重金属的生物吸附研究进展_叶锦韶
重金属的生物吸附研究进展X叶锦韶,尹 华,彭 辉,贾宗剑(广州暨南大学生命科学技术学院,广州 510632) 摘要:对重金属污水的生物吸附研究进行了综述,主要介绍了生物吸附剂的来源、种类;预处理、固定化及脱附的方法与试剂。详细介绍了影响重金属生物吸附去除的各种因素,并探讨了生物积累和吸附机理。关键词:重金属;生物吸附;生物吸附剂;污水处理中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1002-1264(2001)03-0030-03StudyonBiosorptionofHeavyMetalsYEJin-shao,YINHua,PENGHui,JIAZong-Jian(CollegeofLifeScienceandTechnology,JinanUniversity,Guangzhou510632,China)Abstract:Thispaperreviewedthebiosorptionofheavymetals.Theoriginandcategoryofthebiosorbent,themethodandreagentofpretreatment,fixationanddesorptionofthebiosorbentwereintroduced.Thefactorswhichinfluencethepropertiesofheavymetaladsorptionwerestudied,andthemechanismofbioaccumulationandadsorp-tionwasdiscussed.Keywords:heavymetal; biosorption; biosorbent; watertreatment 水体重金属污染是困扰人类社会多年的公害。重金属废水传统的处理方法主要有:离子交换法、不溶性络合物法、电解法、反渗透法、气浮法、沉淀法、吸附法等[1,2]。其中生物吸附法是通过投加生物吸附剂吸附去除水体重金属的水处理方法,有价廉、节能和吸附去除效率高等优点,适用于处理低浓度重金属废水。因此对重金属的生物吸附去除研究便成了当今该领域的热点[1-3]。1 生物吸附剂的来源生物吸附剂是具有从重金属废水中吸附分离重金属能力的生物体及其衍生物。主要包括细菌、霉菌、酵母菌、藻类和有机物等[1-3]。近年来研究较多的部分生物吸附剂如表1所示:表1 生物吸附剂的种类序号种类生物吸附剂1有机物纤维素、淀粉、壳聚糖、植物杆2细菌枯草杆菌、地衣型芽孢杆菌、氰基菌、生枝动胶菌3酵母啤酒酵母、假丝酵母、产朊酵母4霉菌黄曲霉、米曲霉、产黄青霉、白腐真菌、黄绿青霉、黑曲霉、芽枝霉、微黑根霉、毛霉属5藻类褐藻、鱼腥藻、墨角藻、小球藻、岩衣藻、马尾藻、节囊叶藻、海带 生物吸附剂来源广泛,如发酵工业产生的废菌体就是极具潜力的吸附剂,既可用于处理重金属污水,又可减少发酵业处理这些废菌体的大笔费用。表1提到的多种生物吸附剂中,就吸附效果而言,酵母、曲霉、青霉和毛霉属等几个属的微生物是极具前景的生物吸附剂[2,3]。这些属既有高度吸附专一性的菌株,又有吸附广泛性的菌株。2 吸附剂的预处理对吸附剂进行预处理的主要目的是:(1)使吸附剂表面去质子化,活化吸附位点;(2)改善吸附剂化学性能。主要的方法有酸碱处理、热反应、碎裂、无机盐活化等[2-4]。酸碱处理适用于所有吸附剂,但对活体生物吸附剂则所用酸碱浓度不宜过高。一般而言,酸处理作用不明显,有时还会降低吸附性能[2,3];而碱处理的主要作用是使吸附剂表面去质子化,减少重金属离子与氢根产生的斥力。李清彪对白腐真菌菌丝球进行碱处理后,用于吸附Pb2+,吸附量增加65%-90%[4];热反应主要是改变吸附剂的化学性能,如壳聚糖通过热处理发生交联、螯合作用,使吸附剂的吸附量增加了3-4倍[5];碎裂处理是为了使粒径较大的吸附剂通过外力破碎,使粒径大小适宜、均匀,提高吸附效率。尹平河等在进行吸附实验前先把海藻粉碎为直径为300-600Lm的颗粒,使处理效率大为提高[6];张小枝把鱼腥藻匀浆后对铀进行吸附,2min就达到吸附饱和[7];而无机盐活化的预30第14卷3期2001年6月城市环境与城市生态URBANENVIRONMENT&URBANECOLOGYVol14,No.3Jun. 2001
X基金项目:广东省自然科学基金(980897)和国务院侨办重点学科基金(939711)资助项目 收稿日期:2000-11-13处理方法主要适用于活体生物吸附剂。如李清彪进行白腐真菌菌丝球吸附铅的实验时,发现培养液中Ca2+有助于菌丝球的生长,从而更有利于对铅的吸附去除[4]。3 吸附剂的固定化为了增加吸附剂的稳定性、多孔性、亲水性以提高吸附剂处理效率和便于吸附后的固液分离,实验前需对吸附剂进行固定化处理。常用的固定化技术主要有:吸附、包埋、交联、共价贴附等[2,3]。其中较常用的固定剂主要有硅胶、6-氨基乙酸、1.6-二氨基乙酸、1.6-二氨基乙烷、乙二胺、纤维素、甲醛、戊二醛、蜡、明胶等[2,3,8-10]。4 吸附剂的脱附吸附剂处理重金属污水后需要脱附再生才能再次投入使用。同时脱附也是回收贵重金属的途径。常用的脱附剂主要有3大类:强酸、金属盐、络合物等[2,3]。强酸、金属盐作为脱附剂分别是利用脱附液中大量的氢离子、金属离子与吸附的重金属离子竞争吸附位点,从而把被吸附的重金属离子从吸附剂上洗脱下来;络合物如EDTA则是通过对重金属离子的络合作用进行脱附[2]。强酸如1+1硝酸对吸附6价铬饱和后的黄曲霉菌丝球洗脱率达95.6%,但强酸对吸附剂的破坏性强。