对生态环境危害极大的工业废水。因此,寻找一种能有效地治理重金属废水污染的技术已显得紧

迫而重要。

治理金属废水的传统方法有:中和沉淀法、化学沉淀法、氧化还原法、气浮法、电解法、蒸发和凝固法、离子交换法、吸附法、溶剂萃取法、反渗透和电渗析法等。它们

各有优点,但又不同程度地存在着投资大、

能耗高、操作困难、易产生二次污染等不足,特别是在处理低含量金属污染时,其操作费用和原材料成本相对过高。利用微生物

体系制备的生物吸附剂处理和回

收废水中的金属,是目前实践证明最有发展前途的一种新方法。它与传统的处理方法相比,具有以下优点: (1)在低浓度下,金属可以被选择性地去除; (2)节能,处理效率高; (3)操作时的pH值和温度条件范围宽; (4)易于分离回收金属; (5)吸附剂易再生利用; (6)对钙、镁离子吸附量少;(7)投资小,运行费用低,无二次污染。

微生物提取和富集水溶液中金属的原理：微生物处理法就是利用细菌、真菌、

藻类得生物材料及其生命代谢活动

去除或积累水溶液中的金属，并通

过一定的方法是金属离子从微生物

体内释放出来，从而达到提取和富

集金属的目的。

调配槽生物反应器

沉淀池废水营养盐，养分

污泥回流剩余污泥排放

出水

1.利用微生物方法处理金属废水时，由于废水中常缺乏微生物生长所需的营养物质，包括有机物、氮、磷等，因此，在废水中需加入所缺的营养物质。

2.生物反应器是一个厌氧反应系统，微生物在厌氧条件下分解有机物。例如：还原硫酸盐生成硫化氢，硫化氢与废水中的铜、锌等离子反应生成不溶性的硫化物。生物反应器的类型可以是上流式厌氧污泥床、厌氧接触反应器等。

3.反应生成的金属沉淀物同厌氧污泥混在一起，当其浓度达到一定程度以后，为了保证生物反应器的正常运行，就必然排放一部分污泥。由于污泥中锌含量较高，可以回收。

4.从沉淀池中的出水，虽然一些金属离子的去除率很高，但是出水中还含有比较高的COD和硫化氢，因此必须要进行好氧处理去除COD和硫化氢，使最终出水的指标都达到国家排放标准。

基因工程技术在微生物治提取和富集金属废水中的应用：

运用基因工程技术构建具有高效降解能力的菌株是目前的研究热点，国内外学者均进行了大量研究，主要致力于应用基因工程技术，在微生物表面表达特异性金属结合蛋白或金属结合肽进而提高富集容量，或在微生物细胞膜处表达特异性金属转运系统的同时，在细胞内表达金属结合蛋白或金属结合肽，从而获得具有高富集容量和高选择性的高效菌株。构建出的菌株处理能力均显著提高，高选择性重组菌的构建使得废水中重金属的再资源化成为可能。由于人们对大肠杆菌的认识较深入，且其具有致病性弱，对生长环境要求不高，易于检查和培养的优点，适于作污水处理菌。

由于人们对大肠杆菌的认识较深入，且其具

有致病性弱，对生长环境要求不高，易于

检查和培养的优点，适于作污水处理菌。

目前研究中多以大肠杆菌为受体菌，运用

基因重组技术构建出多种高效菌株。Deng 等构建的基因重组菌E.coli JM10，在含镍废水的处理试验中，对Ni2+富集能力比原始菌株增加了6 倍多。Zhao 等的研究表明，基因工程菌E.coli JM109较宿主菌具有更

强的Hg2+耐受性和更高的Hg2+富集量，去除率达96%以上。

邓旭等研究了转MT-like 基因衣藻对不同重金属离子的抗性和对Cd2+富集行为，结果表明，转基因衣藻对Pb2+、Zn2+和Cd2+三种重金属离子的抗性得到明显增强，其中以对Zn2+的抗性增强最为显著。转基因藻对Cd2+的富集能力经MT-like 蛋白表达后较野生藻细胞有较大增加，最大达到144.48μmol/g ，为野生藻的8.3 倍。曾文炉等以转mMT-Ⅰ聚球藻7002 为对象，研究了其在含Cd2+、Pb2+和Hg2+的培养基中的生长特性及其对重金属的净化性能，结果表明，无论从生长速率还是对重金属的耐受特性来看，转mMT-Ⅰ聚球藻7002 均明显优于野生藻。

固定化技术在微生物治理重金属废水中的应用:

固定化微生物技术是通过采用化学或物理的方法将游离微生物定位于限定的空间区域内，使其保持活性并可反复利用的一种新型生物技术。具有微生物细胞密度高、反应速度快、稳定性强、耐毒害能力强、微生物流失少、产物分离容易和剩余污泥少等优点。利用此技术，可将筛选出的优势微生物（主要是菌体和藻类）加以固定，构成一种高效、快速、能连续处理的废水处理系统，可以有效地减少二次污染。

Kacar等用海藻酸钙固定真菌(Phanerochaete chrysosporium)(包括活的和加热灭活的2种形态菌体),去除30~500 g/L的含Hg(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的废水。吸附平衡为1 h,最佳pH值分别为5. 0和6•0;适宜温度为l5~45℃。用10 mmol/LHCl解析,回收吸附率达原来的97%。是一种新型有效的生物吸附剂。

Chang等则是利用假单孢兰绿藻(Pseudomonas aerugi-nosaPu 21)制备了2种固定化生物吸附剂:一种是用死的微生物细胞制备的,一种是用活的微生物细胞制备的。实验表明,假单孢兰绿藻活的和死的细胞对重金属离子Pb、Cu和Cd都具有很大的吸附能力,活的比死的细胞吸附能力大。不同生长阶段的假单孢兰绿藻对Pb、Cd显示出不同的吸附能力。随着溶液pH值的增加,其吸附能力增强。pH最佳范围在5•0~6•0之间。用稀盐酸解吸后,对于Pb、Cu的吸附能力仍保持在原吸附能力的98%以上,对Cd的吸附能力保持在80%以上。