重金属生物吸附技术探讨作者：陈卓来源：《中国高新科技·上半月》2017年第03期摘要：作为新兴重金属吸附技术，生物吸附技术拥有良好的发展前景。

文章分析了重金属的生物吸附机理及优势，分别探讨了生物絮凝吸附技术、植物修复吸附技术等生物吸附技术的应用现状，以供参考。

关键词：重金属生物吸附机理；生物絮凝吸附技术；植物修复吸附技术文章编号：2096-4137（2017）07-071-03 DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2017.07.17在城市化建设的过程中，排放了大量工业废水、城市污水，存在于其中的重金属则通过食物链给生物和人类带来了威胁。

所以，重金属污染治理技术一直是研究重点。

生物吸附技术能够在吸附土壤、废水中重金属的同时，不产生二次污染，因此值得进一步研究和推广。

1 重金属的生物吸附机理及优势1.1 重金属生物吸附机理重金属生物吸附机理十分复杂。

就目前来看，生物吸附剂种类较多，大致可以划分为藻类、有机物、细菌、霉菌和酵母。

而只要生物体及其衍生物能够用于吸附分离水溶液中的重金属离子，就能被当作生物吸附剂，所以生物吸附剂拥有广泛来源，吸附机理也有一定的差别。

从生物细胞活性的角度来看，可以划分为活细胞吸附和死细胞吸附这两种机理。

其中，活细胞吸附的第一阶段为生物吸着过程，通过配位，重金属离子可以与细胞实现离子交换。

在物理吸附和微沉淀等作用下，重金属离子也能在细胞表面得到复合。

在活细胞的生物积累阶段，重金属离子会在载体协助、离子泵等作用下进入细胞内。

采用死细胞进行重金属吸附，主要利用生物吸着作用，即活细胞吸附的第一个阶段。

生物之所以能够吸附重金属离子，主要是由于生物细胞与动物细胞不同，其细胞原生质膜外存在有细胞壁，能够避免生物受外界环境伤害，并且能够与介质中可溶物质发生作用。

此外，生物细胞壁表面存在电荷，能够产生特性吸附。

1.2 重金属生物吸附优势重金属的排放将对环境造成严重环境污染，而采用化学沉淀、活性炭吸附等传统技术进行重金属吸附处理，不仅需要较高的成本投入，还容易导致二次污染的产生。

