第四章 应用(一)生物吸附

微生物吸附技术

在治理工业废水中重金属离子的应用

1 主要内容 一、前言 二、试验材料和方法 三、草分枝杆菌对重金属离子吸附规律研究 四、苦味诺卡氏菌对重金属离子吸附规律研究 五、细菌吸附重金属离子机理研究 六、重金属的微生物吸附技术应用基础研究 七、结 论 2 一、 电镀行业重金属废水 1、含铜废水： 酸性镀铜过程的废水中含铜浓度在100 mg/L以下，pH值为2~3； 焦磷酸镀铜过程的废水含铜浓度在50 mg/L以下，pH值在7左右。 2、含锌废水 ： 碱性锌酸盐镀锌过程的废水中含锌浓度在50 mg/L以下，pH值为9； 钾盐镀锌过程的废水中含锌浓度在100 mg/L以下，pH值为6左右； 硫酸锌镀锌过程的废水中含锌浓度在100 mg/L以下，pH值为6~8； 氨盐镀锌过程的废水中含铜浓度在100 mg/L以下，pH值为6~9。 3、含镍废水 ： 一般废水中含镍浓度在100 mg/L以下，pH值在6左右。 4、含铬废水： 一般废水中含六价铬浓度在200mg/L以下，pH值为4~6。

重金属废水来源（一） 3 参看： 安成强，崔作兴. 电镀三废治理技术 [M]，北京：国防工业出版社，2002，33～269. 三、其他行业的重金属废水

染料行业排放的废水含有铅、铜、砷、镉等， 陶瓷行业排放的废水含有砷、铬等， 墨水制造业排放的废水含有汞、铅、铜、镍、镉等， 照相行业排放的废水含有银、铅、铜、铬、镉等， 造纸行业排放的废水含有铬、汞、铜、镍等， 制药行业排放的废水含有铜、铁、汞、锡等， 肥料行业排放的废水含有汞、铬、铅、铜、砷、镉、镍等， 氯碱制造业排放的废水含有铅、铜、砷、镉等， 涂料行业排放的废水含有铅、钛、锌、铬等， 玻璃行业排放的废水含有钼、铅、镍、钡等， 纺织行业排放的废水含有汞、铬、铅、镍、砷、镉等。 重金属废水来源 （三） 4 二、 钢铁和有色金属冶炼和采矿重金属废水

采矿和冶炼需耗用大量的水， 其排放的废水中重金属离子成分比较复杂，因大部分有色金属和矿石中有伴生元素存在，所以废水中一般含有汞、镉、砷、铅、铜、锌等。

以葫芦岛锌厂为例，其废水排放量为每年21.9万吨。废水中含有Zn、 Hg、Cu、Cd等，从生产线下来的废水重金属离子浓度为，Zn 153.00 mg/L、Hg 0.87 mg/L、 Cu 4.45 mg/L、Cd 18.70 mg/L（引自 2002 年葫芦岛锌厂西部污水处理站污染情况表）。

重金属废水来源 （二） 5 国标GB－8978－1996 污水综合排放标准中明确规定了重金属 最高允许排放浓度。

其中Hg2+、Pb2+、Ni2+、Cr(VI)、Cd2+为国标规定的第一类污染物， 即能在环境或动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响的污染物； 而Cu2+、Zn2+为第二类污染物，是指其长远影响小于第一类的污染物质。

重金属最高允许排放浓度 重金属 污染物 Hg Pb Ni Cd Cr Zn Cu 最高允许排放浓度 （mg/L ）

0.05 0.05 1.0 0.1 1.5 5.0 2.0

6 一、化学法：化学沉淀法、氧化还原法、铁氧体法。

二、离子交换树脂法 三、电解法 四、膜分离技术：电渗析、反渗透、液膜分离技术等。 五、蒸发浓缩法 六、吸附法：有腐殖酸树脂吸附法、 斜发沸石吸附法、麦 饭石吸附法、硅藻土吸附法、膨润土吸附法、 活性炭吸附法、生物吸附法等。

治理重金属废水的各种技术 7 辽宁省是国家重工业生产基地，有着石油化工、冶金、建材、造纸和电力等传统基础产业。多少年来这些企业为国家及辽宁省经济的发展做出了贡献；但是在发展的同时，也给环境带来了严重的污染。针对辽宁省水体污染现状，解决实际问题，提出了治理重金属水污染的课题。 急需解决的实际问题 8 如今人们比以往任何时候都更加崇尚自然、善待自然，与环境相协调的绿色理念已经渗透到新技术的开发中。

微生物吸附作为治理重金属污染的一项新技术，由于其环保特色而有着其他技术所不可比拟的独特优点。 选择微生物技术的原因 9 为什么选择生物吸附技术? 微生物吸附技术的特点 与常规的技术相比，微生物吸附技术， 具有以下优点： （1）可以选择性地去除某种重金属离子； （2）处理效率高，不引起二次污染； （3）pH值范围较宽； （4）易于分离回收金属。 10 生物吸附研究与应用概况 生物吸附技术是利用廉价的生物细胞体吸附重金属离子，从而达到去除水体中有害重金属离子的目的。

