生物吸附
生物吸附剂及其应用
ｗａ ｔ ｗａ ｅ ｒ ａ ｍ ｅ ｔｆ ｒｐ ｅ ｉ ｕ ｔ ｌｒ ｃ ｖ ｒ ． Ｔｈ ｓ ｒ ｖ ｅ ｒ ｐ ｒ ｓ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｃ ｉ ｉｉｓ ａ ｄ ｄ ｖ ｌ — ｓ ｅ ｔ ｒ ｔｅ ｔ ｎ ｏ ｒ ｃｏ ｓ ｍｅ ａ ｅ ｏ ｅ ｙ ｉ ｅ ｉｗ ｅ ｏ ｔ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｔｖ ｔｅ ｎ ｅ ｅｏ
活性污 泥 为 吸 附剂 去 除废 水 中 的 Ｐ 。 ｕ 。此后 ，国
内外研 究者 围绕 生物 吸附剂 进行 了广 泛而深 入 的研 究 。早 期 的生物 吸附剂 主要 指微 生物 ，如 原核微 生
重金属污水处理新趋势——生物吸附
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Ｖｏ． ５Ｎｏ １ １３ ．
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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
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 。
生物吸附
生物吸附利用微生物体本身的化学结构及其成分特性来吸附溶于水中的金属离子,再通过固液两相分离来去除水溶液中金属离子。
微生物吸附金属的流程示意生物吸附金属的机理较复杂,按是否消耗能量可分为活细胞吸附与死细胞吸附2 种。
活细胞吸附分2 个阶段。
第1 阶段与代谢无关,为生物吸附过程,进行较快,在此过程中,金属离子可通过配位、螯合与离子交换、物理吸附及微沉淀等作用中的一种或几种复合至细胞表面;第2 阶段为生物积累过程,进行较慢,在此过程中,金属被运送至细胞内。
目前,国内外已提出的金属运行机制有细胞质过氧化、主动运输、载体协助运输、复合物渗透、被动扩散及软硬酸碱理论( HSAB) 等。
生物积累过程和细胞代谢直接相关,因此,许多影响细胞生物活性的因素都能影响金属的吸附。
死细胞吸附过程只存在生物吸附作用。
由于废水中要去除的离子大多是有毒、有害的金属或放射性金属,会抑制生物的活性,甚至使其中毒死亡,且生物的新陈代谢作用受温度、p H 值、能源等诸多因素的影响,因此,生物积累在实际应用中受到很大限制。
实际吸附过程中,活细胞的吸附量并不一定比死细胞大。
赵玲等用海洋赤潮生物原甲藻( Prorocent rum micans ) 活体和死体对Cu2 + , Pb2 + ,Ni2 + ,Zn2 + ,Ag2 + 与Cd2 + 的吸附能力进行了研究,结果证明,金属离子混合液经原甲藻吸附30 min 后,各离子的浓度显著下降且达到平衡。
原甲藻的活体和死体对这6 种金属离子具有相似的吸附能力。
生物吸附的机理往往因菌种、金属离子的不同而异, 但其主要发生的是细胞壁上的官能团—COOH , —N H2, —SH , —OH , —PO4-3等与金属离子的结合或以其它方式的配位。
根据微生物从溶液中去除金属的方式不同,生物吸附可分为以下几种: (1) 胞外富集/ 沉淀; (2) 细胞表面吸附或络合; (3) 胞内富集。
其中细胞表面吸附或络合对死活微生物都存在,而胞内和胞外的大量富集往往要求微生物具有活性。
(完整版)第五章生物吸附剂与重金属的生物处理
