生物吸附法处理水体中重金属离子的研究进展
- 格式:pdf
- 大小:1.00 MB
- 文档页数:4
微生物对水环境中重金属的去除与修复重金属污染是当前严重影响水环境质量的问题之一,对人类健康和生态系统都造成了严重威胁。
微生物作为一种天然生物,具备独特的能力来去除和修复水环境中的重金属污染。
本文将介绍微生物在水环境中对重金属的去除和修复的机制、应用以及相关研究进展。
一、微生物去除重金属的机制微生物去除重金属污染的机制多种多样,常见的包括吸附、生物还原、沉淀沉积等。
其中,微生物对重金属的吸附是最为常见和广泛应用的方法之一。
微生物菌体表面的负电荷使其能够吸附和结合金属离子,从而将其从水环境中去除。
此外,一些微生物还能通过生物还原机制将重金属氧化态还原为较为稳定的金属离子,从而达到去除的目的。
另外,一些微生物还能通过形成沉积物的方式将重金属固定在表面,进而达到去除的效果。
二、微生物修复重金属污染的机制在水环境中,微生物不仅可以去除重金属污染,还可以通过一系列的生物转化过程进行修复。
微生物酶系统具备还原重金属离子和产生金属硫化物的能力,可将重金属离子还原为相对无毒的金属硫化物。
此外,微生物还能利用自身代谢特性,将重金属形成化学稳定的络合物,降低其毒性。
另外,微生物通过代谢作用还可以将重金属离子进行转化和迁移,促进重金属污染的修复。
三、微生物修复重金属污染的应用微生物修复技术被广泛应用于水环境中的重金属污染治理中。
具体应用包括生物吸附技术、微生物沉淀沉积技术、微生物还原技术等。
生物吸附技术利用微生物菌体表面负电荷的特性,通过生物吸附材料将重金属离子吸附、富集和固定。
微生物沉淀沉积技术则利用微生物合成的沉淀物质,将重金属转化为不溶于水的沉淀物质,并通过沉积作用将其从水环境中去除。
微生物还原技术则通过微生物代谢产生的还原物质将重金属氧化态还原为稳定的金属离子。
四、微生物去除与修复重金属的研究进展随着环境科学研究的不断深入,微生物在重金属去除与修复方面的应用和研究不断取得新的突破。
一些新型微生物菌株的发现和利用,以及新的微生物修复技术的研究,为重金属污染的治理提供了更多可能性。
微生物吸附重金属离子机理研究进展作者:刘磊宋文成来源:《安徽农业科学》2018年第05期摘要综述了微生物吸附重金属离子的作用机理,包括胞外沉淀作用、菌体表面吸附与络合效应、静电结合作用、离子交换型吸附、氧化还原、微沉积作用、胞内累积效应。
关键词微生物吸附;金属离子;吸附机理中图分类号X172文献标识码A文章编号0517-6611(2018)05-0015-03AbstractThe mechanism of microbial adsorption of heavy metal ions was reviewed, including extracellular precipitation, surface adsorption and complexation, electrostatic binding, ion exchange adsorption, redox, micro deposition and intracellular accumulation.Key wordsMicrobial adsorption;Metal ions;The adsorption mechanism生物吸附被定义为在溶液中利用生物材料,使大量重金属离子被富集,从而去除金属、混合物及微粒物质的方法[1-2]。
重金属污染已经构成最严重的环境污染之一,各种工业(如采矿、冶炼金属、电镀、化学农药的使用等)产生的废弃物中大量重金属被排放到环境中,对人体健康、生态环境构成很大威胁[3-4]。
从溶液中去除重金属离子的方法很多,主要有物理、化学及生物方法,常规方法如化学沉淀、膜过滤、离子交换及电化学等,如果溶液中金属离子浓度过低,化学沉淀在去除金属离子时,需要消耗大量化学试剂,因此重金属离子在低浓度时,化学沉淀的方法不适用。
近些年,利用微生物菌体作为吸附剂对金属离子进行吸附,引起了广泛关注,对真菌、酵母菌及细菌进行筛选分离、富集培养,然后利用其吸附作用去除废水中重金属离子。
重金属废水处理技术研究现状与发展趋势一、本文概述随着工业化的快速发展,重金属废水已成为环境污染的主要来源之一,对人类健康和生态环境造成了严重威胁。
因此,对重金属废水处理技术的研究与发展显得尤为重要。
本文旨在全面概述重金属废水处理技术的现状,并探讨其未来的发展趋势。
文章首先介绍了重金属废水的来源、特性及其对环境的影响,随后详细阐述了当前主流的重金属废水处理技术,包括化学沉淀法、离子交换法、吸附法、膜分离法、生物法等,分析了这些技术的优缺点及适用范围。
