生物吸附處理水體中重金屬的研究現(xiàn)狀可以用于生物吸附的微生物是非常豐富的,細(xì)菌是地球上最豐富的微生物,繁殖能力很強(qiáng),如能將其利用于生物吸附方面,無疑將是取之不盡的廉價資源。發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)生的大量廢菌體(如啤酒酵母、面包酵母、根霉屬菌、枯草桿菌等) 也是一種極具潛力的生物吸附劑。其價格低廉,來源廣泛,在吸附能力方面的表現(xiàn)也是非常引人注目的。還有一種廉價的原料是蘊(yùn)藏豐富的藻類,其又包括淡水藻、海藻兩類,海藻是一種吸附率高而又很容易得到的原材料。表1 - 1 列出了一些國內(nèi)外研究者用過的微生物。

表1  可用于生物吸附的微生物

自從上世紀(jì)70 年代生物吸附引起人們的廣泛關(guān)注以來,生物吸附的研究變得非?；钴S。國外對生物吸附金屬的研究相對要早一些,現(xiàn)在已經(jīng)開始對實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行探索。筆者在查閱了一些文獻(xiàn)資料后發(fā)現(xiàn),近30 年來國外在細(xì)菌、真菌、海藻應(yīng)用于生物吸附方面均做了大量的研究。但根據(jù)其現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢看,海藻是其中研究較多的,這可能與海藻來源廣泛、蘊(yùn)藏豐富有關(guān)。McGill University 的David Kratochvil and Bohumil Volesky 運(yùn)用Sargassum (馬尾藻) 對Cu 從含鐵溶液中的去除和回收進(jìn)行了試驗(yàn), 連續(xù)式吸附柱對Cu、Fe 混合離子溶液進(jìn)行了選擇性去除,用生物去除Cu ,深度過濾去除三價Fe。Jin2 bai Yang and Bohumil Volesky 研究了Sargassum biomass 對鎘的生物吸附,他們還研究了海藻生物對鈾的吸附與浸出,在低pH 值時鈾以自由的UO2 + 離子形式存在,它和質(zhì)子競爭進(jìn)入生物體中,在高 pH值時,鈾的高吸附率主要由于氫氧根絡(luò)合離子 UO2OH+ ,[ (UO2) 3 (OH) 5 ] + , [ (UO2) 2 (OH) 2 ]2 + 和質(zhì)子間的離子交換,流化床試驗(yàn)表明生物對鈾的綜合吸附量為105mg/ g ,吸附柱的再生用0. 1M的HCl ,鈾的回收是高效的。Kratochvil ,D. 等人進(jìn)行了海藻生物去除三價鉻的研究,海藻通過離子交換去除鉻, 當(dāng)1mol 鉻被吸附的同時,有1. 1mol 的鈣被釋放到溶液中,Cr (OH) 2 + 的積累能用Schiewer 的離子交換模型模擬。B. volesky 和I. Prasetyo 運(yùn)用海藻Asco2 phyllum nodosum 進(jìn)行了吸附柱去除鎘研究,能將流體中的鎘從10 mg/ L 降低到1. 5ppb 水平,去除率為 99. 985 %。Antonio Carlos A. DA Costa 也進(jìn)行了海藻生物吸附劑富積鎘的研究,試驗(yàn)結(jié)果表明: 海藻 Sargassum sp. 作為鎘的生物吸附劑,能應(yīng)用于連續(xù)操作處理復(fù)雜的含鎘金屬廢水。Zümriye Aksu. Dursun zer 進(jìn)行了在固定床反應(yīng)器中利用海藻處理鎘的實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明: 干海藻細(xì)胞Cladophora crispata 從溶液中去除金屬離子在實(shí)際操作上是有效的。Ayla ozer 和Dursun ozer 研究了兩段序批式反應(yīng)器中藻類(Cladophora crispata) 對鎘的吸附。 Jose T. Matheickal 用綠化鈣對海藻Durvillaea potato2 rum進(jìn)行預(yù)處理,然后從稀溶液中吸附鎘,預(yù)處理后的生物進(jìn)行固定床試驗(yàn)也是可行的,處理后的溶液中鎘的濃度低于0. 1ppm。