第五章生物吸附剂与重金属污染的生物处理重金属污染主要来自燃料燃烧、施用农药、采矿冶金以及生产工业无机化学品、颜料、油漆、铀、电镀、石油精炼等的生产废水和废弃物的渗滤液；重金属污染主要指汞、砷、铅、锡、锑、铜、镉、铬、镍、钒等。
这些元素以各种各样的化学形态存在于空气、水体和土壤中。
重金属不仅对水生生物构成威胁，而且可通过食物链积累到较高浓度，并最终危害到人类的健康和生存。
重金属被生物体吸收后，除以单个离子存在外，还可与生物体内的蛋白质、脂肪酸、羧酸及磷酸结合，形成有机酸盐、无机酸盐和螯合物。
重金属在水体中不但不能被生物利用降解，且某些重金属还可在微生物的作用下转化为毒性更强的有机态，如甲基汞。
因此，各国对于重金属的污染均给予了高度重视，并采取水体重金属污染源头控制和工程治理相结合的防治对策。
以往人们对环境中重金属污染治理常采用物理化学方法(吸附、沉淀、离子交换、电解、膜分离、氧化还原等)，虽然能够将重金属从水体中去除，但成本较高，且易引起二次污染；当水体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。
为了满足人们对环境质量日益严格的要求，研究的重点巳集中在新兴的生物环境治理领域---生物吸附技术应用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体中重金属的过程。
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；有些微生物如藻类、细菌、真菌本身或是经过驯化后对重金属有一定的耐受性，能够去除水中重金属离子。
现有的研究表明，与传统的处理方法相比，生物吸附技术具有如下优点：在低浓度下重金属可被选择性地去除；节能、处理效率高；操作时的pH 值和温度条件范围宽；易于分离回收重金属；吸附剂易再生利用。
第一节生物吸附处理重金属污染的原理和机制重金属污染的生物处理技术是利用生物作用、削减、净化土壤和水体中的重金属或降低重金属毒性。
一些重金属离子长期在环境中积累，使得环境中的一些微生物形成了对较强的对重金属污染的耐受性，它们作为特殊的群体在环境中长期存在，它们对重金属产生了一定的抗性。
生物吸附
汞、铝、铬的生物吸附
海藻生物吸附剂也可以吸附汞、铝、铬等 离子。
铅
全球每年消耗量3000Kt，40%用于蓄电 池和电池生产，20％用作汽油添加剂，12％ 用于建筑结构中，6％用于电缆外包物，5％用 于弹药，17％其它用途。 是代谢毒物和酶抑制剂，有机铅毒性大于 无机铅，儿童敏感，影响智力发育。
隔
用于电镀、颜料、塑料稳定剂、银隔电池 以及合金生产等。 隔的主要危害是骨损伤，致骨骼软化萎缩， 易发生骨折。
生物吸附剂的种类及制备
根据来源，分为 细菌吸附剂 真菌吸附剂 藻类吸附剂 一般将其它工业发酵的微生物细胞收集起来， 用于生物吸附剂的制备。
细菌生物吸附剂制备
使用非活性细菌细胞，先将菌体转化为离 子交换树脂或活性碳颗粒状再应用。颗粒体应 具备一定强度，孔径，亲水性和对腐蚀性化学 品的抵抗力。通过固定化工艺制备颗粒状细菌 生物吸附剂。常用明胶、纤维素、二氧化硅、 海藻酸钠、聚丙烯酰胺、胶原、戊二醛和金属 氢氧化物沉淀等材料进行固定。
细胞转化
是指微生物代谢产生的及细胞自身的一些 还原性物质将氧化态毒性金属离子还原为无毒 性的沉淀。微生物通过氧化－还原，甲基化－ 去甲基化等作用转化重金属。
吸收
主动吸收和被动吸收。被动吸收是指细胞 表面覆盖的胞外多糖、细胞壁上的磷酸根、羧 基、巯基、胺基等基团以及胞内的一些化学基 团与金属间的接合。这是一个物化过程，与细 胞活性无关，速度很快。用微生物处理金属废 水时，被动吸收是细胞吸收的主要形式。