在此基础上,文章进一步探讨了重金属废水处理技术的发展趋势,包括新技术的研究与应用、现有技术的改进与优化、以及技术集成与创新等方面。
文章总结了重金属废水处理技术面临的挑战与机遇,为未来的研究与实践提供了参考与借鉴。
二、重金属废水处理技术研究现状随着工业化的快速发展,重金属废水处理已成为环境保护领域的重要课题。
目前,重金属废水处理技术主要包括化学沉淀法、离子交换法、吸附法、膜分离法、生物处理法等。
这些技术各有优缺点,适用于不同浓度和种类的重金属废水处理。
化学沉淀法是最常用的重金属废水处理方法之一,其原理是通过添加化学药剂使重金属离子转化为难溶性的沉淀物,从而从废水中去除。
然而,该方法产生的污泥量大,处理成本较高,且可能产生二次污染。
离子交换法是一种高效的重金属废水处理技术,其原理是利用离子交换树脂上的可交换离子与废水中的重金属离子进行交换,从而实现重金属的去除。
该方法具有处理效果好、操作简便等优点,但离子交换树脂的再生和更换成本较高。
吸附法是利用吸附剂的吸附作用去除废水中的重金属离子。
常用的吸附剂包括活性炭、生物炭、纳米材料等。
吸附法具有处理效果好、操作简单等优点,但吸附剂的再生和更换成本也较高。
膜分离法是一种新兴的重金属废水处理技术,其原理是利用膜的孔径大小选择性地分离废水中的重金属离子。
该方法具有处理效果好、能耗低等优点,但膜材料的成本较高,且易受到污染和堵塞。
生物炭吸附去除水中重金属的研究进展
张文轩;陈协;梁靖仪;陈伟波;肖更生;刁增辉
【期刊名称】《水处理技术》
【年(卷),期】2024(50)4
【摘要】近年来,水环境中重金属污染问题日益严重,生物炭材料被广泛应用于环境污染修复。
但是原始生物炭材料对污染物的吸附性能欠佳,衍生出众多对其吸附性能提升的研究。
到目前为止,有关生物炭材料制备和改性的进展总结欠全面,关于生物炭材料吸附水中重金属离子反应机理的整理也不够深入。
基于生物炭材料在水环境中重金属离子吸附领域的研究现状,对生物炭材料的制备方式、改性方法和主要影响因素进行了综述,并梳理了生物炭对水中重金属离子的吸附机制研究进展。
最后提出了生物炭材料在应用中可能存在的问题和发展方向。
以期为生物炭材料在受重金属离子污染水体的修复应用提供理论和技术支撑,为实际的环境污染修复提供新的思路。
【总页数】6页(P26-31)
【作者】张文轩;陈协;梁靖仪;陈伟波;肖更生;刁增辉
【作者单位】仲恺农业工程学院;梅州市金绿现代农业发展有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ424;X703.1
【相关文献】
1.活性炭吸附法去除废水中重金属的研究进展
2.活性炭吸附法去除废水中重金属的研究进展
3.生物炭吸附去除水中有机污染物的研究进展
4.生物炭负载纳米零价铁去除废水中重金属的研究进展
5.生物质炭去除水中重金属Pb(Ⅱ)的研究进展
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
微生物清除水体中重金属污染的研究随着人类社会的不断发展,环境污染成为了我们必须要面对的一个难题。
其中,水污染作为一种影响最直接的环境污染之一,对我们的日常生活、经济社会发展以及生态保护都带来了极大的影响。
而水中重金属污染又是水污染中最为严重的一种情况,是我们需要重点关注和解决的问题之一。
在这个问题上,微生物清除水体中重金属污染的研究成为了一个备受关注的话题。
那么,什么是微生物呢?简单来说,微生物是包括细菌、真菌、病毒等在内的微小生物体,是自然界中一种极为重要的生物类群。
微生物既可以生存于自然环境中,也可以栖息在人类生活的各个角落,又是环境治理的一个重要手段。
针对水体中的重金属污染,微生物清除技术成为了一个广泛研究的领域,并取得了较好的应用效果。
一、水体中重金属污染的现状和影响水体中的重金属污染是指由人为活动或自然因素导致水体中出现的重金属元素超标的情况。
重金属元素是指密度大于4.5g/cm³,原子量大于20的元素,如铅、镉、汞、铬等。
这些元素长期存在于水体中,会对人类健康和生态环境造成极其严重的危害。
首先,水中重金属的超标会直接影响人类的健康。
例如,铅超标易导致神经系统损伤,对于儿童的影响尤为明显,可导致智力下降,甚至死亡;镉超标会对人体肝、肺、肾等器官造成损伤,引起肾病;汞超标经皮肤、呼吸道进入人体后可引起急性中毒或慢性中毒等症状。
其次,水中重金属的超标还对生态环境造成了很大的破坏。
