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生物吸附剂及重金属废水处理论文1生物吸附技术的发展及其特点由于我国采矿，炼金，电解，农药，医药等行业的发展，铅、汞、铅、铬、镉、铜、锌等重金属污染日益严重，治理重金属污染成为保护环境刻不容缓的问题。生物吸附法在这方面因其独特的优势受到大量关注，发展生物吸附技术成为我国重要研究课题。生物吸附法属于活性污泥法的一种。严格来说，只要是能从废水中分离出金属离子的生物体都可以称之为生物吸附剂。比较常见的生物吸附剂包括菌类、淀粉以及藻类等。按照生物体的不同特征，我们又可以将生物吸附分为两种：死体吸附与活体吸附。其中死体吸附具有极佳的吸附效果，原因在于实施者无需对生物死体提供营养，它也不易受环境变换的影响，具有很强的金属离子结合能力。与传统的金属离子处理方法相比，生物吸附法具有以下优点：（1）污染小，而且吸附效果十分显著。（2）不易受环境（pH值和温度）的影响。（3）金属能够被回收利用。（4）吸附剂能得以再生，可循环使用。2生物吸附剂的种类及应用第7页共7页n随着生物吸附剂的发展，其种类已由早期的微生物为主变为目前包括微生物、无生命的动植物碎片及活体生物系统在内的多种吸附剂形式。判断一种物质是否为合适的吸附剂，一般需要考虑5个方面：平衡吸附容量、对目的物的选择吸附性能、吸附速度、吸附机械稳定性和应用成本.下面根据这些条件，对目前主要集中吸附剂的种类和应用进行介绍。2.1天然有机吸附剂程发等人对壳聚糖及其螯合性能的研究，为壳聚糖在生物吸附领域的应用做出了重要贡献。研究表明，壳聚糖的重要衍生物N.O-羧甲基壳聚糖，因同时含有胺基和羧基，能使Zn2+、Pb2+、Hg2+、Cu2+等多种金属离子在溶液中沉淀，在废水处理中有着重要作用。李增新等学者将天然沸石与脱乙酰壳聚糖制成了吸附颗粒制剂，使壳聚糖吸附在天然沸石上，在工业上有很好的应用。2.2微生物2.2.1藻类第7页共7页n藻类是微生物吸附剂中的重要组成部分，多用于去除工业废水、被污染的地下水、电镀废水、矿物加工废水中的重金属离子如Pb2+、Pd2+、Ag2+、Cr2+、Hg2+、Cu2+等，吸附效果显著。部分大型海藻吸附效果比其他微生物高出许多，甚至超过了活性炭、天然沸石，与离子交换树脂相近。藻类在吸附重金属离子上独特的能力使得他们成为了生物吸附剂最主要的部分。这方面的研究中，何园、秦益民、范文宏等有重大研究进展。何园以处理之后的海藻为研究对象，将其运用与电镀水的处理中，主要吸附金、银、铜、镍等贵重金属。并改变pH值，金属离子浓度、吸附剂浓度等因素，解析了生物吸附等温线方程和吸附、解析动力学变化规律，确定了其最佳应用条件，为藻类生物吸附剂投入到实际废水处理应用中奠定了基础；秦益民研究了改性海带的吸附能力，通过对天然海带进行不同类型的化学处理，试验出了不同的铜离子吸附能力，结果表明，天然海带对铜离子的吸附量要远远小于氢氧化钠溶液处理过的海带对铜离子的吸附量，而被氢氧化钠溶液处理过的海带对铜离子的吸附量已经达到了88.0mg/g。这证明了化学改性还带在废水处理中有很大的应用潜力；范文宏在前人的基础上，将海带粉、海藻酸钠、明胶等物质配置成了固化海带吸附剂，根据等温线方程，确定出了该吸附剂对Ni2+的吸附能力，表明其在Ni2+中有很强的应用价值。2.2.2细菌研究表明，细菌对多种金属离子都有很强的富集作用。作为生物吸附剂的一类，细菌和放线菌都有着很好的研究潜力。屈艳芬等学者研究了以细菌为主体的复合生物吸附剂FY01与活性污泥对含铬废水的吸附性能，研究表明，他们协同作用处理的通用电镀废水与康力电镀废水效果，比2者单独作用分别高出39.8%和44.6%；关晓辉等学者研究了浮游球衣菌的吸附性能，学者们将浮游球衣菌负载在纳米Fe3O4上制成符合吸附剂，研究其对Cr（VI）的吸附性能，结果表明pH值在2~3之间时，该吸附剂对Cr（VI）的单位吸附量达到了0.0217mmol/g。2.2.3真菌第7页共7页n真菌在自然界中广泛存在，他们具有制备方便，吸附量大、吸附后分离方便等特点，人类已经发现的真菌大概有12万种，这些真菌广泛的存在于生物圈的各个部分，无论是在空气中，还是土壤中，都有着他们的存在。这些真菌主要包括单细胞的酵母菌、小型霉菌以及能够产生子实体的大型真菌。虽然这些真菌中的大部分都能应用于工业生产，但是真菌吸附剂主要有酵母菌和霉菌两种。2.2.4酵母菌朱一民等对啤酒酵母菌进行了研究，发现其对Hg2+、Cd2+、Pd2+具有极强的吸附性，去除率分别达到了96%、93%、94.4%；李川等则使酵母菌自溶得到了细胞壁，并用硅酸乙酯制备了硅溶胶，利用溶胶再凝胶的方法得到了硅载细胞壁生物吸附剂S-l。