1950年代日本九州水俣市及其附近地区，氮肥厂排出的含汞废 水污染海水，汞受水底微生物作用而转化为甲基汞。水俣湾附近 渔村陆续出现神经系统疾病患者，1956年报道的首批病人，主 要症状为肢端麻木、感觉障碍、视野缩小。以后在患者中陆续发 现上肢震颤、共济失调、发音困难、视力和听力障碍、智力低下、 精神失常等临床所见。经过调查证实该病是长期食用被甲基汞污 染的鱼类和贝类所致的甲基汞中毒，并定名为水俣病。据报道70 年代日本正式确定为水俣病的病人达784名，有103名已死亡， 另外尚有约3000名属可疑病人。甲基汞可通过胎盘进入胎儿体 内致先天性水俣病。也可通过母乳进入婴儿体内。
吸附的分类
吸附的分类吸附是一种物质与另一种物质之间的作用力，使得前者能够附着在后者的表面上。
吸附可以分为物理吸附和化学吸附两种类型。
一、物理吸附物理吸附又称为低温吸附，是指在较低温度下发生的吸附现象。
物理吸附的特点是吸附剂与被吸附物之间的作用力较弱，主要是范德华力。
物理吸附通常发生在气体与固体之间或液体与固体之间的接触界面上。
物理吸附在许多领域都有广泛的应用。
例如在环境保护方面，物理吸附可以用来去除空气中的污染物。
通过将活性炭等吸附剂暴露在空气中，吸附剂表面的孔隙结构能够有效地吸附并去除空气中的有害气体。
此外，物理吸附还可以用于气体的分离和储存。
在工业领域，物理吸附可以用来提取和纯化天然气中的甲烷等有用物质。
二、化学吸附化学吸附是指在较高温度下发生的吸附现象。
化学吸附的特点是吸附剂与被吸附物之间的作用力较强，主要是化学键的形成。
化学吸附通常发生在气体与固体之间或液体与固体之间的接触界面上。
化学吸附在许多领域都有重要的应用。
例如在催化剂领域，化学吸附是催化反应发生的基础。
催化剂通过吸附反应物分子，使其形成中间体，从而促进反应的进行。
化学吸附还可以用于废水处理和储能技术等方面。
通过将吸附剂放入废水中，吸附剂表面的活性位点能够与废水中的污染物发生化学反应，将其转化为无害物质。
在储能技术中，化学吸附可以用来储存氢气等能源，以便在需要时释放出来。
除了物理吸附和化学吸附之外，还有其他一些特殊类型的吸附。
例如生物吸附是指生物体对某些物质的吸附作用。
生物吸附广泛应用于生物工程和环境科学领域，用于废水处理、生物传感器等方面。
另外，离子交换吸附是指通过离子交换树脂等吸附剂，将溶液中的离子吸附下来并释放出其他离子。
离子交换吸附在水处理和药物制剂等领域有重要的应用。
吸附作为一种物质间的作用力，具有广泛的应用。
不论是物理吸附、化学吸附还是其他特殊类型的吸附，都在各个领域发挥着重要的作用。
通过研究吸附的机理和特性，我们可以更好地利用吸附现象来解决实际问题，推动科技的发展和社会的进步。
生物接触氧化法
生物接触氧化法生物接触氧化法的处理流程通常包括三个阶段：生物吸附、生物氧化和生物絮凝。
在生物吸附阶段，废水中的有机物被微生物吸附并固定在微生物表面；在生物氧化阶段，微生物利用氧气将有机物氧化分解为水和二氧化碳；在生物絮凝阶段，微生物通过自身代谢产生絮凝剂，将废水中的悬浮物和重金属离子沉降下来。
生物接触氧化法的优点有：处理效率高、占地面积小、操作简单、运行稳定、抗冲击能力强等。
其缺点是：对水质和温度的要求较高，需要定期维护和更换滤料。
生物接触氧化法在处理不同类型的废水时也有着广泛的应用。
例如，对于生活污水，生物接触氧化法可以将其中的有机物和氨氮等污染物有效去除；对于工业废水，生物接触氧化法可以通过调整工艺参数来处理其中的不同污染物。
生物接触氧化法是一种高效、环保、节能的废水处理技术，在未来的发展中，需要进一步研究和改进其工艺参数和运行条件，以更好地适应不同类型的废水处理需求。