重金属元素会对水体生态环境中的各种生物产生直接影响,对于生态平衡的破坏和生物类群的损害极为严重,导致的后果难以估量。
二、微生物清除水体中重金属污染的原理及应用重金属在水中的“自净”过程较为缓慢,需要借助环境因素,如溶液的氧化还原电位、pH值等,才能发生反应。
而利用微生物对水体中重金属进行清除是一种高效、符合环保的方法。
微生物清除水体中重金属的原理是:通过微生物代谢活动,将重金属离子还原成相对稳定的化合物,并将其转化为可进行沉淀下降或固定的不同形式。
生物炭吸附重金属离子的研究进展一、本文概述随着工业化和城市化的快速发展,重金属污染问题日益严重,对人类健康和生态环境构成了严重威胁。
重金属离子具有生物毒性、持久性和难以降解等特点,其在水体、土壤和大气中的累积会对生态系统产生长期的负面影响。
因此,开发高效的重金属离子去除技术成为了当前环境保护领域的研究热点。
生物炭作为一种新兴的吸附材料,因其独特的物理化学性质,如高比表面积、丰富的官能团和良好的生物相容性等,在重金属离子吸附领域展现出了巨大的应用潜力。
本文旨在对生物炭吸附重金属离子的研究进展进行综述,以期为相关领域的研究提供有益的参考和启示。
本文首先介绍了重金属离子污染的现状及危害,阐述了生物炭的来源、制备方法和表征手段。
随后,重点综述了生物炭吸附重金属离子的机理、影响因素和吸附性能评价方法。
本文还讨论了生物炭在实际应用中的优缺点及改进策略,并展望了生物炭在重金属离子吸附领域的未来发展方向。
通过对相关文献的梳理和评价,本文旨在为相关领域的研究者提供全面的信息参考,推动生物炭在重金属离子吸附领域的应用和发展。
二、生物炭的制备与表征生物炭的制备是吸附重金属离子应用中的关键步骤,其过程涉及生物质原料的选择、热解条件的优化以及炭化产物的后处理。
常用的生物质原料包括农林废弃物、水生生物以及城市有机废弃物等,这些原料具有来源广泛、可再生、环境友好等特点。
热解条件如温度、气氛和升温速率等,对生物炭的理化性质如比表面积、孔结构、表面官能团等具有显著影响。
生物炭的表征是评估其吸附性能的基础。
常用的表征手段包括扫描电子显微镜(SEM)观察其表面形貌,透射电子显微镜(TEM)分析其内部结构,比表面积和孔径分布测定仪(BET)测定其比表面积和孔结构,以及傅里叶变换红外光谱(FTIR)和射线光电子能谱(PS)分析其表面官能团和化学元素组成。
这些表征手段有助于深入了解生物炭的结构和性质,从而指导其在实际应用中的优化。
近年来,随着制备技术的不断创新和表征手段的日益完善,生物炭的制备与表征研究取得了显著进展。
微生物对环境中重金属的吸附与去除研究重金属污染是当前环境问题中的一个重要课题,对生态系统和人类健康造成了严重影响。
而微生物在生态系统中广泛存在,且具有较强的吸附和去除重金属的能力。
本文将重点研究微生物对环境中重金属的吸附与去除,并探讨其机制和应用前景。
一、微生物对重金属的吸附机制微生物对重金属的吸附是通过表面功能基团与重金属离子之间的相互作用实现的。
常见的吸附机制包括吸附剂之间的物理相互作用、静电相互作用、配位作用、离子交换等。
1. 物理相互作用:微生物表面的电荷、溶胀性以及微生物与重金属之间的范德华力等物理性质的差异,导致微生物表面与重金属之间发生物理吸附。
2. 静电相互作用:微生物表面的带电性质与重金属之间的静电相互作用是微生物吸附重金属的重要机制。
不同微生物表面的电荷性质不同,可以吸附不同类型的重金属。
3. 配位作用:微生物表面附着有像羟基、羧基、氨基等含有可配位的官能团,可以与重金属形成配位键,实现重金属的吸附。
4. 离子交换:微生物表面的阳离子可以与重金属离子发生离子交换。
微生物表面的阳离子通过与重金属形成络合物,进而实现重金属的吸附。
二、微生物对重金属的去除机制微生物对重金属的去除主要通过化学和生物两个方面的机制实现。
化学机制包括微生物代谢作用产生的细胞外、细胞内离子、配体和酶等物质与重金属相结合,从而实现重金属的沉淀、还原、氧化等过程。
生物机制则是通过微生物自身对重金属的吸附和吸收,将重金属去除。
1. 微生物代谢产物的作用:微生物在代谢过程中产生的有机酸、胞外封闭物质等可以降低重金属的溶解度,进而促进其沉淀。
2. 活性生物降解:微生物通过酶促反应产生的还原剂,如硫化氢、亚硝酸等,可以将重金属离子还原为较不活跃的形态,从而实现去除。
3. 吸附和富集:微生物对重金属离子具有高度亲和力,可以通过微生物体内的表面及胞内沉积形态,将重金属吸附和富集。
三、微生物吸附与去除重金属的应用前景1. 环境修复:利用微生物对重金属的吸附和去除能力,可以有效地修复受到重金属污染的土壤和水体。
