重金属的生物吸附
1 引言
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吸附在藻类的表面，并在5分钟之内达到平衡。李志勇等[1]在通过对非活性藻体的研究发现，细胞壁上的多糖和蛋白质是吸附重金属的主要物质。赵玲等[2]对藻体及其含有的多糖进行了研究，实验结果论证了李志勇等人的结论，纯多糖也能从溶液中吸附重金属，能力与藻体相当，从而认为藻细胞对金属离子的吸附，主要是多糖的吸附作用，多糖与金属离子的结合主要是通过多糖的羟基和酰胺基与金属离子进行络合作用的。
3 微生物菌体对重金属的吸附
微生物与重金属之间相互作用的研究已有数十年之久。在长期的理论研究和实际应用中，人们发现：包括真菌在内的许多种微生物对一些金属均具有抗性。并已证明：微生物在自然界对重金属的迁移转化起着重要的作用。因此，深入研究微生物对重金属的抗性，不仅能丰富微生物的生理学、生态学、生物化学及遗传学的理论，而且在应用生物技术治理工业废物污染、保护人类生存环境等方面也具有重要的意义。国外学者在20世纪80年代初就开始了微生物对重金属吸附的研究，大量研究结果表明，一些微生物如细菌、丝状真菌、酵母等对金属有很强的吸附能力。
3.1 丝状真菌对重金属的吸附
丝状真菌对重金属有很强的吸收能力，有资料表明[3]，将含曲霉、毛霉、青霉以及根霉的丝状真菌菌丝培育物干燥、磨碎并经筛分，使其成为可贮存的生物体，用于处理含Cd、Pb、Ni、Zn的工业废水。在pH＝7时，可以除去98%的Pb、97%的Zn、92%的Cd，以及74%的Ni。1kg毛霉和根霉粉末可净化(pH＝7)含10mg/L锌的废水5000L。在铀的处理过程中，根霉菌(R.arrhizus)对铀的吸附量可高达200mg／g干重；黄青霉(Penicilltum)不但对铀有较强的吸附能力，对铅的吸附能力也不差，而霉菌(A.orchidis)对铅也有良好的吸附性能，毛霉素目霉菌对金属吸附能力的范围较广，有望成为优良的吸附剂。
3.2 酵母对重金属的吸附
酵母对重金属的吸附，国内有这方面的报道，李明春等[4]利用活性和非活性假丝酵母菌对铜、镉、镍的吸附能力进行研究，实验表明，30min时吸附量已达到总吸附量的90%以上。李峰等[5]在对产朊假丝酵母对铜离子吸附机理研究中发现细胞壁是酵母吸附重金属离子的主要部位。细胞壁的蛋白酶酶解实验证明，对胰蛋白酶不敏感的细胞壁嵌合蛋白是铜离子吸附的主要位点。
3.3 细菌对重金属的吸附
细菌对重金属有极强的抗性，可以与重金属之间发生反应，在低浓度下，重金属能促进细菌的发育和生长。Angela Vecchio和D.H.Nies在研究细菌对重金属的吸附时发现细菌的细胞膜和细胞壁上的各种阴离子基团如磷酸根、乙酸根和氨基酸与重金属发生交联，从而使得细菌能够吸附重金属。Angela Vecchio在实验中发现Brevibacterium菌体在吸附铜、铅和镉的时候，铅的存在可以抑制菌体对铜和镉的吸附。刘月英等对细菌R08吸附Pd2＋进行了研究，实验表明，细菌吸附Pd2＋的最适pH值为3.5，每克菌体可以吸附224.8mg的钯，透射电镜观察显示，R08死菌体能够还原Pd2＋成Pd0颗粒。红外光谱分析表明，细胞壁上的COO-和HPO42-基团可能与Pd2＋的生物吸附有关。
4 结语
综上所述，生物吸附法处理含重金属的废水，成本低、效益高、容易管理、不给环境造成二次污染、有利于生态环境的改善。虽然生物化学方法治理污染也有一定的局限性，但由于其显著优点，使得生物化学法的研究和发展仍有广阔前景，许多学者通过基因工程、分子生物学等技术应用，使生物具有更强的吸附、絮凝、修复能力。我们应该充分利用自然界中的微生物与植物的协同净化作用，并辅之以物理或化学方法，寻找净化重金属的有效途径。
参考文献
[6]李志勇,郭祀远,李琳等.利用藻类去除与回收工业废水中的金属[J].重庆环境科学.1997,19（6）:27-32.
[7]赵玲,尹平河,Qiming Yu等.海洋赤潮生物原甲藻对重金属的富集机理[J].环境科学.2001,22((4):42-45.
[9] 夏立江,华珞,李向东.重金属污染生物修复机制及研究进展.核农学报.1998,12(1):59-64.
11.李明春,姜恒,侯文强等.酵母菌对重金属离子吸附的研究[J].菌物系统.1998,17(4):367-373.
12.李峰,张西平,黄昆等.产朊假丝酵母细胞壁对铜离子吸附机理研究[J].微生物学杂志.2000,20
(1):11-14.
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