微生物絮凝剂处理重金属废水的研究进展

微生物絮凝剂处理重金属废水的研究进展

摘 要：我国工业随着经济的飞速发展，各种废水尤其是工业废水的排放量显著增加。如何高效处理重金属废水，保护水资源成为了目前广泛讨论的热点话题。通过对重金属废水处理方式的对比，发现利用微生物絮凝剂处理重金属废水的效果好且不易产生二次污染，作为一种天然的高分子新型水处理剂，价格低廉，对生态环境友好，且对人体及生态环境无毒。微生物絮凝剂具有高效、无二次污染的特性，目前已成为绿色净水剂研究的热点之一。本文主要介绍目前处理重金属的方法以及微生物絮凝剂特点及其对重金属废水的处理，并对利用微生物絮凝剂处理重金属废水的研究发展进行展望。

关键词：水处理；微生物絮凝剂；重金属；无污染

微生物絮凝剂属新型的天然高分子水处理剂，可以克服其他絮凝剂所存在的缺陷[1]。利用微生物发酵产生代谢产物来制备的微生物絮凝剂，具有高效、无二次污染的特点[2]。微生物絮凝剂的使用效果比有机高分子絮凝剂以及无机絮凝剂更为显著，并且无毒无味，有着非常可观的市场空间与发展前景[3-4]。重金属废水对生态环境以及人体健康都会造成严重危害。废水中的重金属污染物不能被轻易降解，且毒性长期存在，只能改变其状态通过吸附，或与阴离子配体形成配合物或螯合物，从水体中分离出来。絮凝剂通过将废水中的重金属离子转移到絮凝物质中的方式去除污染物，而有的絮凝剂由于本身性质容易造成二次污染。因此，在综合考虑环境和生态效益的基础上，选用生态友好型微生物絮凝剂处理重金属废水，通过微生物絮凝剂对重金属离子的吸附性，实现重金属废水的处理[5]。

2 重金属废水

2.1 重金属废水的危害 由于社会的经济飞速发展，工业化水平快速提高，一些工业产生的重金属废水对水体的污染日益严重。重金属污染物具有潜在危害性，不易被水中的微生物降解，对生态环境和人类健康有危害严重。重金属可以通过诸多方式和途径进入到水体中，受重金属污染水体的底泥也会因重金属的沉降而污染。重金属在水体内受到条件影响发生独特理化反应，与水体中的物质进一步相互作用。另外，进入人体的重金属会导致体内的蛋白质和酶受损，失去应有的活性，进而导致人体受到严重的伤害[6]。

2.2 重金属废水的处理现状

重金属有很强的稳定性，不能像有机污染物一样被降解，只能将重金属离子从水中转移出来或者将毒性强的重金属离子转化成毒性弱的存在形式，来治理水中的重金属离子，降低重金属的毒性或浓度、降低对环境的危害[7]。目前国内外采取的去除水中重金属离子的方法基本相似，种类较多，各种重金属污染废水的治理方法主要分为3类：

2.2.1 化学法

（1）化学沉淀法

化学沉淀法是目前处理重金属离子最有效且使用最为广泛的一种方法[8]。向污染水体中投加碱性药剂使得水体pH上升导致重金属离子发生沉淀，还可以通过投加硫化物和碳酸盐等化学药剂使得重金属离子形成难溶物而从水中取出。

（2）氧化还原法

投加一定量的氧化剂或者还原剂，使废水中的重金属离子产生氧化还原反应，转换为较小的价态或者使其更易生成沉淀。此方法的优点是操作简便易回收，但处理过程中容易产生废渣，耗能大且处理量小。

（3）电化学法

电化学法主要应用于处理高浓度的重金属离子，例如中、小型电镀厂的排水治理。基本原理是通过电解使改变重金属的价态，使其还原成为毒性低的低价态离子形式，然后浓缩沉淀，降低它在水中的浓度，实现水中重金属污染的有效治理。

2.2.2 物理化学处理法

（1）离子交换法

此方法是使得水环境中的重金属离子通过离子交换而从水中转移出去，去除效率高，出水水质好，而离子交换效能主要取决于树脂的性能。离子交换法具有很强的选择性，可以从多种重金属离子共存的废水中选择性地去除目标重金属离子。

（2）溶剂萃取法

溶剂萃取法对普通重金属离子以及放射性的金属（如 Bi(III)和Po(IV)等）有较好的分离富集效果。主要是利用金属离子在水相和萃取相中的溶解度或分配系数的不同，使金属离子从水相转移到萃取相中而被分离。