脱附后的黄曲霉进行第2次吸附,吸附量只有饱和量的40%-50%;田建民在pH分别为5、3、2的脱附液中对吸附饱和的外红硫螺菌进行脱附实验,脱附率分别为2.7%、37%、94.6%,酸浓度越高脱附效果越好[9];络合物EDTA是比较适宜的脱附剂,如徐容利用EDTA洗脱吸附饱和后的产黄青霉,脱附率达94%,脱附后吸附剂可重复投入使用[3]。5 吸附影响因素5.1 吸附时间吸附时间是影响重金属吸附的最主要因素。适当的增加处理时间可有效去除重金属。但时间的增加意味着进行污水处理时池体需要相应加大,这在经济上是不划算的。因此吸附作用的时间跨度选取要适当。一般而言,生物吸附剂需要2-4h或更长的时间才会达到较理想的去除效果[10,11],这也是影响生物吸附法实际应用的主要因素。5.2 吸附液pH吸附液pH值是影响吸附的一个重要因素。众多研究表明:只有在适宜的pH值范围内,吸附才是行之有效的。当pH值过低时,大量存在的氢离子会使吸附剂质子化,质子化程度越高,吸附剂对重金属离子的斥力越大;pH值过高,当达到重金属离子的Ksp值后,则难以达到吸附去除作用[12]。5.3重金属离子浓度与吸附剂用量的比值Co/M在一定范围内,Co/M值越大则单位吸附剂的吸附量越大,至吸附饱和。同时Co/M值的选取要兼顾重金属的有效去除与吸附剂的充分利用,适当提高Co/M值有利于吸附剂的有效利用[13]。5.4 吸附剂对重金属离子的选择性生物吸附剂对重金属离子具有一定的选择性。这与吸附剂构造、功能团及重金属离子在水溶液中的状态、大小、键能等因素有关。如小球藻、黑曲霉、褐藻(S.natans)等对金的选择吸附性强;假丝酵母、枯草杆菌、氰基菌对铬的选择吸附能力大等[2];同时由于水体重金属离子一般以水合金属离子M(H2O)xn+、强碱、金属化合物、络合物及金属有机化合物等不同形态存在[12],这就更加促进了生物吸附剂的吸附选择性。5.5 吸附温度吸附温度主要通过影响生物吸附剂的生理代谢活动、基团吸附热动力和吸附热容等因素,进而影响吸附效果。孟令芝等在不同温度下进行Hg2+的吸附实验,结果表明吸附去除率随温度的升高而增加,25e与45e的去除率分别为35%、80%[13]。这与吸附热动力有关;杨智宽等对Cd2+的吸附研究显示,温度在20e左右时去除率最高,随着温度的升高镉的去除率有所降低,这主要是在高温环境下,吸附沉淀物会部分溶解的缘故[11]。5.6 吸附剂粒径吸附剂粒径太大、太小都不利于吸附处理。如利用Aspergillussp.处理含铬废水,大径菌丝球(4-5mm)的去除率比小径菌丝球(1.5-2.0mm)低4%;Andreas采用的大径吸附剂(0.84-1.00mm)对各种金属离子的单位吸附量均超过了小径吸附剂[2]。因此吸附剂的粒径在1-3mm之间是比较适宜的,这与金属离子在吸附剂中的内扩散及吸附剂内表面积的利用状况有关。31叶锦韶,等 重金属的生物吸附研究进展 5.7 吸附液中存在的其他离子吸附液中存在的阳离子会与需要去除的重金属离子竞争吸附位点,从而对吸附产生干扰,如Ca2+会严重干扰Ni2+的吸附[2]。但是阴离子会对吸附产生何种影响要视具体情况而定。5.8 代谢底物、微量元素活体生物吸附剂在处理重金属时,具有活跃的生理代谢作用。因此适当的加入代谢底物有利于吸附剂生理代谢活动的增强,从而更有利于对重金属离子的吸附富集。如Fuhramamn研究表明,葡萄糖和磷酸盐的加入,可使金属的吸附量增加5-20倍[2];刘文群等通过增加培养基的蛋白质、脂肪含量,可使发酵性酵母、产朊酵母和食用菌对Fe、Zn、Se的吸附富集能力提高20倍;但高浓度的盐类微量元素却会对酵母的生长与吸附产生抑制作用[14]。这与酵母的生理代谢及阳离子对吸附的竞争有关。6 吸附机理不少对重金属的生物吸附机理研究一般认为重金属的吸附去除主要由以下步骤完成:重金属离子y吸附剂固液边界层y吸附剂表面y吸附剂微孔y与活性位点结合从而被去除。如果吸附剂是活菌体,重金属还会进入菌体细胞内进行胞内生物富集。吸附剂都具有内微孔丰富,比表面积巨大等特点。吸附处理污水时,重金属离子迅速达到吸附剂表面,部分在外表面被吸附,部分进入微孔被吸附剂内表面活性位点吸附。外表面与部分微孔的吸附饱和在短时间内完成,随着吸附量的增加,金属离子产生的斥力增强,游离重金属离子进一步深入微孔内部的阻力增加。因此要达到吸附饱和需要的时间比较长。以上是吸附剂的一般性质,但是活体生物吸附剂还存在生物积累这一特性。对生物积累的解释,国内外学者提出多种理论,包括重金属离子与吸附位点的配位、螯合、微沉淀[2];细胞脂质过氧化、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[14-16]。生物积累与细胞代谢有关。因为生物的生命活动需要有金属离子的参与,细胞在运输这些金属离子时,某些重金属离子会竞争运输吸附位点。如Cd2+与Ca2+进行的跨膜内流竞争[17]。生物积累在吸附重金属离子中起了重要的作用。如黄曲霉吸附铬离子,生物积累量达到了饱和量的30%以上。因此,对生物积累进行研究是应用活菌体吸附处理重金属污水的重要环节。参考文献[1] C.J.Wiliams,D.Aderhold,etal.Comparisonbetweenbiosorbentsfortheremovalofmetalionsfromaqueoussolutions[J].WaterRe-search,1998,31(1):216-224.[2] 甘一如.重金属的生物吸附[J].