采用生物吸附技术，可以利用生物体本身成分特性或结构完成重金属离子吸附，并利用固液两相分离将溶液中的重金属离子去除。

相较于其他技术，采用生物吸附技术能够在低浓度下对重金属离子进行有选择性的吸附，并且获得较高的处理效率。

比如通过选取合适的微生物菌种，就能完成一些贵重金属的回收。

同时，由于生物吸附剂来源广泛，所以采用该技术的投资成本较小，运行费用也较低。

比如对于发酵业来讲，就可以利用废菌体进行重金属污水处理。

Dhakal等人就提出了利用橘子皮吸附水中重金属离子的方法，发现利用橘子皮高分子表面的氢离子能够与重金属离子进行交换。

而海藻吸附技术目前也得到了广泛研究，其吸附剂来源更加广泛，能够带来较高经济效益。

此外，生物吸附技术也是一种环保技术，利用该技术处理重金属离子不会产生二次污染，因此更具有环境友好性。

2 重金属的生物吸附技术2.1 生物絮凝吸附技术使用生物絮凝吸附技术，可对污水中的重金属离子进行吸附处理。

例如，在城市污水处理中，一些污水厂通过建设微生物絮凝池、厌氧池、沉淀池和变速生物滤池，就能利用微生物絮凝吸附作用去除污水中重金属离子。

从原理上来看，就是利用生物代谢物对重金属离子进行絮凝沉淀，从而使重金属与水分离开来。

就目前来看，植物和微生物能够产生淀粉类、纤维素衍生物类、多糖类等多种类型的生物絮凝剂。

这些絮凝剂大多安全无毒，并且不会产生二次污染，用于处理重金属离子可以获得较好的絮凝效果。

现阶段，研究发现的能够用于实现重金属吸附的生物絮凝剂多达十几种。

采用藻类进行重金属吸附，主要就是由于藻类中的多糖上的氨基、羟基等官能团带有负电荷，能够与重金属离子发生络合。

在废水中铅、铜等重金属离子的回收研究方面，可以利用从微生物中提取的壳聚糖作为絮凝剂。

采用该技术，实际是利用细胞表面配合机理，即利用官能团的配位原子与金属离子结合生成配合物。

除了使用生物的衍生物作为絮凝剂，也可以利用微生物菌株作为絮凝剂菌株实现重金属离子吸附。

在活性污泥中，就包含有各种各样的絮凝剂菌株，可用于吸附重金属离子。

而采用遗传工程对这些特殊菌株进行驯化和构造，则能获得理想的絮凝作用。

相较于使用有机絮凝法和无机絮凝剂，采用生物絮凝技术显然具有无毒无害的特点，在重金属吸附的过程中不会产生二次污染，并且操作方便，因此具有较好的应用前景。

但是，由于技术发生尚未达到成熟阶段，采用该技术会遭遇难以保存活体絮凝剂的问题，并且无法实现生物絮凝机的工业化生产。

2.2 植物修复吸附技术在重金属污染土壤处理方面，可采用植物修复吸附技术。

例如，湖南郴州苏仙区邓家塘乡就建立了世界上第一个砷污染土壤植物修复基地，利用蜈蚣草实现砷污染土壤治理。

从吸附机理上来看，就是利用植物发达根系和植物根部微生物对重金属离子进行富集和积累处理，从而使土壤环境得到修复。

采用该技术，能够将毒性较强的重金属离子转化为毒性相对低的物质，以加强环境污染的治理。

实际采用该技术时，可以种植麻风树等具有修复功能的植物，从而利用植物根系对有毒重金属离子进行吸取和沉淀。

在此基础上，需采取措施防止重金属离子向地下扩散，并有效降低离子活性。

而采取萃取的方式，则能将重金属离子转移至植物根部或可收割位置，如枝条等，然后通过减掉枝条实现重金属转移，进而使土壤中重金属浓度得到降低。

相较于其他重金属污染处理技术，采用该技术不仅能够实现污水处理，也能对污染土壤进行修复，所以给环境带来的扰动较小。

同时，采取该技术需完成大量植物种植，因此能够使环境得到美化。

而处理含有重金属的植物残体，则能完成贵重金属回收，所以能够取得一定的经济效益。

此外，采取该技术成本较低，并且容易实现。

但就目前来看，采用该技术需要耗费较长的时间才能取得一定的治理效果，且只能完成一些单一重金属的吸附，难以将土壤中所有重金属离子清除干净。

针对这一问题，如果进行有机整合剂的施加可使植物富集重金属的能力得到增强，但又会给土壤带来二次污染，并导致污染治理费用增加。

2.3 生物化学吸附技术采用生物化学吸附技术，可以利用生物的氧化还原能力处理污水中的重金属离子。