（3）膜分离法

膜分离法是重金属污染治理领域的新型技术。膜分离技术的核心就是膜组件，主要是通过膜组件的筛滤和选择作用将目标污染物从水中选择性地隔离出去。

2.2.3 生物处理法

植物修复法成本低，实施较简便，不仅去除重金属离子还能美化环境。然而，植物修复法因其植物生长的限制使得治理周期长，对于重金属离子的选择性很强，不具有普适性，而且出水水质不是很理想。

生物吸附法利用生物体本身或其衍生物对水中重金属离子发挥生物吸附作用而将其从水中去除[9]。但机械强度弱、化学稳定性差，且操作复杂，限制了其广泛使用。生物处理法还停留在实验室研究阶段。

由于重金属废水成分复杂，且难以去除，不同的处理技术各有优缺点。缺点主要为处理效果不好、水质差、处理剂使用量大、价格昂贵，残渣不稳定、回收难。因此在废水处理领域，无毒无害、对环境无影响、成本低、效率高的水处理剂的开发和应用具有重要意义[10]。

3 微生物絮凝剂研究现状

微生物絮凝剂现已被用于处理印染废水、畜产及屠宰废水、食品工业废水、含油废水、重金属废水及污泥脱水处理等环境领域，还被应用于原水的处理、建材废水的处理、垃圾渗滤液的处理、膨胀活性污泥的处理等诸多方面，正逐步向新领域发展[11]。

4 微生物絮凝剂对重金属废水研究现状

谢玉清[12]等用类芽孢杆菌属的一个新种制备絮凝剂对Pb2+、Hg2+的去除效果较好。华景秋[13]发现在高盐条件下芽孢杆菌生产的微生物絮凝剂对Pb2+、Cr6+、Cu2+的最大吸附容量分别为485.09 mg/g、175.86 mg/g、205.18 mg/L。陈婷[14]利用多糖型微生物絮凝剂对水中重金属进行处理，发现该微生物絮凝剂能优先吸附Pb2+。

张云[15-16]等利用污水处理厂里产生的脱水污泥为原料，通过超声波细胞破碎制备微生物絮凝剂，探究去除Cu2+和Cr的效果。实验结果表明利用超声波细胞破碎制备的微生物絮凝剂在最佳条件下对以上两种重金属的处理效果较好。由于目前城市污水处理厂处理污水较多，得到的脱水污泥也较多，所以制备材料较廉价，制作微生物絮凝剂成本低，解决了投量大、成本高等缺点，同时此种方法的高效性与简洁性使得利用脱水污泥制备微生物絮凝剂有着很好的应用前景。

5 结论

目前重金属废水的治理是生态环境领域亟需解决的问题，传统处理重金属的方法存在一定的局限性，因而研究采用微生物絮凝剂吸附水中重金属。通过对重金属废水危害及目前处理重金属废水的局限性，为利用微生物絮凝剂去除重金属提供研究背景，同时考虑了目前微生物絮凝剂的研究现状，寻找出最高效、经济的制备微生物絮凝剂的方法并验证其对废水中重金属的去除效果。利用脱水污泥为原料通过超声波破碎制备微生物絮凝剂是目前安全高效且经济的方法，但此方法处理重金属所需的条件较严格且只针对Cu、Cr进行过探究，后续研究可以尝试通过改性等相关方法提高微生物絮凝剂对废水中重金属的去除率以及简化絮凝吸附的条件以及探究对其他重金属去除性能。

参考文献（References）：

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[6] 魏薇.生物复合型絮凝剂去除水中重金属离子的效能及机制研究[D].哈尔滨工业大学,2013.

[7] 魏薇.蛋白型微生物絮凝剂去除水中重金属离子的效能与机制[D].哈尔滨工业大学,2018.

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[10] 李凤达.微生物絮凝剂的制备及其对重金属度水的处理[D].东北大学,2014.

[11] 陈婷.多糖型微生物絮凝剂去除水中重金属离子的效能及机制[D].哈尔滨工业大学,2017.

[12] 谢玉清,茆军,张志东,等.一株产絮凝剂的类芽孢杆菌新种及絮凝特性研究[J].环境科学与技术,2014,37(4):7－10.

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[14] 陈婷. 多糖型微生物絮凝剂去除水中重金属离子的效能及机制[D].哈尔滨工业大学,2017.

[15] 张云,向地玖,等.一种新型微生物絮凝剂的制备及对Cu2+去除性能的探究[J].环境监测管理与技术,2020,32(1):53-55.

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