重金屬的生物吸附
1 引言
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，廢水的大量排放，土壤和水源中重金屬積累的加劇，重金屬污染越來(lái)越引起人們的關(guān)注，治理和回收重金屬也已成為一個(gè)熱點(diǎn)課題。傳統(tǒng)的治理方法有沉淀、離子交換法、電化學(xué)法、膜分離技術(shù)等。但這些方法成本高、選擇性低、能耗高，并可能產(chǎn)生二次污染。近年來(lái)采用生物吸附法去除廢水中的重金屬國(guó)外已有報(bào)道，而國(guó)內(nèi)較為少見。該法以其原材料來(lái)源豐富、成本低、吸附速度快、吸附量大、選擇性好等優(yōu)勢(shì)受到越來(lái)越多的重視。
生物體借助化學(xué)作用吸附金屬離子稱為生物吸附。藻類和微生物菌體對(duì)重金屬有很好的吸附作用，并具有成本低、選擇性好、吸附量大、濃度適用范圍廣等眾多優(yōu)點(diǎn)、而且?guī)?lái)的環(huán)境污染小，可作為一種廉價(jià)吸附劑。
2 藻類吸附重金屬的研究
藻類是一類光合自養(yǎng)生物，對(duì)許多重金屬具有良好的生物富集能力，可廣泛應(yīng)用于改造已經(jīng)被重金屬污染、其他生物難以生存的水域，利用藻類作為生物反應(yīng)器在工業(yè)污水排放之前進(jìn)行處理，或用于回收貴重金屬離子，既節(jié)約資源，又避免了環(huán)境污染。J.L. Gardea-Torresdey等研究了近十種的藻類對(duì)重金屬鎳的吸收，通過(guò)靜態(tài)吸附比較了不同藻類的吸附能力，并對(duì)藻類進(jìn)行了固定化，利用柱子從稀溶液中富集鎳。而且對(duì)藻類吸附重金屬的機(jī)理進(jìn)行了探討，認(rèn)為是由于細(xì)胞壁上的陰離子基團(tuán)與溶液中的鎳發(fā)生化學(xué)吸附使得鎳吸附在藻類的表面，并在5分鐘之內(nèi)達(dá)到平衡。李志勇等[1]在通過(guò)對(duì)非活性藻體的研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞壁上的多糖和蛋白質(zhì)是吸附重金屬的主要物質(zhì)。趙玲等[2]對(duì)藻體及其含有的多糖進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果論證了李志勇等人的結(jié)論，純多糖也能從溶液中吸附重金屬，能力與藻體相當(dāng)，從而認(rèn)為藻細(xì)胞對(duì)金屬離子的吸附，主要是多糖的吸附作用，多糖與金屬離子的結(jié)合主要是通過(guò)多糖的羥基和酰胺基與金屬離子進(jìn)行絡(luò)合作用的。
3 微生物菌體對(duì)重金屬的吸附
微生物與重金屬之間相互作用的研究已有數(shù)十年之久。在長(zhǎng)期的理論研究和實(shí)際應(yīng)用中，人們發(fā)現(xiàn)：包括真菌在內(nèi)的許多種微生物對(duì)一些金屬均具有抗性。并已證明：微生物在自然界對(duì)重金屬的遷移轉(zhuǎn)化起著重要的作用。因此，深入研究微生物對(duì)重金屬的抗性，不僅能豐富微生物的生理學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物化學(xué)及遺傳學(xué)的理論，而且在應(yīng)用生物技術(shù)治理工業(yè)廢物污染、保護(hù)人類生存環(huán)境等方面也具有重要的意義。國(guó)外學(xué)者在20世紀(jì)80年代初就開始了微生物對(duì)重金屬吸附的研究，大量研究結(jié)果表明，一些微生物如細(xì)菌、絲狀真菌、酵母等對(duì)金屬有很強(qiáng)的吸附能力。
3.1 絲狀真菌對(duì)重金屬的吸附
絲狀真菌對(duì)重金屬有很強(qiáng)的吸收能力，有資料表明[3]，將含曲霉、毛霉、青霉以及根霉的絲狀真菌菌絲培育物干燥、磨碎并經(jīng)篩分，使其成為可貯存的生物體，用于處理含Cd、Pb、Ni、Zn的工業(yè)廢水。在pH＝7時(shí)，可以除去98%的Pb、97%的Zn、92%的Cd，以及74%的Ni。1kg毛霉和根霉粉末可凈化(pH＝7)含10mg/L鋅的廢水5000L。在鈾的處理過(guò)程中，根霉菌(R.arrhizus)對(duì)鈾的吸附量可高達(dá)200mg／g干重；黃青霉(Penicilltum)不但對(duì)鈾有較強(qiáng)的吸附能力，對(duì)鉛的吸附能力也不差，而霉菌(A.orchidis)對(duì)鉛也有良好的吸附性能，毛霉素目霉菌對(duì)金屬吸附能力的范圍較廣，有望成為優(yōu)良的吸附劑。