利用该技术，能够使重金属离子的价态发生变化，从而使其化学性质发生变化，从可溶性转变为不溶性，进而将其与水分离开来。

比如采用硫酸盐生物换元法，就是通过将硫酸盐还原为H2S，然后利用H2S与重金属离子进行反应，得到金属硫化物沉淀，则能将溶液中重金属离子去除。

现阶段的研究得到了较多的菌株拥有较强的废水处理能力，比如利用Au+普通小球藻就可以采用硫脲实现重金属离子的解吸和吸附。

在实际反应的过程中，硫脲将与Au+结合，并在一系列处理后得到Au+，最终还原为金单质。

就目前来看，可以用于实现生物化学吸附的真菌较多，如黑色头号孢菌、木霉属、青霉菌属等。

利用这些真菌进行工业废水处理，可以通过添加白云石等含钙物质为真菌生长提供养分，以便使真菌在这些物质的表面聚集，将废水中溶解状态的金属转化为不溶性金属。

目前，采用这些真菌能够在短时间内完成废水中金属的回收，并且操作简单，投入费用也较少，能够获得理想的废水处理效果。

但在实际应用中，重金属废水将给微生物带来毒害，同时也难以完成微生物的规模化生产。

使用高选择性基因工程进行菌体构建，然后通过生物富集处理废水中重金属离子，真菌富集重金属离子的速率又将受到废水中其他物质的影响。

因此，目前生物吸附技术在重金属处理方面仍然存在一定的局限性，还要得到进一步的研究和完善。

2.4 生物渗透吸附技术近年来，生物渗透吸附技术得到了广泛研究。

目前，在锅炉给水、染料回收等工业用水处理方面，RO反渗透工艺就得到了广泛应用。

采用生物渗透膜，能够借助渗透膜本身的高去除率去除废水中重金属离子，并利用渗透膜强选择性有选择地吸附重金属离子。

采取该种技术，不会发生相态变化，也不会产生过多能耗。

此外，采用该技术可以获得较高废水处理自动化程度，也不会给环境带来污染，能够为废水处理带来一定的经济效益。

从吸附机理上来看，则使利用渗透作用的逆过程，即使溶液中一些溶质在透过半透膜过程中受外界压力作用，从而被阻留在半透膜一侧。

采用该技术，需要提供较大操作压力，确保操作压力比溶液渗透压要大。

此外，需要选择具有较强透水性和较高选择性的半透膜，才能取得预想的废水处理效果。

现阶段，反渗透法能够在镀铜废水、镀镍废水等工业废水中得到应用。

在飞速处理过程中，需要使废水先经过多级逆流漂洗槽的处理，然后经过反渗透器和蒸发器进行浓缩循环处理。

从实践应用情况来看，采用该技术能够完成材料回收，并且操作便利，投资费用较少，占地面积也较小，能够实现废水“零排放”。

但是，使用的反射透膜每隔一段时间就要得到更换，容易导致资源的浪费。

因此，还需要完成高校长寿反渗透膜的研制，以满足高浓度重金属离子废水的处理需求。

2.5 生物超滤吸附技术生物超滤吸附技术为新型生物吸附技术，能够利用胶团强化超滤技术完成废水中重金属离子的吸附处理。

通过对超滤技术和表面活性剂进行融合，采用该技术能够完成重金属离子浓度较低的废水处理。

现阶段，该技术的研究仍然处在试验阶段，重金属离子吸附效果与采用的表面活性剂有关。

而在河网水处理试验领域，超滤技术与生物技术相结合的装置已经得到研发和应用。

从吸附机理上来看，主要是利用静电作用吸附重金属离子，即利用阴离子或阳离子表面活性剂进行金属离子的去除。

此外，受酸碱类作用、疏水性作用等的影响，膜与表面活性剂的重金属离子吸附效果不同。

相较于CMC，采用该技术需要使表面活性剂保持较高的浓度，以确保离子吸附效果。

如果渗透液中的表面活性剂浓度较低，则会导致活性剂浪费。

另外，能否获得理想的污水处理效果，也与活性剂压力、pH值等因素有关。

3 结语通过分析可以发现，相较于其他处理技术，生物吸附技术原料丰富，投入运行成本较低，不会给环境带来二次污染，在重金属处理方面具有较大的应用优势。

但就目前来看，包含生物絮凝吸附技术、植物修复吸附技术等在内的生物吸附技术仍处在研究试验阶段，有关实践应用较少。

因此，还要加大对生物吸附技术的研究力度，从而更好地治理重金属污染。

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