重金屬的生物吸附
1 引言
隨著經濟的快速發展，廢水的大量排放，土壤和水源中重金屬積累的加劇，重金屬污染越來越引起人們的關注，治理和回收重金屬也已成為一個熱點課題。傳統的治理方法有沉淀、離子交換法、電化學法、膜分離技術等。但這些方法成本高、選擇性低、能耗高，并可能產生二次污染。近年來采用生物吸附法去除廢水中的重金屬國外已有報道，而國內較為少見。該法以其原材料來源豐富、成本低、吸附速度快、吸附量大、選擇性好等優勢受到越來越多的重視。
生物體借助化學作用吸附金屬離子稱為生物吸附。藻類和微生物菌體對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點、而且帶來的環境污染小，可作為一種廉價吸附劑。
2 藻類吸附重金屬的研究
藻類是一類光合自養生物，對許多重金屬具有良好的生物富集能力，可廣泛應用于改造已經被重金屬污染、其他生物難以生存的水域，利用藻類作為生物反應器在工業污水排放之前進行處理，或用于回收貴重金屬離子，既節約資源，又避免了環境污染。J.L. Gardea-Torresdey等研究了近十種的藻類對重金屬鎳的吸收，通過靜態吸附比較了不同藻類的吸附能力，并對藻類進行了固定化，利用柱子從稀溶液中富集鎳。而且對藻類吸附重金屬的機理進行了探討，認為是由于細胞壁上的陰離子基團與溶液中的鎳發生化學吸附使得鎳吸附在藻類的表面，并在5分鐘之內達到平衡。李志勇等[1]在通過對非活性藻體的研究發現，細胞壁上的多糖和蛋白質是吸附重金屬的主要物質。趙玲等[2]對藻體及其含有的多糖進行了研究，實驗結果論證了李志勇等人的結論，純多糖也能從溶液中吸附重金屬，能力與藻體相當，從而認為藻細胞對金屬離子的吸附，主要是多糖的吸附作用，多糖與金屬離子的結合主要是通過多糖的羥基和酰胺基與金屬離子進行絡合作用的。
3 微生物菌體對重金屬的吸附
微生物與重金屬之間相互作用的研究已有數十年之久。在長期的理論研究和實際應用中，人們發現：包括真菌在內的許多種微生物對一些金屬均具有抗性。并已證明：微生物在自然界對重金屬的遷移轉化起著重要的作用。因此，深入研究微生物對重金屬的抗性，不僅能豐富微生物的生理學、生態學、生物化學及遺傳學的理論，而且在應用生物技術治理工業廢物污染、保護人類生存環境等方面也具有重要的意義。國外學者在20世紀80年代初就開始了微生物對重金屬吸附的研究，大量研究結果表明，一些微生物如細菌、絲狀真菌、酵母等對金屬有很強的吸附能力。
3.1 絲狀真菌對重金屬的吸附
絲狀真菌對重金屬有很強的吸收能力，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的工業廢水。在pH＝7時，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。在鈾的處理過程中，根霉菌(R.arrhizus)對鈾的吸附量可高達200mg／g干重；黃青霉(Penicilltum)不但對鈾有較強的吸附能力，對鉛的吸附能力也不差，而霉菌(A.orchidis)對鉛也有良好的吸附性能，毛霉素目霉菌對金屬吸附能力的范圍較廣，有望成為優良的吸附劑。
3.2 酵母對重金屬的吸附
酵母對重金屬的吸附，國內有這方面的報道，李明春等[4]利用活性和非活性假絲酵母菌對銅、鎘、鎳的吸附能力進行研究，實驗表明，30min時吸附量已達到總吸附量的90%以上。李峰等[5]在對產朊假絲酵母對銅離子吸附機理研究中發現細胞壁是酵母吸附重金屬離子的主要部位。細胞壁的蛋白酶酶解實驗證明，對胰蛋白酶不敏感的細胞壁嵌合蛋白是銅離子吸附的主要位點。
3.3 細菌對重金屬的吸附
細菌對重金屬有極強的抗性，可以與重金屬之間發生反應，在低濃度下，重金屬能促進細菌的發育和生長。Angela Vecchio和D.H.Nies在研究細菌對重金屬的吸附時發現細菌的細胞膜和細胞壁上的各種陰離子基團如磷酸根、乙酸根和氨基酸與重金屬發生交聯，從而使得細菌能夠吸附重金屬。Angela Vecchio在實驗中發現Brevibacterium菌體在吸附銅、鉛和鎘的時候，鉛的存在可以抑制菌體對銅和鎘的吸附。劉月英等對細菌R08吸附Pd2＋進行了研究，實驗表明，細菌吸附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，細胞壁上的COO-和HPO42-基團可能與Pd2＋的生物吸附有關。
4 結語
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、不給環境造成二次污染、有利于生態環境的改善。雖然生物化學方法治理污染也有一定的局限性，但由于其顯著優點，使得生物化學法的研究和發展仍有廣闊前景，許多學者通過基因工程、分子生物學等技術應用，使生物具有更強的吸附、絮凝、修復能力。我們應該充分利用自然界中的微生物與植物的協同凈化作用，并輔之以物理或化學方法，尋找凈化重金屬的有效途徑。
參考文獻
[6]李志勇,郭祀遠,李琳等.利用藻類去除與回收工業廢水中的金屬[J].重慶環境科學.1997,19（6）:27-32.
[7]趙玲,尹平河,Qiming Yu等.海洋赤潮生物原甲藻對重金屬的富集機理[J].環境科學.2001,22((4):42-45.
[9] 夏立江,華珞,李向東.重金屬污染生物修復機制及研究進展.核農學報.1998,12(1):59-64.
11.李明春,姜恒,侯文強等.酵母菌對重金屬離子吸附的研究[J].菌物系統.1998,17(4):367-373.
12.李峰,張西平,黃昆等.產朊假絲酵母細胞壁對銅離子吸附機理研究[J].微生物學雜志.2000,20
(1):11-14.
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