生物接触氧化法及其研究进展生物接触氧化法是一种高效、环保的废水处理技术，通过菌类和微生物的催化作用，将有机污染物转化为无害物质。
本文将介绍生物接触氧化法的基本原理、应用领域以及近年来的研究进展。
一、生物接触氧化法的基本原理生物接触氧化法的基本原理是利用微生物的酶系统，将废水中的有机污染物氧化分解为二氧化碳和水。
该方法是一种活性污泥法，通过在曝气池中添加填料，增加微生物附着面积，提高氧传质效率，从而提高了处理效果。
生物接触氧化法具有较高的污染物去除率和较低的运行成本，同时能够适应各种环境条件。
在处理过程中，微生物通过吸附和降解有机物获得能量，维持生命活动，从而实现废水的净化。
二、生物接触氧化法的应用领域生物接触氧化法在多个领域得到广泛应用，如工业废水处理、城市污水处理、农业废水处理等。
在工业废水处理方面，生物接触氧化法能够高效去除难降解有机物，提高废水处理效率。
在城市污水处理方面，该方法能够实现污水的高效脱氮除磷，提高水质。
在农业废水处理方面，生物接触氧化法能够去除废水中大量的有机物质，减少水体污染。
生物科技-生物吸附剂及其吸附性能研究进展 精品
生物吸附剂及其吸附性能研究进展黄娜（华南师范大学化学与环境学院环境科学专业，广州 510006）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。
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铬
是生物必需元素，也是有毒污染元素。铬的污 染来源主要是主要是采矿场、选矿厂、电镀、冶炼、 制革,印染、制药等工业废水与烟尘污染。 六价铬的毒性最大，三价次之，二价毒性最小。 铬的化合物常以溶液、粉尘或蒸汽的形式污染环境， 危害人体健康，可通过消化道、呼吸道、皮肤和粘膜 侵入人体。铬对人体的毒害为全身性的，对皮肤粘膜 的刺激作用，引起皮炎、湿疹，气管炎和鼻炎，引起 变态反应并有致癌作用，如六价铬化合物可以诱发肺 癌和鼻咽癌，对人的致死量为5克。
无机微沉淀
是金属在细胞壁上或细胞内形成无机沉淀 的过程。
废水中重金属来源 汞
全球每年消耗量约10000吨，一半用于漂 白纸浆的氯气的生产，一半用于电池和开关齿 轮的生产。世界卫生组织报告每日摄入量为 0.3mg如为甲基汞，应小于0.2mg。 汞进入人体变为有机汞，影响神经系统损害。
汞中毒历史事件
生物吸附剂与重金属去除
生物吸附剂 利用微生物对重金属的吸附作用，以微生物 材料（细胞或细胞的成分）为主要成分用于吸 附转移重金属的产品称为生物吸附剂。
生物吸附机理
生物吸附的机理主要有 络合 螯合 离子交换 转化 吸收 无机微沉 淀 金属的生物吸附是许多作用共同起作用的。 对枯草芽孢杆菌，根霉的吸附作用研究比较广 泛。
生物吸附剂与菌的特异性、与pH等相关。
金的生物吸附
使用装有硅胶固定的海藻细胞柱，使用 pH1.5的四氯金酸溶液上柱，然后用盐酸洗脱， 可以重复50次而没有柱操作的损失。 可以使用这种方法从海水中吸附金，柱用 硫脲洗脱。
铀的生物吸附
海藻生物吸附剂可用于从各种水中吸附 铀。发现碳酸根离子存在强烈抑制C.vulgaris 铀的吸附。
1950年代日本九州水俣市及其附近地区，氮肥厂排出的含汞废 水污染海水，汞受水底微生物作用而转化为甲基汞。水俣湾附近 渔村陆续出现神经系统疾病患者，1956年报道的首批病人，主 要症状为肢端麻木、感觉障碍、视野缩小。以后在患者中陆续发 现上肢震颤、共济失调、发音困难、视力和听力障碍、智力低下、 精神失常等临床所见。经过调查证实该病是长期食用被甲基汞污 染的鱼类和贝类所致的甲基汞中毒，并定名为水俣病。据报道70 年代日本正式确定为水俣病的病人达784名，有103名已死亡， 另外尚有约3000名属可疑病人。甲基汞可通过胎盘进入胎儿体 内致先天性水俣病。也可通过母乳进入婴儿体内。
