生物吸附剂及其吸附性能研究进展_昝逢宇

·综述·生物吸附剂及其吸附性能研究进展昝逢宇,赵秀兰(西南农业大学资源与环境学院,重庆400716)摘要:用微生物体来吸附水中的重金属是一项新兴的废水生物处理技术。藻类、细菌、真菌等是生物吸附剂的来源,它们对多种重金属都有较好的吸附去除效果。文章从细胞壁的结构特性概述了藻类、细菌、真菌等对重金属吸附的机理,介绍了它们的吸附性能。关键词:微生物;生物吸附剂;重金属;废水处理中图分类号:X172文献标识码:C文章编号:1007-2454(2004)01-0015-04现代工业的发展会产生大量含重金属废水,重金属进入生态环境后,不像有机物那样能被降解,而是通过食物链进一步富集,对环境和人体健康造成危害,如震惊世界的水俣病、骨痛病事件。人们处理废水中的重金属一般采用物理化学方法(沉淀、离子交换、吸附、电解、膜分离、氧化还原等),当水中的重金属浓度较低时,不仅去除率不高,还存在运行费用高的问题〔1〕。目前新兴的去除技术———生物吸附技术,愈来愈受到人们的关注。生物吸附是利用生物体及其衍生物来吸附水中重金属的过程。重金属离子对生物体有很强的毒害作用,超过一定的浓度就会抑制生物生长或使生物体死亡,有的微生物如某些藻类、细菌、真菌,本身或是经过驯化以后对重金属有一定的耐受性,能够除去水中的重金属离子。与传统的处理方法相比,生物吸附具有以下优点〔2〕:(1)在低浓度下,金属可以被选择性的去除;(2)节能、处理效率高;(3)操作时的pH值和温度条件范围宽;(4)易于分离回收重金属;(5)吸附剂易再生利用。1藻类生物吸附剂1.1来源。全球已知的藻类约4万种,在自然界中分布甚广,绝大多数为水生或生长在阴暗的岩石、墙角、树杆和土壤等表面,是最容易观察到的一种微生物,常常用来指示水体、生态系统及营养条件的变化。研究发现,藻类细胞具有吸附重金属的能力。因此,可选择吸附性能良好的藻类作为吸附剂的生产原料,如海藻,其数量大,容易收集,有一些地方还可人工培养,尤其在沿海地区,来源十分丰富。1.2细胞壁结构特性。当微生物体暴露在金属溶液中时,金属离子直接接触的是细胞壁,微生物细胞壁的化学组成和结构决定着金属与它的相互作用特性。藻类的细胞壁在多数情况下是由纤维素的微纤丝形成的网状结构构成,含有丰富的多糖,如果胶(含有少量己糖、鼠李糖的多聚半孔糖醛酸的高聚物)、木糖、甘露糖、藻酸或地衣酸。多糖带负电,可以通过静电引力与许多金属离子相结合。其中的海藻酸盐与硫酸多糖是吸附的主要载体〔3〕。1.3藻类对重金属的吸附。藻类对大多数重金属有很强的吸附能力。如斜生栅藻(Scenedesmusobliquus)对UO2+2吸附是一个快速而不需要能量的过程,最大吸附容量达75mgg干物质,能够使铀浓度从5.0mgL降至0.05mgL,UO2+2与Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+之间的竞争也很小〔4〕,在吸附锌15生物吸附剂及其吸附性能研究进展昝逢宇赵秀兰收稿日期:2003-06-16时,它的吸附容量、对锌毒性的耐受能力比另外一种栅藻(Scendesmusquadricauda)高〔5〕。绿微藻(Tetraselmischuii)在悬浮状态下,活细胞对Cr的最大吸附量为12.67mgg干物质,干细胞为13.12mgg干物质〔6〕。海草(Arrassum)能积累Cd和Cu〔7〕;马尾藻类海草(Sargassumsp)废生物体能够去除100%Cd2+和99.4%的Zn2+〔8〕。一些大型海藻,它们的吸附容量比其它种类生物体高得多,甚至比活性炭、天然沸石的吸附容量还高,与离子交换树脂相当〔9,10〕。2真菌生物吸附剂2.1来源。真菌在自然界中分布很广,土壤、水、空气和动植物中均有它们的存在。现已记载的真菌约有12万种,包括单细胞的酵母菌、小型霉菌和产生子实体的大型真菌,它们中的大多数都应用于工业生产。如生产抗生素的一些青霉菌属(Penicillium)、链霉菌属(Streptomyces)菌株;生产脂肪酶、柠檬酸、酱油等所产生的各种曲霉(As-pergillus)废弃菌丝体;进行类固醇转化的黑根霉(Rhizopusnigricans);而酵母(Saccharomycescerevisi-ae)则是工业上最重要、应用最广泛的一类微生物。这些废弃菌体在多数情况下都被当作废弃物掩埋或焚烧。试验研究表明,它们对重金属有潜在的吸附能力,利用它们来吸附去除污水中的重金属,可以节约处理费用,达到以废治废的目的。2.2细胞壁结构特性。类似于藻类,真菌的细胞壁只是在结构上类似于植物的细胞壁,但在生物化学有区别。虽然纤维素存在于某些真菌中,但许多真菌的细胞壁不含纤维素。几丁质是许多真菌细胞壁的结构物质,它存在于微纤丝束内,类似于纤维素。其它的葡聚糖,如甘露聚糖、半乳聚糖和氨基葡萄糖可替代几丁质存在于某些真