生物炭吸附废水中重金属离子的研究进展生物炭(biochar)是一种由生物质材料经过干燥、高温热解或炭化而制得的碳质产物。
由于其特殊的孔隙结构和化学性质,生物炭被广泛应用于吸附废水中的重金属离子。
本文将探讨生物炭在吸附废水中重金属离子方面的研究进展。
首先,生物炭的制备方法与性质对其吸附性能具有重要影响。
制备生物炭的原料种类、炭化温度和时间等因素会影响生物炭的孔隙结构和表面化学官能团的含量。
较高的炭化温度和时间能够使生物炭具有更多的微孔和介孔,提高其特定表面积和孔容,增加重金属离子的吸附位点。
此外,生物炭的表面官能团(如羟基、羧基和胺基等)也对重金属离子的吸附具有重要影响。
这些官能团能够与重金属离子形成氢键、配位键等化学键,增加吸附能力。
其次,生物炭对重金属离子的吸附行为受多个因素的制约。
pH值是影响重金属离子吸附的重要因素之一。
通常情况下,生物炭对重金属离子的吸附能力在酸性环境中较高,而在碱性环境中较低。
这是由于酸性环境下,生物炭表面官能团的负离荷有利于重金属离子的吸附。
此外,重金属离子的浓度、离子尺寸和电荷状态等也会影响生物炭对其吸附能力。
第三,各类生物炭对不同重金属离子的吸附能力存在差异。
研究表明,不同原料制备的生物炭对不同重金属离子的吸附能力存在显著差异。
例如,高炭化温度制备的生物炭更适合吸附铅离子,而较低炭化温度制备的生物炭则对镉离子的吸附效果较好。
此外,杏仁壳生物炭对铜离子的吸附性能更为突出,而竹炭则对镍离子的吸附效果较好。
因此,在实际应用中,应根据废水中重金属离子的特性选择合适的生物炭。
最后,生物炭的再生与废弃物资源化也是当前研究的热点。
当生物炭饱和吸附重金属离子后,可以采用各种方法对其进行再生,如酸碱洗法、电解法和生物修复等。
这不仅能够提高生物炭的重复利用率,还能够回收废弃物中的重金属离子。
因此,生物炭的研究不仅有助于净化废水,还具有环境保护和资源回收的双重效益。
综上所述,生物炭作为一种新型的吸附材料,在废水处理中具有良好的应用前景。
重金属离子在水中的吸附行为研究重金属污染是工业生产和人类文明发展所带来的一大污染问题。
随着经济的发展,人们对环境保护的意识也逐渐增强,对重金属污染的研究也越来越深入。
重金属离子在水中的吸附行为是研究重金属污染防治的重要方向之一。
一、什么是重金属离子重金属是指相对于其他元素来说密度较大的金属元素,如铁、铜、锌、镉、铅、汞、铬等元素。
重金属在自然界中广泛存在,它们的存在形式有溶解态,固体态和生物态。
而重金属离子则指重金属元素失去了电子后所得到的,具有电荷的离子。
重金属离子对环境和生物的危害性很大。
其毒性和累积性使得人们特别关注它们对环境和生态系统的影响。
当重金属达到一定浓度时,会对人体健康产生严重的影响,如影响神经系统、血液系统和呼吸系统等。
二、重金属离子在水中的吸附行为重金属离子可以在水体中存在两种状态:游离态和络合态。
其中,由于其毒性,游离态重金属离子对环境和生物的影响比络合态更大。
因此,对游离态重金属离子的去除和控制尤为重要。
水体中,重金属离子的去除可以通过物理方法、化学方法、生物方法和吸附方法等来实现。
而重金属离子的吸附行为是各种方法中较为重要且广泛研究的一种。
因为吸附法具有处理量大,技术简单,成本低等优点,并且可以按需选择吸附剂进行处理。
吸附剂是一种能与重金属离子相互作用,形成稳定的化合物的物质。
通常用于重金属离子吸附的吸附剂包括活性炭、离子交换树脂、磁性吸附剂、生物吸附剂和天然吸附剂等。
这些吸附剂均有不同的吸附吞噬率、吸附速度、稳定性和再生性等特点。
吸附剂的吸附行为受多种因素的影响,如吸附剂表面性质、pH值、温度、离子强度和离子交互作用等。
三、吸附剂表面性质对重金属离子吸附的影响吸附剂表面性质是影响吸附效果的主要因素之一。
表面性质包括吸附剂的化学成分和结构形态,如孔径大小、比表面积和表面电荷等。
化学成分是吸附剂表面性质中最主要的因素之一。
例如,吸附剂中包含硫基官能团的有机蒙脱土可以有效吸附镉离子和铅离子。
吸附剂在处理重金属废水污染中的研究与应用1重金属的来源,危害及处理方法1.1重金属的来源重金属的来源很广泛,图1.1介绍了重金属污染的几种来源,其中包括冶炼过程[1],通过燃料燃烧产生的废气[2],由于泄漏、排放污水、丢弃垃圾引起的污染,以及来自陆地系统的地表径流,还有污水灌溉和垃圾淋溶而发生金属的累积等。
另一方面,污染了的水体又通过许多途径而造成陆地生态系统的金属污染,例如通过灌溉、疏浚作业和生物体的运动等方式。