3.2 酵母對(duì)重金屬的吸附
酵母對(duì)重金屬的吸附，國(guó)內(nèi)有這方面的報(bào)道，李明春等[4]利用活性和非活性假絲酵母菌對(duì)銅、鎘、鎳的吸附能力進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)表明，30min時(shí)吸附量已達(dá)到總吸附量的90%以上。李峰等[5]在對(duì)產(chǎn)朊假絲酵母對(duì)銅離子吸附機(jī)理研究中發(fā)現(xiàn)細(xì)胞壁是酵母吸附重金屬離子的主要部位。細(xì)胞壁的蛋白酶酶解實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)胰蛋白酶不敏感的細(xì)胞壁嵌合蛋白是銅離子吸附的主要位點(diǎn)。
3.3 細(xì)菌對(duì)重金屬的吸附
細(xì)菌對(duì)重金屬有極強(qiáng)的抗性，可以與重金屬之間發(fā)生反應(yīng)，在低濃度下，重金屬能促進(jìn)細(xì)菌的發(fā)育和生長(zhǎng)。Angela Vecchio和D.H.Nies在研究細(xì)菌對(duì)重金屬的吸附時(shí)發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁上的各種陰離子基團(tuán)如磷酸根、乙酸根和氨基酸與重金屬發(fā)生交聯(lián)，從而使得細(xì)菌能夠吸附重金屬。Angela Vecchio在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)Brevibacterium菌體在吸附銅、鉛和鎘的時(shí)候，鉛的存在可以抑制菌體對(duì)銅和鎘的吸附。劉月英等對(duì)細(xì)菌R08吸附Pd2＋進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)表明，細(xì)菌吸附Pd2＋的最適pH值為3.5，每克菌體可以吸附224.8mg的鈀，透射電鏡觀察顯示，R08死菌體能夠還原Pd2＋成Pd0顆粒。紅外光譜分析表明，細(xì)胞壁上的COO-和HPO42-基團(tuán)可能與Pd2＋的生物吸附有關(guān)。
4 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，生物吸附法處理含重金屬的廢水，成本低、效益高、容易管理、不給環(huán)境造成二次污染、有利于生態(tài)環(huán)境的改善。雖然生物化學(xué)方法治理污染也有一定的局限性，但由于其顯著優(yōu)點(diǎn)，使得生物化學(xué)法的研究和發(fā)展仍有廣闊前景，許多學(xué)者通過(guò)基因工程、分子生物學(xué)等技術(shù)應(yīng)用，使生物具有更強(qiáng)的吸附、絮凝、修復(fù)能力。我們應(yīng)該充分利用自然界中的微生物與植物的協(xié)同凈化作用，并輔之以物理或化學(xué)方法，尋找凈化重金屬的有效途徑。
參考文獻(xiàn)
[6]李志勇,郭祀遠(yuǎn),李琳等.利用藻類去除與回收工業(yè)廢水中的金屬[J].重慶環(huán)境科學(xué).1997,19（6）:27-32.
[7]趙玲,尹平河,Qiming Yu等.海洋赤潮生物原甲藻對(duì)重金屬的富集機(jī)理[J].環(huán)境科學(xué).2001,22((4):42-45.
[9] 夏立江,華珞,李向東.重金屬污染生物修復(fù)機(jī)制及研究進(jìn)展.核農(nóng)學(xué)報(bào).1998,12(1):59-64.
11.李明春,姜恒,侯文強(qiáng)等.酵母菌對(duì)重金屬離子吸附的研究[J].菌物系統(tǒng).1998,17(4):367-373.
12.李峰,張西平,黃昆等.產(chǎn)朊假絲酵母細(xì)胞壁對(duì)銅離子吸附機(jī)理研究[J].微生物學(xué)雜志.2000,20
(1):11-14.
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