化学工业与工程,1999,16(1):19-25.[3] 徐容,等.固定化产黄青霉废菌体吸附铅与脱附平衡[J].环境科学,1998,19(4):72-75.[4] 李青彪,等.白腐真菌菌丝球形成的物化条件及其对铅的吸附[J].环境科学,1999,20(1):33-38.[5] 孟琴,等.生物吸附剂BAP对Cu2+的吸附研究[J].水处理技术,1998,24(3):175-178.[6] 尹平河,赵玲,等.海藻生物吸附废水中铅、铜和镉的研究[J].海洋环境科学,2000,19(3):11-15.[7] 张小枝,等.满江红鱼腥藻吸附低浓度铀的研究[J].核化学与放射化学,1998,20(2):114-118.[8] 汪玉庭,完莉莉,等.甲壳素、壳聚糖及其衍生物在水处理中的应用[J].污染防治技术,2000,13(1):51-53.[9] 田建民.用微生物红硫螺菌属形成的生物聚合物去除废水中的重金属[J].太原理工大学学报,1999,30(2):175-178.[10] I.R.Leighton,C.F.Forster,etal.Theadsorptionofheavymetalsinanacidogenicthermophilicanaerobictractor[J].WaterRe-search,1997,31(12):2969-2972.[11] 杨志宽,单崇新,苏帕拉.羧甲基壳聚糖对水中Cd2+的絮凝处理研究[J].环境科学与技术,2000,88(1):10-12.[12] StanleyE.Manahan.EnvironmentalChemistry[M].121Southmainstreet,Chelsea,Michigan48118.1994.380-383.[13] 孟令芝,等.纤维素)铝)硅复合物的制备及对重金属离子的吸附[J].环境科学与技术,2000,89(2):24-26.[14] 刘文群,等.真菌对微量元素铁、锌、硒生物富集作用的研究[J].环境与开发,2000,15(3):3-4.[15] JoseT.Matheickal,QimingYu,etal.Biosorptionofcadmium2+fromaqueoussolutionsbypre-treatedbiomassofmarinealgadurvillaeapotatorum[J].WaterResearch,1999,33(2):335-342.[16] V.Gomez-Serrano,A.Macias-Garcia,etal.Adsorptionofmer-cury,cadmiumandleadfromaqueoussolutiononheat-treatedandsulphurizedactivatedcarbon[J].WaterResearch.1998,31(1):1-4.[17] 李大群,施国新.Cd2+或Hg2+水污染对菱体细胞的细胞核及叶绿素超微结构的影响[J].植物资源与环境,1999,8(2):43-48.作者简介:叶锦韶(1977-),男,广东阳江人,在读硕士研究生,主要从事污水生物处理研究。32 城市环境与城市生态 14卷3期 2001年
重金属在沉积物系统中吸附行为的研究进展
四川环境２００２年第２ｌ卷第２期
重金属在沉积物系统中吸附行为的研究进展
庄云龙，石秀春，张荣亮
（上海大学环境科学与工程系，上海２０００７２）
摘要：本文综述了沉积物吸附重金属的研究进展
因子等方面的问题． 关键词：重金属；吸附；沉积物 中图分类号：Ｘ１３１．３ 文献标识码：Ａ 一１３一
主要讨论了沉积物的表面特征，吸附过程的模拟，等温吸附模式及其影响
文章编号：１００１—３６４４（２００２）０２ ００ｌ３—０４
Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｅａ￣＂Ｍｅｔａｌｓ ｉｎ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ
ＺＨＵＡＮＧ Ｙｕｎ—ｌｏｎｇ，ＳＨＩ Ｘｉｕ—ｃｈｕｎ，ＺＨＡＮＧ Ｒｏｎｇ—ｌｉａｎｇ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｒｉｔ ０，Ｅｎｖｉｒｏｍ；ｗｎｔａｌ＆ … ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅ￣‘ｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅ￣ ｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０００７２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｆｈｅ ｐ ｒ（培ｒｅＳｓ ｏｆ ｓｔｕｄｉｍ ｏｎ ｔｈｅ ａｄｍｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｉｉ１ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｅｄｉ— ｍｅｎｔｓ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ，ｉｓｏｔｈｅｍｍｌ ａｄ￣）ｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
Ｋｅｖ ｗｏｒｄｓ：Ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ；ａｄ￣）ｒｐｔｉｏｎ；ｓｅｄｉｍｅｎｔ
