[00051591]重金属污染的微生物处理技术

一、项目简介 （一）重金属在环境中的污染及危害 重金属污染主要来源于燃烧燃料，施用农药，采矿冶金及生产工业无机化学品、颜料、油漆以及电镀、石油精炼等工厂的废水和废弃物的渗滤，重金属污染主要是指汞、砷、锡、锑、铜、镉、铬、镍、钒等。这些元素以各种各样的化学形态存在于空气、水体和土壤中。近年来，由于工业的发展引起局域水体的重金属超标相当严重，已成为重要的环境污染问题。纵观国内外水体重金属污染情况，可以看到这一问题具有明显的普遍性和严重性。 重金属在水体中不但不能被生物利用降解，且某些重金属还可在微生物作用下转化为毒性更强的重金属化合物，如甲基汞。重金属离子在进入生态系统后，对水生植物的生理过程会造成极大影响。尤其严重的是经食物链的生物放大作用，重金属逐级在较高级的生物体内富集，引起生态系统中各级生物的不良反应，甚至危害包括人体在内的各种生命体的健康与生存。因此，各国对于重金属的污染均给予了高度重视，并采取水体重金属污染源头控制和工程治理相结合的防治对策。为了满足人们对环境质量的日益严格的要求，研究的热点已集中在新兴的生物环境治理领域。不少研究表明，生物恢复技术在治理重金属污染方面具有成本低，简便，不会带来新的污染等优点，有较理想的效果，具有良好的应用前景。 （二）基本原理 重金属污染的微生物处理技术，是利用微生物的作用削减，净化土壤或水中的重金属或降低重金属的毒性。一些重金属离子长期在环境中积累，使得环境中的一些微生物形成了较强的耐重金属污染的能力，这些微生物作为一类特殊的群体在环境中长期存在，它们对有毒金属形成了一定的抗性。对微生物而言，是一种解毒作用，而对环境而言是一种很好的修复作用。从而使得汞、铅、锡、砷等金属或类金属离子都能在微生物的作用下降低或失去毒性。 （三）工艺路线 微生物对重金属离子的修复，大致包括这些过程：转化（细胞代谢、沉淀和氧化还原反应）、吸附（化学吸附、物理吸附）、絮凝（生物或其代谢物絮凝沉淀）等。 （四）技术关键 1、转化机制：转化是通过微生物的作用改变重金属在水体或土壤中的化学形态，使重金属固定是或解毒，以降低其在环境中的移动性和生物可利用性。实现有毒有害的金属元素转化为无毒或低毒形态的重金属离子或沉淀物，达到以水体或生态环境中去除重金属污染，修复污染环境的目的。 2、吸附机制：微生物利用自身胞外某些物质的特殊化学结构及成分特性来吸附溶于水中的重金属离子，再通过固液两相分离达到对重金属的削减、净化与固定作用。一般不水解的金属离子主要通过离子交换的方式被细胞吸附，而对于那些易形成聚核水解产物的金属离子则通过物理性吸附可沉积在细胞壁表面。在主动吸收中也包括含有很大程度的被动吸收，并且这种被动吸收由于细胞的排出代谢而受到抑制。 3、絮凝机制：利用微生物产生并分泌到细胞外，具有絮凝活性的代谢物去除重金属离子。代谢物一般由多糖、蛋白质、DNA、纤维素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物质构成，分子中含有多种官能团，能使水中胶体悬浮物相互凝聚沉淀。一定浓度的金属离子可以加强絮凝剂分子与悬浮颗粒以离子键结合而促进絮凝，特别是Ca2+能显著提高微生物絮凝剂的絮凝活性。 （五）主要创新点 微生物可以通过多种渠道改变重金属的活动性，使重金属在其活动相与非活动相之间转化，从而影响重金属的生物有效性。 1、微生物的主动转移作用 通过微生物的主动转移作用，例如金属堆积作用，氧化还原作用或烷基取代（甲基化等）作用等，可使重金属转化为不活动相。通过微生物的金属转移作用，还可以使重金属从一种状态转化为另一种状态。微生物可以把一些重金属还原成可溶性的或挥发性状态。 2、利用微生物吸附治理重金属水体污染 大量研究表明，一些微生物如细菌、真菌和藻类等对金属离子都有很强的吸附能力。重金属对活细胞具有毒害作用，都会抑制细胞对金属离子积累过程。非活性生物体吸附过程，只存在生物吸着作用，即只发生在生物体吸附的第一阶段。因此，活细胞的吸附量并不是因为有能量代谢系统的参与而比死细胞高。 3、生物吸附剂的选择 通常人们将用作生物吸附与合适的载体结合体称作生物吸附剂。新型、高效的生物吸附剂的研究与开发是生物吸附领域的一个重要方面。生物吸附剂实质上是指以微生物为主要原料，通过明胶、纤维素、二氧化硅，海藻酸、盐、聚丙烯酰胺、二异氰酸苯脂、胶原、金属氢氧化物沉淀等材料形成的固定化颗粒，具有对重金属的吸附作用。采用固——液接触式反应器，如固定床反应器，流化床反应器等都能得到良好的处理效果。实际应用中，必须根据重金属污染的种类及程度，选择适当的一种方法和多种方法结合起来使用。 二、项目投资用应用前景分析 （一）微生物吸附应用于重金属废水的净化 在技术上表现出极大的优越性和竞争力，无论是从吸附性能，PH值适用范围，还是运行费用等方面都优于其它方法： 1、操作适应性广，PH值和温度范围宽，对多数微生物在4℃-50℃的情况下都具有较好的生物吸附性能； 2、选择性高，能从溶液中吸附各种金属离子而不受碱金属的干扰； 3、受金属离子浓度的影响较小，研究表明在低浓度下和在较高浓度下，微生物对重金属都有良好的吸附能力； 4、微生物吸附重金属后，再生能力较好，再生步骤简单，再生生物吸附剂附能力与新鲜的生物吸附剂相比，性能不会有明显的下降； 5、投资小，运行费用低； 6、无二次污染等。 （二）微生物在土壤重金属污染治理中的应用 土壤修复是利用生物措施治理，土壤污染的新的环保技术。土壤是微生物生存的天然温床，土壤中存在自然界中最适合微生物生长的条件，有着丰富的微生物资源。土壤微生物是土壤中的活性胶体，它们比表面积大、带电荷、代谢活动旺盛，因而在土壤污染治理方面的作用越来越受到广泛关注。通过对土壤中某些重金属的吸收，沉淀、氧化和还原作用，减少植物的摄物，从而降低重金属的毒性。 微生物去除土壤中重金属污染，建立无害化生产工艺过程，同时将重金属污染物资源化（如微生物湿法采矿等），实现重金属循环利用，实现环境效益的同时，创造经济效益。