重金属废水处理技术调研报告

适应性广，能在不同pH值、温度及加工过程下操作；（2）选择性高，能从溶液中吸附重金属离子而不受碱金属离子的干扰；（3）金属离子浓度影响小，在低浓度（＜10mg·L-1）和高浓度（＞100mg·L-1）下都有良好的金属吸附能力；（4）对有机物耐受性好，有机物污染（≤5000mg·L-1）不影响金属离子的吸附；（5）再生能力强、步骤简单，再生后吸附能力无明显降低。

2.3.2.1细菌

细菌是地球上最丰富的微生物，许多研究表明细菌及其产物对金属离子有很强的配合能力。因其细胞壁带有负电荷，使得细菌表面具有阴离子的性质，金属离子能够与细胞表面结构上的羧基阴离子和磷酸阴离子发生相互作用而被固定，因而金属很容易结合到细胞的表面。

如类产碱假单胞菌（Pseudomonaspseudoalcaligenes）和藤黄微球菌（MicrococcusluteusGCsubgroupB）对金属离子具有较好的吸附特性，尤其是对Pb（Ⅱ）和Cu（Ⅱ）离子的吸附，其吸附量分别为Pb70mg·g-1、Cu38mg·g-1和Pb60mg·g-1、Cu41mg·g-1。光合细菌球形红细菌（Rhodobactersphaeroides）H菌株在最佳生长条件下对浓度为0～40mg·L-1的镉离子溶液去除率可达85%以上。

范瑞梅等研究发现克劳氏芽孢杆菌（BacillusclausiiS-4）可以有效吸附水溶液中的Zn2+，在pH4.5时的吸附容量为57.5mg·g-1，吸附平衡时间约为30min。通过吸附前后的红外光谱和扫描电镜能谱分析得知菌体表面上的化学官能团和金属离子发生了明显的变化，-OH、-NH4+、-COOH、-CO-NH-、-C6H5等官能团可能参与了吸附过程。

黄富荣等[19]的研究结果表明，红螺菌（R-04）在pH2.0、浓度为80mg·L-1Cu2+、35℃、微光厌氧下吸附45min，吸附率、吸附量分别达94%，48.08mg·g-1。

另外，从被废水污染的土壤中分离出的菌群因其尺寸小且具有高表面积体积比，因

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此与金属作用的接触面积大，正作为新型的吸附剂而兴起。 2.3.2.2真菌

真菌类微生物，如酵母、霉菌等，由于其菌丝体粗大、吸附后易于分离、吸附量大等特点，对于它们吸附金属的研究比较深入。霉菌和酵母能够吸附和积累重金属，这一特征既有以代谢为目的的主动金属离子吸附，也有细胞及其组成成分的化学补偿而引起的被动吸附和结合。

如酱油曲霉对Pb2+和Cd2+的吸附率分别为69.76%和72.28%，米曲霉则分别为60.64%和81.34%。张建梅等研究了发酵工业中常见的菌丝体——东京根霉对水中重金属离子铜、镍的吸附性能，在pH=5.0，温度为25℃，吸附时间为6h对铜的吸附率达到94.06%，最大吸附量为18.9mg·g-1；在pH=6.0，温度为25℃，吸附时间为4h对镍的吸附率达到80.2%，最大吸附量为16mg·g-1。

TamerAkar和SibelTunali研究了黄曲霉（Aspergillusflavus）从水溶液中吸附Pb2+和Cu2+的吸附性能，发现当pH为5.0±0.1时，Pb2+和Cu2+的最大吸附量分别为13.46±0.99mg·g-1和10.82±1.46mg·g-1，且用NaOH和二甲亚砜对黄曲霉进行预处理可以提高其吸附性能。

MelgarMJ等研究证明大孢蘑菇（Agaricusmacrosporus）可以有效吸附水溶液中的Zn2+，Cu2+，Hg+，Cd2+和Pb2+。

酿酒酵母菌（Saccharomycescerevisiae）是具有实用潜力的生物吸附剂，也是重金属生物吸附的理想材料，它可以吸附除去有毒重金属（Pb、Hg、Cu、Zn、Cd、Co、Cr、Ni等）、回收贵金属（Pt、Ag、Au等）以及放射性核素（U、Th、镧系La、锕系Am等）。活酵母还可根据物质毒性选择性吸收不同价态（状态）的同种金属，如Se（Ⅳ）和Se（Ⅵ）、Sb（Ⅲ）和Sb（Ⅴ）、有机汞（CH3Hg）和无机汞（Hg2+）。

VasudevanP等采用质子化（酸洗）的酿酒酵母从水溶液中吸附一价金属离子（Na+，K+）和二价金属离子（Ca2+，Mg2+）并与未处理的酿酒酵母进行了比较研究，实验结果表明，金属离子在酿酒酵母上的吸附顺序为：Mg＞K＞Ca＞Na，吸附容量为0.45～0.65mmol·g-1，而经酸洗后的酿酒酵母对金属离子的吸附顺序为：Ca＞Mg＞Na≥K，Na+和K+的吸附容量为0.06mmol·g-1，Ca2+和Mg2+的吸附容量分别为0.5mmol·g-1和0.18mmol·g-1。 2.3.2.3藻类