１ 前 言
水体中重金属直接影响人们的身体健康和经济的发
展。研究发现重金属排入水体中，有６０％～９０％以上都
结合在悬浮沉积物的表面，颗粒物作为重金属的载体， 其吸附、絮凝、沉积和迁移过程决定着重金属的去向和
重金属吸附材料的研究进展
第49卷第1期2020年1月盐科学与化工Journal of Salt Science and Chemical Industry1重金属吸附材料的研究进展刘海龙，何璐红，赵扬(河南应用技术职业学院化学工程学院，河南 郑州450000)摘要：重金属容易在生物体内富集，即使微量也会产生显著毒性，是一类对人类危 害极大的污染物。目前，重金属污水的处理方法主要包括化学沉淀法、电化学方法、生物法、 铁氧体法、离子交换法、吸附法等。其中，吸附法具有操作简单、材料来源广、成本低等优点， 得到了广泛应用，而吸附材料是吸附法处理水体重金属污染的关键因素。文章综述了重金属 吸附材料的研究进展，分析了存在的不足和问题，提出了今后的研究重点和发展方向。关键词：重金属离子；吸附法；研究进展中图分类号：X781 文献标识码:A 文章编号：2096 -3408(2020)01 -0001 -04Research Progress in Adsorption Materials for Heevy Metals LIU Hai - long, HE Lu - hong, ZHAO Yang(Chemical EngineeOng Technology College, Henan Vocational College of Applied Technology, Zhengzhou 450000 , China)Abstract: Heavy metal io a type of hazardous poiutants tr human beings, because ii io hightoxic even at microsacle, and easily accumulate in oryanisms. At present, tSe treatment methods of heevy metal sewaae mainly include chemical precipitation, electrochemical method, bioyoical method ,ferrite method, ion exchange, adsorption and s° on. Adsorption method has been widely used in the field of water 0x016： of heavy metal pollution, due tx) its simple operation, wide sources of materials and low cost. Adsorption materials are the keg factor lfecting the treatment of heavy metm poiution in water by adsorption. In this article, research proxresses of adsorption materials for heavy metal wastewater treatment are reviewed, the existing deficiencies and problem are analyzed, the research emphasis and development direction of heavy metal adsorbents are also put forward.Key wordt: Heavy metal ions； Adsorption； Research progress1前言重金属是指原子量在63. 5到200. 06之间，并 且密度大于5.0的金属元素［1］，大概有45种，一般 为过渡金属元素，原子序数在24以上。比较典型的 重金属元素主要包括铜、铅、锌、钻、锯、汞、银、碑等, 铜、锌、猛等是人类必需的微量元素,但大部分重金 属元素都对人体有毒害作用，而且不能被微生物降 解，一旦被人体摄入，会在体内富集，同时与生物高 分子发生相互作用，使其失去活性,对人类危害极大，例如Cd2］可能导致肾脏受到损伤,Cu2］可能导 致肝损伤，而Ni2+则可能导致皮炎或慢性哮 喘［2-3］。由重金属或其化合物造成的环境污染称为 金 , 主 、 金、 、人为 素 , 程 于 金境、食品和生物体中存在的浓度和化学形态，它主要 表现在水体污染中，还有一部分是在大气和固体废 物中。重金属污染已成为全球性重大污染问题，也 是科学研究者目前的研究热点及难点。由于重金属 收稿日期：2019 -07 -11基金项目：河南省教育科学“十三五”规划教育装备和实验教育课题——《具有自主学习功能的实训装置的开发与研究》(+ 2018: -JKGHZB- SYZX-026)；河南省教科规划一般课题——《信息时代新型教学组织模式研究》(+ 2019: JKGHYB -0431) ；2019年郑州市社会科学 调研课题(ZSLX2019756)作者简介:刘海龙(1988—),男，河南周口人，硕士研究生，讲师,研究方向为功能复合材料,化工装备开发。联系方式：18703675732 , hailongliu2006@ foxmaii.