研究表明，该吸附剂对Pb2+和Cd2+具有较强的吸附量，对Ag2+具有较强的吸附强度。李川和他的团队对酵母菌进行自溶处理，得到其中空细胞壁。再将细胞壁与硅酸乙酯结合，制成了半径为250到600μm的硅载细胞壁生物吸附剂S-l。实验证明，S-l对Ag2+离子具有很高的吸附强度，对Pb2+和Cd2+有很大的吸附量，能在废水处理中的到广泛应用。尹华学者研究了产朊假丝酵母、解脂假丝酵母结合活性污泥对电镀废水中重金属离子的处理性能。结果表明，次红方法使用的pH值范围广，对肺水肿铬的去除率较高，能达到91%以上。2.2.5霉菌第7页共7页n经过化学处理，霉菌对C（rVI）具有一定的吸附能力。Sudha等的研究结果表明，经过不同的试剂处理过的根霉对C（rVI）有一定的吸附能力；在调整合适的pH值，初始经书离子浓度，接触时间等因素后，使其符合Langmuir和Freundlich吸附等温方程，在实际生产中具有应用潜力。Akar等对葡萄孢霉吸附Cd(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)做了研究，在调整控制条件的基础上，研究出了最适吸附条件和最大吸附值。2.3农林废弃物第7页共7页n农林废弃物也可直接用于废水处理，主要是由于农林废弃物具有较高的孔隙度，利于金属离子的物理吸附，且一些农林废弃物含有大量活性物质，也对金属离子的吸附有很强的吸附作用。农林废弃物主要有树皮、果壳、甘蔗渣、秸秆等类型。这些农林废弃物作为农业和林业生产过程中产生的废弃品，再生周期短，易降解，一般的处理方式只是直接点燃，或者作为饲料和土地的肥料，但是大部分的农林废弃物都得不到有效的利用，没有收到人们的重视。故而农林废弃物具有价格低廉，吸附效果显著，使用方法简单，而且保护环境等特点，广泛应用于各个企业的废水处理环节，而且合理利用农林废弃物能够降低处理废水的成本，带来巨大的经济效益。Gupta等对糖厂的废弃物蔗渣灰进行了过氧化氢处理，并研究了它对Pb2+和Cr6+的吸附能力。结果表明，这种类型的吸附剂能在60min中内去除Cr6+，80,min内去除Pb2+；朱波对大豆秸秆用柠檬酸进行改良，制备出对重金属离子有较强吸附能力的秸秆吸附剂。研究表明，通过调整吸附pH值，金属离子初始浓度、作用时间等因素，使大豆秸秆吸附剂对Cu2+的吸附能力达到了应用要求。通过对实验数据进行后期的拟合处理，朱波学者得到了这种新的生物吸附剂的吸附等温线，实验结果能够有力的证明，这种植物纤维性生物吸附剂具有很好的应用前景。李莲对豆制品废弃物豆渣做了生物吸附剂研究，发现其对Cd2+和Zn2+具有相当的吸附能力。她分析了pH值，金属离子浓度，接触时间等因素对去除效果的影响，做出了吸附效果曲线图并对Langmuir等温线和Freundlich等温线进行模拟，结果表明，这种生物吸附剂更符合Langmuir等温线的吸附模型，能在生产中得到广泛应用。2.4其他生物吸附剂除了以上几种主要的吸附剂之外，有学者发现胡萝卜渣能有效吸附Cr(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)，而且吸附方程满足Langmuir，胡茂盛发现了三裂叶豚草对重金属Cu2+也有的吸附规律，利用匀浆单细胞的制备技术并结合负压空化的技术手段提取出三裂叶豚草对重金属的吸附因子，使得三裂叶豚草也有了作为一种新型的生物吸附剂的潜力。这些科学家的努力都表明除了主流生物吸附剂之外，还有多种生物吸附剂具有开发潜力。也许还有着许多未知的吸附能力更强的生物吸附剂等待着人们的发现与研究。3结语第7页共7页n废水中的重金属离子是环境污染的重要角色，也是在进行废水处理的过程中最为困难的部分。用传统的处理方法对含重金属离子的废水进行处理不仅耗时耗力，还会浪费大量的金钱，影响企业的发展。使用生物吸附剂进行废水处理，具有使用方便，操作简单，成本低廉等优点。而且与传统的处理方法不同，使用生物吸附剂对废水进行处理还能够对有毒金属和一些稀有金属进行回收，所以，生物吸附剂是一项非常有应用性和发展前景的重金属废水技术手段，但是，生物吸附剂的研究进展一直缓步前进，其中的吸附机理并未明确，而且有效的生物吸附剂需要满足的条件很多，不仅要保证在吸附处理过程中的吸附效率，还要具有低成本性和良好的可再生性能，并且还要有理想的物理、化学性能，这需要人们对生物吸附剂更进一步地研究。作者：吕华单位：泰州学院医药与化学化工学院第7页共7页