(完整版)第五章生物吸附剂与重金属的生物处理.doc

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***、***、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******。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1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。微生物对重金属离子的修复,大致包括以下过程:转化(细胞代谢、沉淀和氧化还原作用 )、吸附(化学吸附、物理性吸附)、絮凝(生物或其代谢物好絮凝沉淀)等。1. 转化通过生物作用改变重金属在水体和土壤中的化学形态,使重金属固定或解毒以降低其在环境中的移动性和生物可利用性。 转化大多是通过微生物氧化还原以及***化和去***化等作用实现重金属离子价态之间的转变或实现无机态和有机态之间的转化,从而实现有毒有害的重金属离子转化为无毒或低毒形态的重金属离子或沉淀物,达到从水体或生态环境中去除重金属污染, 修复受污染环境的目的。2. 吸附微生物利用自身细胞外某些特殊的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的重金属离子,再通过固液两相分离达到对重金属的削减、净化与固定作用。生物细胞吸收重金属的方式主要有两种: 一是活体细胞的主动吸收,重金属和细胞壁上的活性基团发生定量结合反应, 包括传输和沉积两个过程;这种方式吸收重金属需要代谢活动提供能量,并且在这些过程中有一大部分只对特定元素起作用,一般过渡金属被优先吸收,而碱金属、铵、镁、钙不易被吸收;另一方式是细胞通过细胞壁上或是细胞内的化学基团 (螯合物或吸附金属的胞外聚合物 )与重金属螯合而进行被