啤酒酵母对重金属离子生物吸附的研究进展
２２ 广东化工
Ⅵｎｖｗ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｒｎ ２０１０年第４期
第３７卷总第２０４期
啤酒酵母对重金属离子生物吸附的研究进展
臧运波
（商丘师范学院化学系，河南商丘４７６０００）
【摘要】文章简要介绍了 前国内采用啤酒酵母生物吸附处理废水中熏金属离子的研究状况，探讨了ｐＨ、温度、吸附时问、溶液初始浓度、
共存离子等因素对啤酒酵母吸附熏金属离子的影响。展望了啤酒酵母生物吸附熏金属离子的发展趋势和应用前景。 Ｉ关键词】啤酒酵母；重金属离子；生物吸附 ［中豳分类号］ＴＱ 【文献标识码】Ａ 【文章编－￣－］１００７－１８６５（２０１０）０４—００２２＇０２
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｄｖａｎｃｅ ｏｆ Ｂｉｏｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｅａｖｙ Ｍｅｔａｌ ｏｎ Ｙｅａｓｔ
ＺａｎｇＹｕｎｂｏ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｓｈａｎｇｑｉｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈａｎｇｑｉｕ ４７６０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｏｎ ｙｅａｓｔ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｓｉｍｐｌｙ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｂｉｏｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｕｃｈ ａｓ：ｐＨ，
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｉｍｅ，ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｂｉｏｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｏｎ ｙｅａｓｔ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｅｘｐｅｃｔｅｄ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｙｅａｓｔ；ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ；ｂｉｏｓｏｒｐｔｉｏｎ
重金属离子废水主要来源于金属矿山、冶炼、电解、电镀
生物修复和微生物矿化在重金属污染土壤处理中的研究进展
生物修复和微生物矿化在重金属污染土壤处理中的研究进展
摘 要：?S着工业化的发展，重金属对环境的污染日益严重，尤其越来越多的重金属通过各种途径被排放到环境中造成土壤污染。由于土壤中的重金属难于分离和降解，且可以通过食物链进入人体，从而对人类的生存健康造成了很大威胁。治理土壤重金属的办法有物理法、化学法和生物法。物理化学方法往往代价昂贵，而且效果不好，容易造成二次污染，并且不适合大面积，低浓度的重金属污染。生物法中的微生物治理土壤污染是一种新兴的土壤治理方法，其中微生物矿化（MICP）是一种对环境友好的绿色治理方法，并且代价低廉。文章主要探讨了近些年来微生物矿化在土壤重金属中的应用及未来前景展望。
关键词：生物矿化；生物修复；微生物诱导碳酸钙；重金属；土壤污染
中图分类号：X53 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）23-0066-04
Abstract： With the development of industrialization，
heavy metal pollution to the environment is becoming more and
more serious， especially more and more heavy metals are
discharged into the environment through various ways to cause soil pollution. The heavy metals in the soil are difficult to
separate and degrade， and can enter the human body through
the food chain， thus causing a great threat to the survival and
微生物对环境中重金属的吸附与去除研究
微生物对环境中重金属的吸附与去除研究
重金属污染是当前环境问题中的一个重要课题，对生态系统和人类健康造成了严重影响。而微生物在生态系统中广泛存在，且具有较强的吸附和去除重金属的能力。本文将重点研究微生物对环境中重金属的吸附与去除，并探讨其机制和应用前景。
一、微生物对重金属的吸附机制
微生物对重金属的吸附是通过表面功能基团与重金属离子之间的相互作用实现的。常见的吸附机制包括吸附剂之间的物理相互作用、静电相互作用、配位作用、离子交换等。
1. 物理相互作用：微生物表面的电荷、溶胀性以及微生物与重金属之间的范德华力等物理性质的差异，导致微生物表面与重金属之间发生物理吸附。
2. 静电相互作用：微生物表面的带电性质与重金属之间的静电相互作用是微生物吸附重金属的重要机制。不同微生物表面的电荷性质不同，可以吸附不同类型的重金属。
3. 配位作用：微生物表面附着有像羟基、羧基、氨基等含有可配位的官能团，可以与重金属形成配位键，实现重金属的吸附。
4. 离子交换：微生物表面的阳离子可以与重金属离子发生离子交换。微生物表面的阳离子通过与重金属形成络合物，进而实现重金属的吸附。 二、微生物对重金属的去除机制
微生物对重金属的去除主要通过化学和生物两个方面的机制实现。化学机制包括微生物代谢作用产生的细胞外、细胞内离子、配体和酶等物质与重金属相结合，从而实现重金属的沉淀、还原、氧化等过程。生物机制则是通过微生物自身对重金属的吸附和吸收，将重金属去除。