Chin - pin Huang 等人研究了啤酒酵母對銅的生物吸附。結(jié)果表明:pH值對銅的吸附影響很大;大量的質(zhì)子和金屬離子進(jìn)行交換從活細(xì)胞中釋放出來;在高pH值條件下,銅的累積數(shù)量降低;吸附的途徑是多樣的;活酵母對二價銅的吸附分為兩個階段,開始的快速表面吸附階段和接下來的細(xì)胞內(nèi)富積階段;死酵母對銅和活酵母對鎘、鉛的吸附僅僅通過表面作用。B.Volesky 等人研究了啤酒酵母對重金屬的生物吸附。結(jié)果表明:大量普通的酵母細(xì)胞有從稀溶液中吸附金屬的能力;活的和死的啤酒酵母細(xì)胞在最優(yōu) pH4～5 之間時,對鈾、鋅、銅的吸附是不同的;生長培養(yǎng)環(huán)境對金屬的積累能力是有影響的。

Jo-Shu Chang 等人研究了銅綠假單胞菌(pseu2 domonas aeruginosa) 生物吸附鉛、銅和鎘的動力學(xué),研究了環(huán)境對吸附的影響及生物生長對吸附的影響,研究了金屬的回收及生物吸附劑的再生。結(jié)果表明:銅綠假單胞菌對金屬離子的最佳吸附條件是不同的,在各自最佳條件下,銅綠假單胞菌對鉛的吸附比對銅、鎘的吸附要強(qiáng)許多;pH 為5. 5 時,休眠細(xì)胞能吸附 Pb110mg/ g 干細(xì)胞,非活性的細(xì)胞能吸附Pb70mg/ g ; 調(diào)節(jié)pH值約2.0 時,金屬可以大部分回收,解吸后的生物能再次用于吸附,其吸附能力是初次的80 %。

在國內(nèi)人們對生物吸附處理金屬離子的研究要晚一些,最近幾年有人在這一方面做了一些探索,陳明等人對細(xì)菌吸附重金屬離子進(jìn)行了研究,試驗(yàn)結(jié)果表明:從自然界中篩選具有吸附活性的微生物菌株, 并經(jīng)過強(qiáng)化培養(yǎng)用于重金屬廢水的處理是可行的 。孟琴研制出了一種新的生物吸附劑BAP ,并對Cu2 + 的進(jìn)行了吸附研究。結(jié)果表明:該吸附劑表現(xiàn)出了較好的吸附性能和操作穩(wěn)定性 。李明春等人進(jìn)行了酵母菌對重金屬離子吸附的研究,對不同菌株吸附金屬離子的能力進(jìn)行了比較。還有潘進(jìn)芬對海藻吸附水體中的重金屬離子進(jìn)行了初步探討。

生物吸附劑的范圍并不局限于微生物,有些植物和纖維素也有較強(qiáng)的吸附能力。María A. Maine 等人研究了植物Floating Macrophytes 對鎘的積累,結(jié)果表明在開始的24h 內(nèi)鎘的去除率是非常高的(當(dāng)鎘的初始濃度為1、2、4、6mg/ g 時,其相應(yīng)的去除率為63、65、72、74 %)。A. Lodi 等人運(yùn)用植物 Sphaerotilus natans 從廢水中去除鎘、鋅、銅、銀、鉻 ( III) 。結(jié)果表明:在低金屬濃度下( < 25mg) ,這種微生物在(8 ～ 15) d 內(nèi)能較好地去除鎘、鋅、銅、銀 (81 %～99 %) ,但對鉻( III) 的去除率不超過60 %。反應(yīng)動力學(xué)表明:從溶液到細(xì)胞表面的擴(kuò)散不僅是金屬或者說微營養(yǎng)素的生物吸附,而且是滲透細(xì)胞的離子交換,象Mg2 + 和Fe3 +。Esther U. Ikhuoria 和F. E. Okieimen 還應(yīng)用了改良纖維(玉米桿粉末) 吸附劑從稀溶液中去除鎘、銅、鉛、鎳和鋅離子,得出結(jié)論沒有多少商業(yè)價值的玉米桿粉末是一種有效的吸附材料,能用于含重金屬離子的廢水的凈化。

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