生物和矿物材料处理铅污染的研究.doc

1 生物和矿物材料处理铅污染的研究摘要: 经济、有效、易获得的生物和矿物材料( 及二者的副产物) 可替代活性炭或离子交换树脂处理含 Pb 废水,也可以用于修复 Pb 污染土壤和水域。本文综述了微生物、农林废弃物、植物和非金属矿物材料处理 Pb 污染的研究及进展。关键词: Pb 微生物农林废弃物植物矿物材料污染铅作为一种重金属元素进入环境后不能被生物降解, 并通过进入食物链在生物体内累积, 影响生物正常生理代谢活动,危害动物及人体健康。近几十年来,电镀、采矿、制革等许多工业排放的废水、废气和废渣不断增加了环境中铅污染负荷, 超出了环境自净能力, 致使土壤、湖泊和海洋都出现了不同程度的铅污染。据报道, 地中海和太平洋表层水含铅量分别超过了 和 ,大约为工业生产前海水含铅量的 10 倍以上[1] 。国家环保总局发布的 2 2003 中国近海调查公告中指出,中国 2/3 的近海海域出现铅含量超标。对含铅废水进行有效处理、对铅污染水域、土壤进行修复成为环境治理中越来越突出的问题。传统的重金属污染处理技术包括: 化学沉淀、渗透膜、离子交换、活性炭吸附和电解等, 但是这些方法普遍存在着二次污染、成本高、对低浓度重金属废水处理和污染水域、土壤修复效果不理想等问题。近年来, 环境工程界越来越重视廉价高效替代技术的研究及其在实际工程上的应用,生物、农林废弃物和矿物材料以其低成本、处理效果好等优点受到人们的青睐。本文就利用生物和矿物材料处理重金属铅污染的研究进行综述。 1 微生物自 Ruchhoft 在上世纪四十年代提出用生物法处理含重金属废水以来, 人们分别研究了细菌、放线菌、酵母菌和霉菌对各种重金属元素的富集能力和作用机理, 并发现微生物材料可以作为重金属离子的吸附剂。下面主要对关于微生物吸附铅的研究进行阐述。 吸附机理 3 微生物处理重金属污染的研究在近十年来取得了长足进展, 研究发现微生物主要是通过吸附作用去除废水中的重金属离子。生物吸附机理的研究一直是探讨的热点, 目前的理论观点认为微生物吸附作用主要包括静电吸引、络合、离子交换、微沉淀、氧化还原反应等过程。主要是依靠生物体细胞壁表面的一些具有金属络合、配位能力的基团起作用, 如巯基、羧基、羟基等基团。这些基团通过与吸附的金属离子形成离子键或共价键达到吸附金属离子的目的,其吸附金属的能力有时甚于合成的化学吸附剂。如在适宜的条件下, 黑根霉菌丝体对铅饱和吸附量可以达到 mg/g (未经处理)和 121mg/g ( 明胶包埋) [2] ; 碱处理可以除去白腐真菌细胞壁上的无定形多糖,改变葡聚糖和甲壳质的结构, 从而允许更多的 Pb2+ 吸附在其表面上,同时 NaOH 可以溶解细胞上一些不利于吸附的杂质, 暴露出细胞上更多的活性结合位点, 使吸附量增大。此外 NaOH 还可以使细胞壁上的 H+ 解离下来,导致负电性官能团增多,在最佳条件下( 的 NaOH 溶液浸泡 40min ) 吸附量可以达到 mg/g ,较未经任何处理的白腐真菌的吸附量( mg/g ) 大大提高[3] 。吴涓等研究了黄孢原毛平革菌吸附 Pb2+ 的机理[4] ,通 4 过对吸附前后的黄孢原毛平革菌菌丝球进行电镜观察和x射线电子能谱测定, 发现黄孢原毛平革菌对 Pb2+ 的吸附过程是一个以表面络合反应为主要机理的物理化学吸附过程,虽然也存在离子交换机理, 但并非重要机理。王亚雄等对细菌吸附的特性研究发现[5] , 细菌对 Pb2+ 的吸附分为两个阶段: 一是细胞表面的络合,在 3min 内吸附量达总吸附量的 75% ; 二是向细菌内部缓慢的扩散过程。此外, 活细胞的吸附量并没有因为有能量代谢系统参与而比死细胞高[6] , Niu 等[8] 证实死的 Chrysogenum 盘尼西林生物体对 Pb2+ 的吸附能力为 116 mg/g 。 应用目前国内外普遍应用工业发酵工程中产生的废弃菌丝体作为生物吸附材料,开辟一条“以废治废”的新途径。胡罡等[9] 研究了制药工业废渣龟裂链霉菌菌体对 Pb2+ 吸附特性, 发现该菌体对重金属的吸附性具有一定的选择性, 吸附 Pb2+ 的能力最强,饱和吸附量达 112mg/g ( PH=4 ) ,其吸附过程是一吸热过程, 以单分子层吸附为主;用 NaOH 处理龟裂链霉菌菌体可以提高吸附 Pb2+ 的能力, Ca2+ 对吸附有竞争。胡罡等[10] 还研究了选用适当的包埋技术对龟裂链霉菌菌体进行固定, 以制得 Pb2+ 生物吸附剂用于含铅废水处理。研究 5 发现用 10% 的聚乙烯醇和 % 的海藻酸钠,在含 CaCl2 的饱和硼酸溶液中固定化 24hr , 为最佳包埋条件, 包埋后的饱和吸附