1. 微生物代谢产物的作用：微生物在代谢过程中产生的有机酸、胞外封闭物质等可以降低重金属的溶解度，进而促进其沉淀。
2. 活性生物降解：微生物通过酶促反应产生的还原剂，如硫化氢、亚硝酸等，可以将重金属离子还原为较不活跃的形态，从而实现去除。
3. 吸附和富集：微生物对重金属离子具有高度亲和力，可以通过微生物体内的表面及胞内沉积形态，将重金属吸附和富集。
三、微生物吸附与去除重金属的应用前景
生物炭去除重金属的研究进展
生物炭去除重金属的研究进展
摘要：随着矿山开采、金属冶炼加工、化工产业的发展，各种工业废水排放入水环境，致使各类水体污染日趋严重。近年来吸附法作为一种去除水污染物的有效方法，受到了广泛关注。研发新型高效廉价吸附剂则成为该领域的研究热点。生物炭作为一种新型吸附剂，是一种绿色环保的修复材料，具有价格低廉，制备原料来源广泛，孔隙度大、比表面积大、吸附性能强的特点，所以其在重金属吸附与去除的应用中具有良好的潜力与前景。本文针对以生物炭作为水中污染物吸附剂的研究现状进行了总结，对其吸附机理进行了分析。希望本文能为生物炭在我国的水处理技术研究领域的推广与应用提供参考。
Abstract： As the development of mining industry，
metallurgy， chemical industry， large amount of industry
waste water has been discharged into water environments， it
leads to a serious pollution in surface water. Recently，
adsorption method is widely used in waste water treatment
technology. Finding efficient and economic absorbent has
become a hotspot for the application of this method. As an
environmental-friendly material for remediation， biochar has low price， high porosity and specific surface area， absorption
ability， wide range of preparation material. It has very large
重金属的生物吸附
２００６年９月
第５期 广西轻工业
ＧＵＡＮＧＸＩ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴ ＩＮＤＵＳＴＲＹ （总第９５期）
重金属的生物吸附
朱斌
（江苏食品职业技术学院生物工程系，江苏淮安２２３００３）
【摘要】介绍生物吸附法在重金属废水中的应用，探讨了藻类、细茵和丝状真茵对重金属吸附的机理，生物体上的阴离子对
吸附重金属的影响较大。
【关键词】重金属；生物吸附；机理；阴离子
【中图分类号】Ｘ７５３ 【文献标识码】 Ａ 【文章编号】１００３—２６７３（２００６）０５—００７０一Ｏｌ
１引盲
随着经济的快速发展，废水的大量排放，土壤和水源中
重金属积累的加剧，重金属污染越来越引起人们的关注．治
理和回收重金属也已成为一个热点课题。传统的治理方法有
沉淀、离子交换法、电化学法、膜分离技术等。但这些方法
成本高、选择性低、能耗高。并可能产生二次污染。近年来
采用生物吸附法去除废水中的重金属国外已有报道．而国内
较为少见。该法以其原材料来源丰富、成本低、吸附速度快、
吸附量大、选择性好等优势受到越来越多的重视。
生物体借助化学作用吸附金属离子称为生物吸附。藻类
和微生物菌体对重金属有很好的吸附作用。并具有成本低、
选择性好、吸附量大、浓度适用范围广等众多优点、而且带
来的环境污染小，可作为一种廉价吸附剂。
２藻类吸附重金属的研究
藻类是一类光合自养生物，对许多重金属具有良好的生
物富集能力．可广泛应用于改造已经被重金属污染、其他生
物难以生存的水域，利用藻类作为生物反应器在工业污水排
放之前进行处理，或用于回收贵重金属离子，既节约资源，
又避免了环境污染。Ｊ．Ｌ．Ｇａｒｄｅａ．Ｔｏｒｒｅｓｄｅｙ等研究了近十种
的藻类对重金属镍的吸收，通过静态吸附比较了不同藻类的
吸附能力。并对藻类进行了固定化，利用柱子从稀溶液中富
集镍。而且对藻类吸附重金属的机理进行了探讨。认为是由
于细胞壁上的阴离子基团与溶液中的镍发生化学吸附使得镍
我国重金属吸附剂的研究进展
我国重金属吸附剂的研究进展
摘 要：随着我国重工业的发展，带来了巨大的经济利益的同时，也对环境造成了严重的重金属污染。在今天，治理与发展才是时代的主题。重金属吸附剂的研究是近些年的重要发展领域，综述了今年来我国重金属吸附剂的研究进展，列出了不同重金属的吸附剂的种类以及实验效果利用前景。
关键词：重金属吸附剂; 种类研究。
重金属被利用得非常广泛，在被腐蚀或者其他途径由集中的重金属排入土壤河流等非常难再次收集的形式，就对环境造成严重的影响。重金属污染物不能被生物分解去除，只有形态或价态变化。在地面水、地下水等水环境中迁移并通过土壤、生物体不断转化和积累，对生态环境的危害极大，其污染范围广、持续时间长，并最终通过食物链传递危及人类健康。调查研究表明，我国多个地区主要矿区的土壤及周边水体均遭受到铅、镉、汞、锌等重金属复合污染，通过水生植物、农作物等富集，在一定条件下对鲫鱼、泥鳅、水螅等产生了联合毒性，对生态环境的危害明显，欧洲一些国家也陆续报道过由重金属污染引起的环境事件，因而重金属污染已经成为威胁人类社会发展的重大环境问题。近20 多年来，环境中重金属污染控制与资源利用等一直都是国际环境界的研究热点课题。再次将它们富集起来再利用，就需要金属吸附剂对重金属进行富集。
我国重金属吸附剂的研究种类情况
一、壳聚糖及其与之相关的重金属吸附剂
1 壳聚糖是甲壳质乙酰化的产物，由氨基一D一葡萄糖和N一乙酰基一D一葡萄糖胺单体通过B一1，4一糖苷键连接形成，是多糖类化合物中惟一的碱性多糖，具有许多特殊的物理化学性质。壳聚糖结构中具有一NH，和一oH基团，对金属离子有较强的结合作用 ，且还具有无毒、可生物降解等优点。因而是一种十分理想的重金属吸附剂，对各种含重金属离子的废水的深度处理都具有较为明显的效果 。但由于壳聚糖机械强度不高、易在酸性介质中溶解 、对重金属离子的吸附效果易受水质影响，所以应用受限。