水俣病的主要病理变化为大脑皮质细胞萎缩，严重者尚可侵犯小 脑及脊髓。 70年代中国在东北松花江中、下游地区的渔民中也曾发现过类似 水俣病的病例。 水俣病为公害病的一种。1956年左右于熊本县水俣市附近发生， 经确认后依地得名。不久，于新潟县发现的新公或新潟 水俣病。
络合作用与螯合作用
是金属离子与生物吸附剂之间的主要作用 方式。在微生物外表面，含有能与金属离子发 生反应的多种活性基团，如磷酸基、羧基，能 够与金属离子产生络合或螯合反应。
离子交换
细胞接合的金属离子被另一些接合力更强 的金属离子代替的过程。有毒的重金属离子与 细胞物质具有很强的接合能力。如褐藻和红藻 含有大量多糖，天然存在多糖是以Na＋ K＋ Ca2＋ Mg2＋ 离子盐的形式存在，重金属离子 可与之发生交换。
生物吸收工艺过程
1、间歇搅拌式反应器 2、连续搅拌式反应器 3、固定床式反应器 4、脉冲接触式反应器 5、流化床式反应器
生物吸附剂的应用实例
在北美有几家公司开发了商品化生物吸附 剂产品，其中加拿大B.V.SORBEX有限公司， 开发了广谱生物吸附剂，也有特殊单一金属吸 附剂。美国生物回收系统有限公司，用硅胶固 定小球藻开发了生物吸附剂。美国高级矿产公 司开发了以芽孢杆菌为基础的广谱生物吸附剂。
铅
全球每年消耗量3000Kt，40%用于蓄电 池和电池生产，20％用作汽油添加剂，12％ 用于建筑结构中，6％用于电缆外包物，5％用 于弹药，17％其它用途。 是代谢毒物和酶抑制剂，有机铅毒性大于 无机铅，儿童敏感，影响智力发育。
隔
用于电镀、颜料、塑料稳定剂、银隔电池 以及合金生产等。 隔的主要危害是骨损伤，致骨骼软化萎缩， 易发生骨折。
细胞转化
是指微生物代谢产生的及细胞自身的一些 还原性物质将氧化态毒性金属离子还原为无毒 性的沉淀。微生物通过氧化－还原，甲基化－ 去甲基化等作用转化重金属。
吸收
主动吸收和被动吸收。被动吸收是指细胞 表面覆盖的胞外多糖、细胞壁上的磷酸根、羧 基、巯基、胺基等基团以及胞内的一些化学基 团与金属间的接合。这是一个物化过程，与细 胞活性无关，速度很快。用微生物处理金属废 水时，被动吸收是细胞吸收的主要形式。
生物吸附剂的种类及制备
根据来源，分为 细菌吸附剂 真菌吸附剂 藻类吸附剂 一般将其它工业发酵的微生物细胞收集起来， 用于生物吸附剂的制备。
细菌生物吸附剂制备
使用非活性细菌细胞，先将菌体转化为离 子交换树脂或活性碳颗粒状再应用。颗粒体应 具备一定强度，孔径，亲水性和对腐蚀性化学 品的抵抗力。通过固定化工艺制备颗粒状细菌 生物吸附剂。常用明胶、纤维素、二氧化硅、 海藻酸钠、聚丙烯酰胺、胶原、戊二醛和金属 氢氧化物沉淀等材料进行固定。
铜的生物吸附
海藻对铜的吸收已经被成功用于处理电镀 废水和污染的地下水。海藻生物吸附的铜很容 易用酸性溶液洗脱。
汞、铝、铬的生物吸附
海藻生物吸附剂也可以吸附汞、铝、铬等 离子。
1、生物吸附剂的处理 通过化学或物理方法进行处理。如用苛性 碱处理枯草芽孢杆菌菌体，其金属吸附能力提 高近10倍。被认为是羟基化以及除去脂肪和其 它遮蔽了络合、螯合、吸附金属的活性位点的 细胞成分，使细胞变的“清洁”。
2、颗粒化
真菌生物吸附剂制备
真菌吸附剂制备与细菌相似。
海藻生物吸附剂
由于海藻细胞的易碎性，在选用交联剂和 固定化工艺时，要考虑这些因素。常用海藻酸 钠、聚丙烯酰胺、胶原等作为固定化材料。