1.2重金属的危害重金属通常是指在环境污染和农产品生产中生物毒性显著的一些元素一般是指汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和类金属砷(As)等,也包括一些具有一定毒性的其它重金属元素,如锌(Zn)、铜(Cu)、钴(Co)、镍(Ni)、锡(Sn)等[3]。
虽然有些元素如铜、钴、锌等是人体和其它生物体所必需的微量元素,但是这些元素在人体和农产品生长过程中的适宜阈值范围却很窄。
通常,小于最低阈值就会出现缺素症,从而影响机体的某些生理功能;但若大于最高阈值,就会对生物体产生某些毒害作用。
近年来,重金属所引发的化学污染及环境问题得到了广泛的关注,重金属易于通过食物链的生物放大效应在生物体内积累[4],其毒性亦随形态的不同而不尽相同,而且生物降解作用并不能消除重金属。
重金属对水体和环境的污染也对农产品的健康生产造成了威胁,由于植物的遗传特性和生长特性的不同,不同的农作物对重金属离子的吸收和富集等特点也具有显著的差异性。
植物对重金属的吸收和土壤中重金属的含量、理化性质、重金属在土壤中的赋存状态与植物的种类、生长的周期、大气环境质量、化肥、以及灌溉水等因素密切相关。
而重金属元素在环境和生物体中迁移转化具有如下特点:1. 排入水体中的重金属离子的浓度即便很低,但其毒性却长期地存在,而且水体中的某些重金属离子能与水中的微生物作用,从而可能转化为具有更强毒性的金属有机化合物,如无机的汞可在水体中通过与微生物的作用转化为具有很强毒性的有机汞。
中国微污染水源水处理技术研究现状与进展1. 本文概述随着工业化和城市化的快速发展,我国水源污染问题日益严重,尤其是微污染水源水的问题已成为制约饮用水安全的关键因素。
微污染水源水指的是受到轻度污染,但仍具有一定的使用价值的水源,如含有微量有机物、氨氮、重金属等污染物的地表水、地下水等。
研究和发展微污染水源水处理技术,对于保障我国饮用水安全、促进水资源可持续利用具有重要意义。
本文旨在全面概述中国微污染水源水处理技术的研究现状与进展。
文章将介绍微污染水源水的特点及其处理技术的重要性。
将重点分析当前国内在微污染水源水处理领域的主要研究内容,包括物理法、化学法、生物法等各类处理技术的原理、优缺点及适用条件。
文章还将探讨新兴技术在微污染水源水处理中的应用前景,如高级氧化技术、纳米技术、生物膜技术等。
本文还将对未来微污染水源水处理技术的发展趋势进行展望,以期为我国在这一领域的研究和实践提供有益的参考。
1.1 微污染水源的定义与特征微污染水源是指水质中存在的污染物浓度相对较低,但因为污染物种类繁多、毒性较大或难以降解等特点,对人类健康和生态环境构成潜在威胁的水源。
这类水源通常包括经过初步处理的城市污水、工业废水以及受到农业面源污染的地表水和地下水。
在定义上,微污染水源并没有一个统一的标准,但一般认为其化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)等指标低于常规污染水体,但含有较高浓度的有机污染物、重金属、药物残留、激素等难以通过常规水处理工艺有效去除的污染物。
污染物种类多样:除了常规的有机物、无机物外,还包括内分泌干扰物、药物残留、个人护理产品等新兴污染物。
污染物浓度低:微污染水源中的污染物浓度通常较低,难以通过传统的监测技术进行检测。
污染物毒性大:微污染水源中的某些污染物虽然浓度不高,但具有较高的生物毒性和生态风险。
污染物难以降解:部分污染物具有较好的稳定性,难以通过自然降解或常规的物理化学方法去除。
影响范围广:微污染水源可能影响到饮用水安全、农业灌溉、工业用水等多个方面,对人类活动和生态环境产生广泛影响。
利用生物解决方法治理重金属污染引言随着工业的发展和城市化进程加快,重金属污染成为当今社会面临的严重环境问题之一。
重金属污染对人类健康和生态系统的影响十分严重。
以往的治理方法主要依赖于物理、化学等传统手段,然而这些方法存在着效果有限、成本高昂和产生二次污染等问题。
因此,利用生物解决方法治理重金属污染成为一种新的研究方向。
一、生物吸附技术生物吸附技术是利用生物体吸附重金属离子的能力来净化污染物。
生物吸附技术具有成本低、效果好、易操作等优点。
市场上已有许多以生物材料为基础的吸附剂产品可以用来治理重金属污染。
常用的生物吸附材料包括海藻、菌类和废弃植物等。
二、生物浸出技术生物浸出技术是指利用微生物产生的溶解剂和酸性物质溶解重金属污染物,使其变为可溶性或可稳定的化合物,便于移除。
生物浸出技术具有环境友好、能耗低等特点。
常见的生物浸出剂有酸性菌、抗生素和细菌菌液等。