生物炭去除重金属的研究进展 2
生物炭去除重金属的研究进展
摘要：随着矿山开采、金属冶炼加工、化工产业的发展，各种工业废水排放入水环境，致使各类水体污染日趋严重。近年来吸附法作为一种去除水污染物的有效方法，受到了广泛关注。研发新型高效廉价吸附剂则成为该领域的研究热点。生物炭作为一种新型吸附剂，是一种绿色环保的修复材料，具有价格低廉，制备原料来源广泛，孔隙度大、比表面积大、吸附性能强的特点，所以其在重金属吸附与去除的应用中具有良好的潜力与前景。本文针对以生物炭作为水中污染物吸附剂的研究现状进行了总结，对其吸附机理进行了分析。希望本文能为生物炭在我国的水处理技术研究领域的推广与应用提供参考。
Abstract： As the development of mining industry，
metallurgy， chemical industry， large amount of industry
waste water has been discharged into water environments， it
leads to a serious pollution in surface water. Recently，
adsorption method is widely used in waste water treatment
technology. Finding efficient and economic absorbent has
become a hotspot for the application of this method. As an
environmental-friendly material for remediation， biochar has low price， high porosity and specific surface area， absorption
ability， wide range of preparation material. It has very large
蓝藻对重金属的生物吸附研究进展
第25卷 第4期海洋环境科学Vol.25,No.42006年11月MARINEENVIRONMENTALSCIENCENov.2006【综 述】蓝藻对重金属的生物吸附研究进展陈思嘉1,郑文杰1,2,杨 芳1,2(1.暨南大学化学系,广东广州510632;2.暨南大学水生生物研究所,广东广州510632)摘 要:生物吸附作为目前重金属废水处理中最有前途的方法之一,其吸附机理、吸附量影响因素、吸附模型、吸附工艺以及各种生物吸附剂的吸附特性等已被广泛研究。寻找对重金属具有特异性吸附与较强吸附能力的生物体是生物吸附领域的一个永恒课题。蓝藻是世界上分布最广的生物,本文较全面的介绍了蓝藻对重金属的吸附特性与基因工程在构建高吸附性能蓝藻方面的研究进展,并对生物吸附剂的开发应用前景作了展望。关键词:蓝藻;重金属;生物吸附;废水处理中图分类号:X55;Q949122 文献标识码:A 文章编号:100726336(2006)0420103204Studyadvancesonheavymetalsbio2absorbedbycyanobacteriaCHENSi2jia1,ZHENGWen2Jie1,2,YANGFang1,2(1.DepartmentofChemistry,JinanUniversity,Guangzhou510632,China;2.InsitituteofHydrobiology,JinanUniversity;Guangzhou510632,China,)Abstract:Thebio2absorptionisoneofthemostpromisingtechnologyintreatmentofwastewatercontainedtheheavymetalsatpre2sent.Thebio2absorbingmechanism,models,technique,factors,affectcapacityandpropertieshavebeenwidelystudied.Seekingtheorganisms,whichhaveexcellentabsorbencytotheheavymetalsinthewastewaterisapermanentworkintheresearch.Cyanobacteriaisthemostwidespreadlifeintheworld.Thebio2absorptionpropertiesofcyanobacteriaaresummarizedinthispaper,andprogressintheconstructionofcyanobacteriaofhighbio2absorptionperformancebygeneengineeringisalsointroduced.Theprospectofdevelopmentandapplicationofbio2absorbentsiselucidated.Keywords:cyanobacteria;heavymetals;bio2absorption;wastewatertreatment 在众多的重金属废水处理方法中,生物吸附是最有效与最有前途的方法之一。用于生物吸附的原料有细菌、真菌、藻类、少数高等植物及其代谢产物以及淀粉、纤维素、壳聚糖等有机物。生物吸附剂的来源是影响其制造成本的最重要的因素[1]。从经济角度考虑,人们已将目光投向发酵工业中大量的废菌体、废水处理厂的剩余活性污泥和丰富的藻类资源上。许多藻类具有富集金属的能力,其吸附性能往往比其他生物高。其中褐藻对重金属的生物吸附研究已有较全面的综述报道[2]。蓝藻是世界上分布最广的生物,在淡水、海洋和陆地都能见到蓝藻的踪迹,许多种类还能生长在极端环境下,具有很强的抗逆性。在生物进化上,蓝藻是唯一的原核藻类,与其他真核藻类有明显的不同点,其细胞结构更接近于光合细菌,因此也称蓝细菌。在生物吸附研究中,蓝藻与其他藻类常被视为两类性质不同的吸附材料[2,3]。蓝藻丰富的生理生化特性决定了其吸附特性有别于其他藻类,关于蓝藻对重金属的吸附研究目前非常活跃。1 蓝藻吸附重金属的生理生化基础生物体对重金属的选择性吸附与吸附效率很大程度上是由细胞壁的性质决定的。藻类细胞壁带一定的负电荷,具有较大的表面积和粘性,可提供许多官能团如羟基、羧基、氨基、酰胺基、磷酸根等与金属离子结合。