固定化微生物技術處理重金屬廢水的研究

陳壁珠（江門市新會區環保服務公司,廣東　江門　529100）

固定化微生物技術處理重金屬廢水的研究

陳壁珠
（江門市新會區環保服務公司,廣東江門529100）

一般情況下，直接使用游離微生物細胞吸附廢水的重金屬離子，由于其密度小，強度低，顆粒直徑小，易被水流沖走、利用率低下等，難以直接用于實際生產。與離子交換相比，能夠起到生物離子交換樹脂作用的固定化微生物富集水體中的重金屬，經濟性更強。

吸附;固定化;重金屬;海藻酸鈉

0　引言

目前，處理重金屬廢水的固定化微生物技術其研究的重點是尋找對某種金屬具有高選擇性的吸附劑。研究發現死細胞或是“半存活”、“半完整”狀態的細胞吸附金屬時甚至具有更高的效率，這一特點能夠使由高濃度金屬離子對活生物體毒性作用而導致其應用受到限制的問題得到很好的解決。

1　廢水處理中固定化微生物技術的具體應用分析

采用化學或物理手段后，固定化微生物技術能于限定的空間區域將游離微生物定位，提高生物體的穩定性和機械強度，使之不懸浮于水但仍保持生物活性，生物體易于在不被破壞的情況下得到再生和重復利用。

1.1固定化微生物的制備方式

固定化微生物的方式有四種，包括吸附法、包埋法、共價結合法和交聯法。

吸附法借助帶電的微生物細胞和載體之間的靜電、表面張力和粘附力的作用，通過固定微生物細胞在載體表面和內部的方式形成生物膜。

微生物被包埋在凝膠的微小格子或微膠囊等有限空間內不能離開，但是產物處在能夠自由進出的狀態的就是包埋法。凝膠包埋法、纖維包埋法和微膠囊法是常用的包埋法，由于其具有對細胞活性影響小的優勢，所以固定化細胞時最常用。

利用含有兩個或兩個以上官能基團的試劑與微生物細胞表面的反應基團如梭基等發生反應，再依靠共價鍵的結合力交聯成細胞之間的網格結構的方式就是交聯法。但此方法會導致微生物反應活性損失很大，并且考慮到交聯劑比較貴，所以此方法并不常用。

1.2分析固定化微生物的載體特點

影響所固定細胞的生物活性和體系傳質性能的直接因素即載體的物理化學性質。載體的基本條件和特性：可再生并可重復使用；固定化方法費用低；較高的機械強度，傳質阻力??；與微生物的固定結合強度高，能耐水力波動的沖擊；固定后的微生物聚集度高，活性損失少，穩定性高；載體對微生物無毒，抗微生物分解。

有機高分子載體和無機載體是載體的兩種形式。有機高分子載體有天然高分子凝膠載體和合成有機高分子凝膠載體，天然高分子凝膠一般對生物無毒，如瓊脂、明膠海藻酸鈉等，具有較好的傳質性能。不足的是強度較低，處在厭氧條件下時易被分解。有機合成高分子凝膠載體相較于天然高分子凝膠載體強度較大，但是具有較差的傳質性能，容易對細胞固定時的細胞活性產生影響，導致細胞失活。無機載體大多具有多孔結構，固定微生物是通過利用吸附作用和電荷效應的方式實現的。

2　固定化載體海藻酸鈉在重金屬廢水治理的作用

海藻酸鈉(CH 0COONa)是海藻酸的鈉鹽，含有游離羧基(一COONa)，是一種鏈狀高分子雜聚物，由甘露糖醛酸和古羅糖醛酸共聚而成。

2.1是直接吸附重金屬的吸附劑

海藻酸鈉分子中含有大量能夠與金屬離子發生反應的游離的羧基。經研究發現，對汞、銅、鎘等重金屬離子，海藻酸鈉都具有一定的吸附性能。

2.2是固定化微生物的載體

海藻酸鈉是一類對微生物無毒害作用的天然高分子多糖類化學物質。海藻酸鈉包埋法成型方便，對微生物毒性小，固定化細胞密度高。但不足是海藻酸鈉的濃度對固定化細胞的機械強度、質量傳遞等有影響，進而對微生物或酶的活性產生一定影響。

3　影響吸附的因素

為了使生物處在最佳的吸附條件下，就必須找出影響生物吸附的因素，從而保證吸附效果優良穩定。一般認為吸附時間、pH值、金屬離子濃度與吸附劑用量的比值、溫度等都會對固定化生物吸附的效果產生影響。

3.1 影響因素一：pH值

pH值主要通過影響生物吸附劑結合重金屬的活性位點以及重金屬溶液的化學反應而最終對生物的吸附效果產生影響。pH處于過低值時，重金屬吸附活性位點會受到溶液中大量水和氫離子的競爭，使菌體細胞壁質子化，導致細胞表面的靜電斥力增大；pH值比金屬離子微沉淀上限高時，會導致重金屬離子輕微的沉淀現象出現，影響吸附的進行。pH值為5.5時，大多數重金屬會出現輕微沉淀，由此可見，pH值過高會影響生物吸附效果。

3.2影響因素二：溫度

溫度對生物吸附的影響并不顯著。溫度通過影響生物吸附劑的生理代謝活動、基團吸附熱動力和吸附熱容等因素來影響生物的吸附效果。溫度過高會使生物吸附劑的活性位點遭到破壞，同時使操作成本增加。

3.3影響因素三：吸附時間

生物材料吸附重金屬離子的階段分為兩個，第一階段吸附效果較快，在幾十分鐘內就能使最終吸附量達70%左右；第二個階段吸附效果緩慢，在這一階段要想達到最終吸附量通常需要幾個小時。因此，吸附時間對吸附效果也有一定影響。

3.4影響因素四：吸附劑粒徑大小

金屬離子在吸附劑中的內擴散及吸附劑內表面積的利用狀況導致吸附劑粒徑的大小會對吸附效果產生影響。太大或太小的吸附劑粒徑都會對吸附處理造成不利影響。粒徑大的吸附劑吸附性能較好，粒徑小的吸附劑相較于粒徑大的具有較強的耐壓能力。

3.5影響因素五：共存金屬離子

溶液中存在著目標離子，即溶液中欲被分離出的金屬離子，目標離子和其他能夠結合到吸附位點上的金屬離子稱為競爭性陽離子。競爭吸附的發生條件是吸附體系中存在多種金屬離子。陰離子和生物細胞壁對金屬離子的競爭是陰離子對金屬離子吸附效果影響的來源，導致金屬離子吸附量下降。

3.6 影響因素六：重金屬離子濃度

金屬離子濃度和生物量之比會影響重金屬離子的吸附過程。當保持生物吸附劑投加量不變時，重金屬離子初始濃度增加則吸附劑的吸附能力隨而增大；重金屬離子初始濃度保持不變，生物吸附劑投加量的增加，吸附劑的吸附能力則隨而減小。

4　結束語

在運用當前的固定化微生物處理重金屬廢水技術時，要結合工程的實際情況，全面考慮實際的工程環境，靈活運用技術方法，爭取獲得更高的經濟效益和社會效益，促進固定化微生物處理重金屬廢水技術的進一步發展和應用。

[1]陳文賓，胡慶昊，殷磊，許興友.馬衛興海藻酸鈉固定化鞘氨醇單胞菌生物吸附去除養殖海水中重金屬的研究[J].湖北農業科學,2011(06).