生物浸出技术在金属矿床开采、矿渣处理以及废弃物处理中广泛应用。
三、生物还原技术生物还原技术是一种利用微生物的还原作用使重金属离子还原成无毒的金属形态的方法。
此技术具有高效、低成本、无二次污染等优点。
在原位重金属污染治理中,通过加入特定的还原菌群,将重金属离子还原成金属颗粒或以沉淀形式存在,从而减少污染物在环境中的迁移。
四、生物固化技术生物固化技术是一种利用微生物在骨架结构中生长形成胶结材料,将重金属稳定在矿物质中的技术。
生物固化技术具有良好的稳定性和可持续性,能够将重金属固化在生物材料中,防止其再次释放。
这种技术可以应用于废弃物处理、土壤修复和水体净化等领域。
结论利用生物解决方法治理重金属污染是当前环境保护领域的研究热点。
生物吸附、生物浸出、生物还原和生物固化等技术的应用已经取得了一定的研究成果。
然而,目前这些生物解决方法在实际应用中仍存在着一些挑战,例如生物材料的选择、菌株的筛选和适应性等问题。
未来的研究应该进一步加强对生物解决方法的优化和改进,以提高重金属污染治理的效率和可持续性,为保护环境做出更大的贡献。
第 50 卷 第 3 期2021 年 3月Vol.50 No.3Mar.2021化工技术与开发Technology & Development of Chemical Industry废水中重金属离子吸附材料的研究进展刘海龙1,郭存彪2,何璐红1,赵 扬1(1.河南应用技术职业学院化学工程学院,河南 郑州 450000;2.河南心连心化学工业集团股份有限公司,河南 新乡 453000)摘 要:自然界中的重金属离子会在生物体中富集和迁移,不会被降解,对人体和环境构成了严重危害。
因操作方便、选择性高等优点,吸附法处理重金属离子的应用非常广泛,吸附材料是目前的研究热点。
本文综述了天然高分子吸附材料、多孔吸附材料、生物吸附材料等新型吸附材料的研究进展,对其发展前景和研究方向做了展望。
关键词:重金属离子;吸附材料;废水中图分类号:X 703.1 文献标识码:A 文章编号:1671-9905(2021)03-0051-04基金项目:河南省软科学研究项目 (202400410196);2019年河南省教科规划一般课题 (2019-JKGHYB-0431,2018B-KJ-06,2020-KJ-25)作者简介:刘海龙(1988-),男,汉族,河南周口人,硕士研究生,讲师,研究方向为功能复合材料,化工装备开发。
E -mail:**************************收稿日期:2020-12-15随着工业的迅猛发展,重金属废水的排放量越来越大。
重金属离子不能被降解,会在生物体内不断富集、转移,对人类和环境构成危害,因此处理和回收重金属离子对于人类生存和环境保护的意义重大[1]。
吸附法通过吸附剂的离子交换、静电作用和表面络合,对废水中的重金属离子进行吸附,达到去除的目的[2],其优点在于去除效率高、经济性能好、设计与操作灵活[3],因此吸附法是目前应用最广泛的重金属离子处理技术之一。
1 天然高分子吸附材料1.1 纤维素自然界中的纤维素含量丰富,价格低廉,具有无毒、无污染、可降解等优点。
近年来,由于人类活动的影响,如生活污水、工业废水、农业污水等含有重金属离子的污水未经适当处理即向外排放,使地表水的重金属污染问题日趋严重。
岳霞等[1]对我国七大主要水系重金属污染现况的调查发现水系中的重金属含量呈现逐渐增加的趋势,尤其是靠近城市、工业地区的水域重金属污染率高达80%以上。
在破坏生态系统的同时,重金属离子经由食物链的富集或饮水等途径进入人体,从而引发各种疾病,对人类健康造成直接或间接的危害[2]。
重金属污染因其特殊的化学特性成为目前国内外最为棘手的水环境污染问题,其修复处理方式引起了相关科研领域的重视,需迫切研究出一种廉价实用的治理方法。
据统计,目前常用的重金属废水处理方法有化学沉淀法、离子交换法、电化学法、膜过滤等[3]。
与这几种处理方法相比,生物吸附法作为新兴的水体重金属污染处理方式具有效率高、成本低、价格低廉、吸附迅速、废弃物便于储存与分离等特点受到人们的广泛关注[4-5]。
生物吸附法,又称接触稳定法或吸附再生法,属于活性污泥法的一种[6],指利用生物本身的特性,通过表面络合、离子交换、静电吸附、氧化还原、酶促作用等机理来实现将水体中的重金属离子分离出来的方法[7]。
生物吸附法起作用的关键因素是生物吸附剂,生物吸附剂根据其来源主要可分为两大类:微生物和农业废弃物。
微生物包括细菌、真菌、藻类等,农林废弃物则包括植物木屑、树皮、香蕉皮、橘子皮等[8]。