一些收稿日期:2005205223,修订日期:2005207229 基金项目:教育部重点项目(01141);广州市科技计划项目(20012J2010201) 作者简介:陈思嘉(1980-),女,广东省汕头市人,硕士研究生,研究方向:生物无机化学。 通讯联系人:郑文杰.E2mail:tzhwj@© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 没有细胞壁的藻类并没有表现出很好的吸附性能。蓝藻的细胞壁与真核藻类差别较大,后者的细胞壁与高等植物相似,主要成分为纤维素,而蓝藻的细胞壁与革兰氏阴性细菌相似,主要成分为肽聚糖。肽聚糖是由两种糖的衍生物即N2乙酰葡萄糖胺、N2乙酰胞壁酸和一些D2型的氨基酸短肽组成。Hoyle和Beveridag研究了枯草牙孢杆菌(Bacillussubtilis))细胞壁上的肽聚糖,证明其可以从水溶液中络合大量的金属离子,特别是大多数过渡金属,第一副族金属可以富集大于1nmol/μg(相对于肽聚糖质量)[4]。李建宏等[5]的研究表明,极大螺旋藻(Spirulinamaxima)对金属离子的吸附主要是细胞壁多糖的作用。蓝藻细胞壁表面的粘性胶质鞘主要成分为酸性粘多糖或果胶质,具有较强的吸附小颗粒和金属离子的能力。例如,一种丝状的海洋蓝藻(Plectonematerebrans)可以从AuCl3・H2O溶液中将Au富集在它的鞘层中[6]。蓝藻还可以通过胞外多糖来络合金属离子,降低重金属对藻体的毒害,这种吸附行为称为胞外吸附。例如,螺旋藻在废水养殖中能分泌胞外多糖作为生物絮凝剂,强化其废水处理能力[7]。有荚膜的微囊藻细胞比去除荚膜的细胞吸附能力更强[8]。胞外多糖的分泌与组成因蓝藻生长条件不同而异。绝大多数蓝藻的胞外多糖具有阴离子特性,其中许多都含有两种不同的糖醛酸,其他种类的微生物很少具有这种特性[9]。蓝藻胞外多糖在工业上的多种潜在用途已引起人们的关注,目前在工业上有较大应用价值的主要是念珠藻。念珠藻的胞外多糖结合金属离子的能力很强,多糖制备物的粘度大大高于市售商品多糖的粘度,突出的流变学特征以及良好的悬浮和乳化特性,使得念珠藻已被作为絮凝剂、粘性剂应用于工业废水处理等用途[10]。蓝藻细胞内也存在金属离子的结合位点,如金属硫蛋白和多聚磷酸体等。这种胞内结合通常与藻细胞的解毒机制有关,如蓝藻在重金属环境中,可以诱导产生类金属硫蛋白来束缚金属,而表面带大量负电荷的多聚磷酸体的数目也会增加,还有蓝藻所特有的蓝藻颗粒体也可能是藻体内解毒系统的一部分[11]。2 蓝藻对重金属的吸附性能目前用于生物吸附研究的蓝藻主要有螺旋藻(Spiruli2na)、鱼腥藻(Anabaena)、微囊藻(Microcystis)、念珠藻(Nos2toc)、席藻(Phormidium)和聚球藻(Synechococcus)等。N.Rangsayatorn等[11]研究表明,钝顶螺旋藻(Spiruli2naplatensis)对Cd2+具有很强的耐受力和吸附能力,用于处理含低浓度Cd2+的废水具有很高的可行性。活体钝顶螺旋藻对Cd2+结合迅速,其最大吸附量可达98.04×1023,比其他许多文献报道的微生物吸附剂要高。毒性研究表明,Cd2+对钝顶螺旋藻的半数有效浓度EC50高于一些硅藻和绿藻。盐泽螺旋藻对Cd2+也有显著的吸附能力。利用盐泽螺旋藻(S.subsala)干粉吸附Cd2+、Cu2+、Ni2+,其吸附选择性顺序为Cd2+>Cu2+>Ni2+,且吸附能力明显强于相同条件下的啤酒酵母菌(Saccharomycescerevisiae)干粉,尤其是对Cd2+的吸附,当Cd2+平衡浓度为100mg/L,pH为4时,其最大吸附量为312mg/g[12]。张小枝等[13]用活体满江红鱼腥藻(Anabaenaazol2lae)处理铀矿模拟废水,结果发现,满江红鱼腥藻可迅速的使废水中的U(Ⅵ)从5.5mg/L降至0.05mg/L,其吸附的最佳pH范围在5.0～8.5。I.Savvaidis[14]利用钝顶螺旋藻、啤酒酵母菌和链霉菌(Streptomyceserythraeus)从硫脲溶液中回收金,结果表明钝顶螺旋藻对金的吸附能力最强,其吸附过程受溶液pH值的影响很小,在低pH下仍有很高的吸附量,而另外两者的吸附能力则明显依赖于溶液pH值的变化。这说明钝顶螺旋藻的表面结构可能对金具有很高的亲和力。何金兰[15]研究了鱼腥藻干粉对Au3+的吸附行为,证明鱼腥藻对Au3+的吸附具有较高的选择性,其对Au3+的吸附能力明显高于对其他重金属离子,在pH为5～7时最大吸附量为(15.76～18.80)×1023将此方法用于海水中痕量Au3+的测定,其回收率为88%～98%。这些研究都表明蓝藻在贵金属的回收中具有很好的应用潜力。蓝藻水华的治理向来是一个突出的环境问题。近年来,伴随着各种新兴的生物治理手段的出现,对水华蓝藻的开发利用也受到越来越多的重视。将水华蓝藻应用于水体中有害金属的去除就是实现水华蓝藻资源化利用,化害为利的一个重要途径。云南滇池是蓝藻水华的多发区,其水华优势藻种为铜绿微囊藻(Microcystisaerugi2nosa)。李朋富等[16]研究了从云南滇池收获的水华蓝藻的干藻粉对铀的吸附,结果表明,在pH值为5.0和7.0时,其最大吸附量分别为220×10-3和246×10-3,比其他许多微生物高得多。而且,自然状态下生长的微囊藻比实验室培养的微囊藻具有更强的吸附能力[8]。在工业上,利用念珠藻已制成一种供商业用生物吸附剂AlgaSORBs,可吸附Cu2+、Cd2+、Zn2+、Pb2+等[17]。生物吸附剂的活体和死体在吸附性能上会存在很大差异。死藻由于细胞壁破碎较多,细胞表面的官能团暴露更多,使其吸附效率比活藻高。但也有研究表明,活藻的吸附能力与死藻相当,甚至要明显高于死藻。例如,活体极大螺旋藻对Cd2+的最大吸附量为47.63×1023,而死藻的最大吸附量为37.00×1023[18]。活藻与死藻吸附性能上的这种差异既涉及到藻细胞对不同金属离子的吸附机理,也可能与死藻的制备方法有关。3 蓝藻作为吸附剂的再生与固定化生物吸附剂的再生性能是决定其是否适合工业化应用的关键因素。常用的重金属洗脱剂为稀HCl和EDTA。梁明山等[19]用0.1mol/L的CaCl2溶液做洗脱剂,证明可将活体钝顶螺旋藻细胞壁上吸附的Mn2+有效解吸。而死体席藻(Phormidiumlaminosum)经过至少5次吸附-401 海 洋 环 境 科 学 第25卷