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微生物吸附剂的分类与污水的处理与净化的关系
      
  生物吸附剂是用微生物体来吸附水中的重金属是一项新兴的废水生物处理技术.藻类、细菌、真菌等是生物吸附剂的来源,它们对多种重金属都有较好的吸附去除效果.文章从细胞壁的结构特性概述了藻类、细菌、真菌等对重金属吸附的机理,介绍了它们的吸附性能.

  生物吸附剂细菌

  细菌及其产物对溶解态的金属离子有很强的配合能力。细菌细胞壁带有负电荷,使得细菌表面具有阴离子的性质。金属离子与细胞表面结构物质上的羟基阴离子和磷酸阴离子发生相互作用而被固定。细菌细胞外膜上的结构成分很容易与金属发生反应,使金属结合到细胞的表面。通常重金属结合到细菌细胞壁上,因而可以防止这些有毒的重金属物质渗透到细胞内部的敏感位点。有时必需的金属离子也可通过细胞膜而进入到需要金属离子的反应位点。E.cozi的外膜是由蛋白质、脂多糖和磷脂构成的复杂结构,金属离子被认为是能稳定外膜分子结构的重要附加成分。如革兰阴性细菌外膜的脂多糖,要维持其结构的稳定性需要足量的Ca2+的存在,如果用螯合剂去除Ca2+,脂多糖就会解体。研究表明,E.cozi的外膜能从水溶液中吸附金属离子,伤寒沙门菌的脂多糖有Ca2+与Mg2+的高亲和结合位点与低亲和结合位点。在活性污泥中微生物吸附有毒重金属并将其保留在菌体内,对污水的净化具有极其重要的意义。
  枯草芽孢杆菌(B.subtilis)细胞壁上的肽聚糖,可以从水溶液中配合大量的金属离子,特别是大多数过渡金属,如富集第一副族金属可以大于1nmol/μg(相对于肽聚糖自重)。

  生物吸附剂真菌

  许多真菌都可用作生物吸附剂,已研究的真菌主要有酿酒酵母、根霉菌(Rhizopus spp.)等。由于Rhizopus spp.有很高的吸附能力,因此对其吸附也研究得较为透彻。霉菌和酵母能够吸附和积累重金属,这一特征既有为代谢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。
  酵母细胞的表面能与阳离子迅速可逆地结合而起着离子交换树脂的作用,啤酒酵母能迅速的吸附铀。据此推测,在其细胞表面可能有磷酸基和羧基,磷酸二酯键的解离可能在啤酒酵母的细胞表面产生阴离子,能吸附带有正电荷的金属阳离子。
  某些类型的真菌和酵母对金属离子具有明显的生物吸附作用,可以用于从水溶液中吸附和浓缩金属离子。许多种类的真菌和酵母在自然界普遍存在,其菌体也可以从某些发酵过程中大量得到,因而可使这些微生物成为选择生物吸附剂的良好材料,并有可能使用真菌生物吸附剂从工业废水中除去重金属离子而脱除工业废水的毒性。此外,菌体所吸附的贵重金属可以回收和再生,能对废水处理过程的费用有所补偿。在这些过程中使用死菌体并探讨其生物吸附性质,通过某些简单的处理之后,可作为生产的生物吸附剂的原料。具有低成本、高效率和较好再生能力的特点。
  真菌不仅对单种金属能有效地吸附,而且,同一种菌体对多于一种金属的吸附也有很多的研究和报道。实际上,在测定的溶液中或用其处理的水溶液中常存在各种金属离子的混合物。大量容易得到的微生物菌体是筛选吸附金属离子的生物吸附剂的基础。
  将发酵工业废弃菌体用于生物吸附,是开发环境资源微生物的有效方法之一。大规模发酵工业产生大量的废弃菌体,这些廉价的真菌菌体是发酵工业的副产物,并具有处理问题。利用从发酵工业获得的废菌体制备生物吸附剂,并可用它从溶液中吸附废金属。已经试验过用大量的工业废菌体如活性污泥、产黄青霉(Penicillium chrysogenum)和少根根霉(Rhizopus arrhizus)来吸附铀和钍。使用发酵工业的废弃菌体可以生产颗粒化的吸附剂。

  生物吸附剂藻类

  Volesky和Kuyucak等的研究指出,海藻漂浮马尾藻(Sargassum natans)是一个极有潜力的生物吸附剂,它对金属具有非常好的选择性;海洋褐藻Ascobhyllum和Sargassum对于毒性的Pb、Cd、Cu、Zn、U等具有非常高的吸附能力,并制造出了人工培养的海洋褐藻型生物吸附剂;淡水小球藻(Chlorellavulgaris)可作为另一种商用吸附剂的原料。
  研究显示藻类细胞具有富集金属的能力,因此可以选择吸附性能好的藻类作为吸附剂的生产原料,藻类不仅数量大而且容易收集,并且在一些地区可以人工养殖。
  海洋是生物吸附剂的丰富来源,各种海藻都有从复杂水溶液中分离和回收金属离子的独特性质。海藻菌体是可用于制备生物吸附材料的一类天然的、大多数情况下都很丰富的原料。将海藻细胞固定化可以生产出比离子交换树脂商品更具明显优点的生物吸附剂,使用固定化的海藻生物吸附剂可以为各种海藻菌体的生产开创一个新的、有利的商业应用。据文献报道,一种称为AlgaSORB的生物吸附剂(使用专利硅胶作为固定化载体)近年来被用于从工业废水和污染的地下水中回收重金属。
  各种海藻具有不同的特殊的结合金属离子的性质。在海藻中金属结合能力变化是由于不同科和不同属的海藻有不同的细胞壁成分,不同的细胞壁成分会使细胞壁上产生不同的吸附位点。www.atcc360.com已知的分类系统,将海藻分为21000~25000个不同的种和10万个不同的菌株,其中大多数具有生物吸附功能。因此,不同海藻从水溶液中回收金属离子的潜力是巨大的。
  无生命的死海藻菌体物质吸附金属离子的能力更大,被认为更适合用于生物吸附。在吸附和积累重金属离子方面,死海藻菌体均比活细胞和组织更有效。不同的死海藻对金属有不同的亲和力,这取决于不同的吸附条件。关于金属离子一海藻生物吸附的相互关系近来已经有人进行了研究。已经完成的工作表明使用无生命的海藻从水溶液中回收金属至少有两个主要的优点:①死海藻可以在通常对活海藻有毒的条件下回收金属离子;②对已经实验过的几种海藻来说,通常在硬水或咸水中存在的Ca2+、Mg2+、Na+和K+与海藻的结合力很弱,因此这些离子对其他重金属离子的结合没有太大的干扰。在必须从硬水或咸水中除去重金属离子的条件下,后一特点使海藻比其他的商用离子交换树脂具有明显的优点。
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