本文就近年来以微生物和农林业废弃物为代表的生物吸附剂对水体中的重金属离子的吸附特性及影响因素进行系统归纳,并对其未来的发展做出展望。
1 微生物微生物是指个体难以用肉眼观察的一切微小生物的统称,包括细菌、病毒、真菌、和少数藻类等,但也有一些肉眼可见,如大型真菌蕈菌等。
而微生物吸附法是指能有效地从水体或气体中吸附、分离或去除某些成分的微生物或其衍生物,它是生物吸附重金属技术的一种重要方法。
其吸附剂包括多种细菌、真菌、霉菌和微藻等。
微生物吸附剂处理重金属废水实质上是利用这些微生物材料及其生理代谢活动的产物吸附、转化、积累和去除废水中的重金属,并通过化学、物理等不同方法使重金属从吸附剂上解吸、释放出来,从而实现吸附剂的再生和重金属的分离和回收[9]。
1.1 细菌细菌是指一类细胞细短(直径约0.5 μm,长度0.5~5 μm)、结构简单、胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖和水生性较强的原核生物。
细菌具有种类繁多、广泛分布、表面积大、带电、繁殖快、代谢旺盛等特点,是环境中重要的一类微生物[10]。
细菌表面负载电荷并存在多种极性官能团,可通过静电吸附和各种官能团的络合作用固定重金属离子,可在受重金属污染的水体中长期生活,产生相应的抗体,对重金属有一定的耐性。
此外细菌可以通过一系列的生物化学反应改变重金属的形态,使有毒的重金属转变为低毒或无毒,从而降低或除去水体中的重金属离子。
现实环境中大多是多种金属离子共存,王泽煌等[11]学者的研究发现:细菌能够与多种重金属离子发生体内转换,将高毒离子转变成低毒或无毒,该研究突破了目前单一金属被吸附的研究。
在影响吸附因素方面,杨玉doi:10.3969/j.issn.1004-275X.2018.07.033生物吸附法处理水体中重金属离子的研究进展杨 倩1,2(1.钦州学院海洋学院,广西 钦州 535000;2.广东海洋大学化学与环境学院,广东 湛江 524000)摘 要:鉴于重金属对水体污染的严重影响,有效处理水体中的重金属离子具有重要的意义。
介绍了近年来利用生物吸附法处理水体重金属污染的研究进展。
并分别阐述了近年来细菌、真菌、藻类、橘子皮等生物吸附剂对重金属废水处理的最新研究成果,同时对生物吸附法处理重金属废水的发展方向进行了展望。
关键词:重金属;水体污染;生物吸附剂中图分类号:X703.1 文献标识码:A 文章编号:1004-275X(2018)07-076-04Advances in biological adsorption treatment of heavy metal ions in waterYang Qian1,2(1.College of Oceanography,Qinzhou University,Qinzhou 535000,China;2.College of Chemistry and Environment,Guangdong Ocean University,Zhanjiang 524000,China)Abstract:In view of the serious influence of heavy metals on water pollution,it is of great significance to treat heavy metal ions in water effectively.This paper reports the biosorbent research progress in heavy metal pollution treatment in recent years.And the recent studies of bacteria,fungi,algae,orange peel and other biological adsorbent in heavy metal wastewater treatment were also systematically evaluated.Meanwhile,the future development direction of heavy metal wastewater treatment using biosorbents was also discussed.Key words:Heavy metal;Water pollution;Biosorbents·76·双等[12]利用重金属抗性细菌C.gilardii CR3吸附重金属Cu2+,研究pH、初始Cu2+浓度和吸附时间对C.gilardii CR3吸附Cu2+的影响,通过对实验数据进行后期的拟合处理发现C.gilardii CR3对Cu2+吸附量随pH的增加而增加,最适的pH为5.0,实际最大吸附量是18.33mg/g完全符合等温吸附和动力学模型。