生物吸附概念最早是由Ruchhoft在1949年提出来的，它利用活性污泥去除水中的放射性元素钋（Pu）。

11 生物吸附重金属研究的真正兴起还是在二十世纪八十年代. 1982年Teszos的研究指出少根根酶（Rhizopus arrhizus） 对钍和铀有很高的吸附量； 1984年Hosea等人发现普通小球藻（Chlorella vulgaris） 对Au3+有很高的亲和力； 1986年Norbeng等人发现动胶菌（Z. ramigera）对 Cu2+ 具有较高的选择性吸附能力； 生物吸附研究与应用概况 12 从上个世纪九十年代到现在，国内外有关这个领域的研究发展很快。 生物吸附材料不断涌现: * Holan Z R 等人用褐藻（A. nodosum）吸附Co2+； * Huang Chinpin用米曲霉（A.oryzae）吸附Zn2+； * Volesky用Saccharomyces cerevisiae吸附Cd2+； * 牛慧等人利用非生长产黄青霉素对重金属离子的吸附； * 李清彪等人研究了用Phanerochaete chrysosporium菌对Pb2+的吸附； * 刘月英等人用Bacillus licheniformis菌吸附Pd2+； * 刘瑞霞等人研究了用Micrococcus luteus菌吸附Cu2+。 生物吸附研究与应用概况 13 生物吸附机理研究不断深入:

* Treen－Sears认为微生物对金属的吸附于其细胞壁含有 的磷酸基与羧基的比例有关，并认为在快速吸附过 程中，离子交换起了主要作用。 * Muraleedharan等通过试验同样说明了几丁质和蛋白质 在吸附过程中的不同角色，而且指出带有自由基的 细胞壁介质才是在吸附过程中起最重要作用的物质。 生物吸附研究与应用概况 14 目前，生物吸附技术的研究还只是处于实验室阶段，在实用化和工业化过程中还存在着许多有待进一步深入研究的问题。 生物吸附研究与应用概况 15 为了使生物吸附金属技术推广应用，还必须考虑以下一些因素：

（1）如何进一步提高生物吸附剂的吸附效率； （2）生物吸附剂应易于得到； （3）降低吸附剂的制造成本； （4）吸附剂应使用方便，易于操作等。 生物吸附技术的存在的问题 16 试验材料

Mycobacterium phlei，草分枝杆菌，代号为AS. 4.1180； Norcardia amarae，苦味诺卡氏菌，代号为AS. 4.1126； 啤酒酵母泥:试验用啤酒酵母泥，由沈阳雪花啤酒厂提供； 硅藻土: 吉林长白硅藻土。 二 试验材料和方法 17 微生物培养方法 微生物量的计量方法 细菌的革兰氏染色法 细菌生长曲线的测定方法 细菌对重金属耐性试验方法 吸附过程中常见离子的释放试验 重金属离子分析方法 试验方法（1～13） 18 吸附试验方法 金属离子去除率Q计算方法 微生物吸附负载量L计算方法 细菌的ζ电位测定方法 细菌的 红外光谱测定方法 扫描电镜生物样品的制备方法

试验方法 19 按照这些实验方法可以重复我们的实验. 草分枝杆菌

对 Hg2＋、Pb2＋、Cu2＋、Zn2＋、Ni2＋ 的吸附规律研究 三 试验结果 20 草分枝杆菌 草分枝杆菌自然显微形态 （图中标尺为500 nm） 草分枝杆菌(Mycobacterium phlei)

属原核生物界，细菌门，放线菌目 （Actinomycetales），分枝杆菌科 （Mycobacteriaceae）， 草分枝杆 菌属（Mycobacterium） 。 21 草分枝杆菌的生长曲线 22 草分枝杆菌不同生长时期 对重金属离子的吸附效果影响 2+

2+ 2+ 2+ 2+ 23 吸附时间对吸附效果的影响 2+

2+ 2+ 2+ 2+ 24 溶液pH值对吸附效果的影响 2+ 2+ 2+

Ni 2+ Cu2+ 25 温度对吸附过程的影响 Hg2+ Pb2+ Cu2+ Zn2+ Ni2+

26 草分枝杆菌 对不同初始浓度重金属离子的吸附能力 Pb2+ Hg2+ Cu2+ Zn2+ Ni2+

27 四 试验结果 苦味诺卡氏菌

对 Hg2＋、Pb2＋、Cu2＋、Zn2＋、Ni2＋ 的吸附规律研究 28 苦味诺卡氏菌 苦味诺卡氏菌（Nocardia amarae）， 原核生物界，细菌门，放线菌目 （Actinomycetales），诺卡氏菌科 （Norcardia），诺卡氏菌属 （Nocardia）[51]。

苦味诺卡氏菌自然显微形态 （图中标尺为500 nm） 29 苦味诺卡氏菌的生长曲线 30 苦味诺卡氏菌不同生长时期 对重金属离子的吸附效果影响 Hg2+ Pb2+ Cu2+ Zn2+