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藻类是一类光合自养生物，对许多重金属具有良好的生物富集能力，可广泛应用于改造已经被重金属污染、其他生物难以生存的水域，利用藻类作为生物反应器在工业污水排放之前进行处理，或用于回收有价金属离子，既节约资源，又避免了环境污染。

对藻类吸收可溶性金属的动力学研究认为，藻细胞对金属的吸收过程主要由两个阶段组成，第一步：在细胞表面，金属离子和胞壁上的功能基团发生吸附反应，反应的时间极短，不需任何代谢过程和能量提供，金属离子是被动的吸附在细胞表面，该过程被称为生物吸附（biosorption），这个重要特点说明死亡藻体也具吸附能力，因为其功能基团活性并未丧失；第二步：细胞表面结合、沉积或结晶的金属离子与质膜上的某些酶（如膜转移酶、水解酶等）结合从而被细胞主动转移至胞内，这一过程与代谢活动有关，缓慢、不可逆，所以定义为生物累积（bioaccumulation）（见图1）。更具体的过程目前还在进一步探索，不排除有其它吸收途径。

RomeraE等研究了六种不同的藻类（蓝藻、红藻和褐藻）对水溶液中Cd2+、Ni2+、Zn2+、Cu2+和Pb2+的吸附性能，实验结果表明吸附Cd2+、Ni2+、Zn2+的最佳pH值为6.0，而吸附Cu2+和Pb2+的最佳pH小于5.0。藻类浓度最低时（0.5g·L-1）实验效果最好，金属离子的吸附顺序为：Pb＞Cd≥Cu＞Zn＞Ni。HerreroR等研究了红藻Mastocarpusstellatus对Cd2+污染的修复。实验结果表明2min后Cd2+可被吸附掉50%，9min.后可被吸附掉90%。

尹平河和赵玲研究了9种大型海藻对重金属的吸附容量，结果表明这些生物材料对Pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附容量分别是1.0～1.6、1.0～1.2和0.8～1.2mmol·g-1。动力学实验研究表明，海藻对水溶液中重金属离子的吸附速度较快，在10min内去除率达到90%，这些预处理过的海藻可以高效和快速地去除或回收低浓度废水中的重金属离子。

ShaikBasha和MurthyZVP考查了经化学改性的褐藻（Cystoseiraindica）对Cr6+吸附的动力学和平衡模型，实验表明吸附过程迅速，且最大吸附量可在2h内达到。 2.3.2.4农林废弃物

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农林废弃物是农业和林业生产与加工过程中产生的副产品，数量巨大，具有可再生、再生周期短、可生物降解、环境友好等诸多优点，是重要的生物质资源，主要有树皮、果壳、锯末、秸秆、蔗渣等。将农林废弃物用于吸附溶液中的金属离子，一方面是由于其物理结构上孔隙度较高，比表面积较大，可以与金属离子发生物理吸附；另一方面，某些农林废弃物中含有较多的活性物质，如-COOH、-OH、-NH2等，这些物质可以通过离子交换、螯合等方式吸附金属离子。尽管农林废弃物具有一定的重金属离子吸附能力，但由于活性组分含量较少，吸附能力不理想。除去活性组分外，农林废弃物还可以通过化学改性引入金属离子吸附能力强的活性基团，如羧基、巯基、磷酸根、硫酸根、胺基等提高其吸附能力。

如橘子皮的主要成分是纤维素、半纤维素、果胶、木质素、水分。国内外学者进行了很多相关的实验研究，通过简单化学处理、皂化、磷酸化、交联等方法，合成了对重金属具有良好吸附性能的生物吸附剂。花生壳中含有大量的纤维素类和多酚类物质，可直接用于吸附溶液中重金属离子，也有研究者将其化学改性后作为吸附剂用于含重金属污水的净化处理。锯末是一种来源丰富且价格低廉的农林废弃物，作为低成本吸附剂在环境污染中日益受到重视，它能有效地去除废水中的重金属。

此外，JacquesRA等采用不经处理的黄果西番莲壳作为吸附剂处理水溶液中的Cr3+和Pb2+，最大吸附容量分别达到85.1mg·g-1和151.6mg·g-1。DahiyaS等采用处理过的蟹壳和槟榔壳吸附含Pb2+和Cu2+的水溶液，平衡时，蟹壳对Pb2+和Cu2+的最大吸附量分别为19.83±0.29mg·g-1和38.62±1.27mg·g-1，槟榔壳为18.33±0.44mg·g-1和17.64±0.31mg·g-1。 2.3.3生物化学

生物化学法指通过微生物处理含重金属废水，将可溶性离子转化为不溶性化合物而去除。硫酸盐生物还原法是一种典型生物化学法，该法是在厌氧条件下硫酸盐还原菌通过异化的硫酸盐还原作用，将硫酸盐还原成H2S，重金属离子和H2S反应生成溶解度很低的金属硫化物沉淀而被去除，同时H2SO4的还原作用可将SO42-转化为S2-而使废水的pH值升高，从而形成重金属的氢氧化物而沉淀。

中国科学院成都生物研究所从电镀污泥、废水及下水道铁管内分离筛选出35株菌株，从中获得高效净化Cr（VI）复合功能菌。

袁建军等利用构建的高选择型基因工程菌生物富集模拟电解废水中的汞离子，发现电解废水中其他组分的存在可以增大重组菌富集汞离子的作用速率，且该基因工程菌能

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