除此之外,喻涌泉等[13]通过研究发现硝基还原假单胞菌在pH值为4~8范围内能有效吸附Cd2+,并且可以耐受200mg/L重金属Cd2+浓度。
另外,关晓辉等[14]将浮游球衣菌负载在纳米Fe3O4上制成符合吸附剂,研究浮游球衣菌对Cr6+的吸附性能,结果表明pH值在2~3之间时,该吸附剂对Cr6+的单位吸附量达到了0.0217mmol/g。
1.2 真菌真菌是一种单细胞或多细胞异养真核微生物,无叶绿素、有发达的菌丝体、细胞壁含几丁质和纤维素,陆生性较强。
真菌包括单细胞真菌如酵母菌、丝状真菌如霉菌和大型子实体真菌如蕈菌。
大部分真菌都可用于工业生产,发酵工业废弃物为我们提供了大量的真菌,真菌易于生长、产量高、较容易进行基因操作和改性[15],目前真菌吸附剂主要是酵母菌和霉菌。
有研究表明,柠檬酸改性酵母表面有羧基(—COOH)、氨基(—NH2)、羟基(—OH)等多种官能团,随着pH的增大,吸附剂表面带负电荷的基团对重金属的吸附量也随之增大[16]。
曲娟娟等利用工业发酵产生的黑曲霉废弃菌丝体作为吸附剂,在模拟试验中对Pb2+的吸附率高达94.2%,表明废弃菌丝体可用作吸附剂去除废水中Pb2+[17]。
酵母菌对水体重金属离子的吸附过程是最典型的生物吸附过程。
啤酒酵母是一种性能良好的处理废水重金属离子的吸附剂,它是啤酒发酵过程中的废弃物,廉价易得,易于提取,并且可对重金属进行回收利用,是一种具有极大潜力的微生物吸附剂[18]。
近年来已有多篇相关研究文章发表,2014年王晟楠等从啤酒酵母细胞的吸附机理、吸附过程中的处理手段、啤酒酵母细胞吸附重金属离子的应用等三方面讨论了啤酒废酵母对废水中重金属的吸附作用[19]。
马迎春的研究采用啤酒酵母菌及柑橘皮作为原料,用氢氧化钠分别将其改性后,采用固定化技术制备了三种有效吸附重金属的吸附剂,发现海藻酸钙同时固定柑橘皮及啤酒酵母菌复合吸附剂(OPSCA)在试验条件相同的情况下,对Cu2+的吸附量最大,说明复合吸附剂对Cu2+的吸附效果要高于单一吸附剂[20]。
但目前国内对啤酒酵母菌的水体重金属吸附研究主要处于实验室研究阶段,还不能大规模应用于实际生产生活中。
因此需要加强对吸附工艺的研究,改善固定化技术,强化吸附过程的热力学及动力学的研究。
2 藻类藻类是指具有叶绿素、能进行光合作用,营自养生活的无维管束、无胚的叶状体植物是原生生物界一类真核生物,(有些也为原核生物,如蓝藻门的藻类)。
海藻因其来源广泛、易于获得而且吸附容量大等优点,一直都是备受关注的生物金属吸附剂。
大量研究表明,大型海藻对多种重金属的吸附表现出较强的能力,研究的红藻、绿藻、褐藻三大藻类中,褐藻的吸附容量是最大的,研究也是相对最多的[15]。
李晓婷等研究发现,非活体羊栖菜在35℃时 Langmuir 吸附模型拟合下,对Cu2+、Cr6+、Cd2+、Ni2+的最大吸附容量分别为108.22mg/g、85.76mg/g、76.74mg/g、68.11mg/g,尤其是对Cu2+的吸附容量最大[21]。
聂利华等认为拟柱胞藻干藻粉,在Cu2+、Ag+、Cr6+、Pb2+、Co2+、Hg2+及Ni2+中,对Pb2+的吸附能力最强,吸附量高达22.23mg/g[22]。
何锦强利用尿素同乙二醛对海藻进行改性增加藻类细胞壁上的吸附活性点,发现改性后的海藻对Cr6+的吸附效果最好同时增加的海藻量越多对重金属的吸附效率越高[23]。
此外,多项研究表明,微藻对重金属离子也有很强的吸附能力。
方祥等用砷离子从低浓度到高浓度驯化小球藻等微藻后,发现经过驯化的微藻比未驯化的微藻吸附重金属的能力提高了70%左右,而且其对重金属的耐受能力也有很大的提高[24]。
胡琴等研究者试验发现蛋白核小球藻、月牙藻、鱼腥藻这三种微藻对Cd2+的最大吸附量分别为23.8、23.2、18.1mg/g[25]。
周旭东等也发现多数微藻对Cd2+均有较强的吸附能力[26]。
董龙香在研究波吉卵囊藻对Cd2+的吸附中发现,灭活藻体吸附效果在总体上要优于新鲜藻体[27]。
然而孙辉研究发现在相同条件下,活性小球藻对Cd2+的吸附效率要高于死亡小球藻,且小球藻对Cd2+的吸附过程属于吸热过程,在20~30℃温度范围内,提高温度有利于提高其吸附能力[28]。
而郝群华在对一大型绿藻吸附Pb2+、Cd2+、Cr6+研究中发现与活体藻相比非活体藻对重金属离子的吸附率更大[29]。