【正文】 兩種形式 —— 主動吸收和被動吸附。 ?被動吸附是指細胞表面覆蓋的胞外多糖(EPS)、細胞壁上的磷酸根、羧基、巰基、胺基等基團以及胞內(nèi)的一些化學(xué)基團與金屬間的結(jié)合。 ?電荷間的相互作用，是物化現(xiàn)象，與生物活性無關(guān)，這一過程速度較快。研究結(jié)果表明，在微生物處理重金屬廢水過程中，被動吸附是細胞吸收的主要形式。 ?微生物對金屬離子的吸附是可逆的 ?離子交換是與細胞物質(zhì)結(jié)合的金屬離子被另一些結(jié)合能力更強的金屬離子代替的過程。有毒的重金屬離子與細胞物質(zhì)具有很強的結(jié)合能力，因此，離子交換在重金屬廢水的處理中具有特別重要的意義。 ?例如，多糖是褐藻和紅藻的結(jié)構(gòu)成分，大多數(shù)天然存在的海藻多糖是以 Na+、 K+ 、 Ca2+ 、Mg2+離子的鹽形式存在。二價金屬離子能夠與這些多糖的陽離子發(fā)生離子交換。 ?離子交換過程常受溶液 pH的影響，其最佳酸度在 pH3～ 4之間。離子交換隨不同的菌種和生長條件而變化，生長條件可影響細胞上磷酸根和羰基的比例，從而影響對不同金屬的吸收，一般過渡金屬被優(yōu)先吸收，而堿金屬、銨、鎂、鈣則不被吸收。 ? 絡(luò)合作用是金屬離子與幾個配基以配位鍵相結(jié)合形成的復(fù)雜離子或分子的過程。 ? 螯合作用是一個配基上同時有兩個以上的配位原子與金屬結(jié)合而形成具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配合物的過程。螯合作用和絡(luò)合作用都是金屬離子與生物吸附劑之間的主要作用方式。 ?在原核生物和真核生物的外表面，含有能和金屬離子發(fā)生反應(yīng)的各種活性基團，這些活性基團一般來自磷酸鹽、胺、蛋白質(zhì)和各種碳水化合物，其分子內(nèi)含有的 N、 P、S和 O等電負(fù)性較大的原子或基團，能與金屬離子發(fā)生螯合或絡(luò)合作用。 ?如幾丁質(zhì)和脫乙酰幾丁質(zhì)復(fù)合物上的大量磷酸鹽和葡萄糖醛酸，它們可以通過各種機制與金屬結(jié)合，其中磷酸、羰基以及蛋白質(zhì)和幾丁質(zhì)上的含 N配位體對金屬都有很強的絡(luò)合能力。 五、生物吸附工藝過程 1．間歇攪拌式反應(yīng)器 ? 在間歇攪拌式反應(yīng)器中，顆粒狀的生物吸附劑與重金屬廢水只有充分接觸、實現(xiàn)固液兩相的均相混合，才能有效地去除廢水中的重金屬離子。因此反應(yīng)器的幾何尺寸、攪拌器的形式對提高固液兩相傳質(zhì)起著非常重要的作用。 ?生物吸附劑與含重金屬的廢水首先在反應(yīng)器中混合形成懸浮溶液，當(dāng)吸附結(jié)束時，懸浮液進入過濾器進行固液分離，得到的固體吸附劑進行再生處理，濾液進人回收槽后進一步凈化處理。 2．連續(xù)攪拌式反應(yīng)器 ?該工藝過程是在間歇攪拌式反應(yīng)器的基礎(chǔ)上改進而成。含重金屬的廢水和吸附劑均連續(xù)進入反應(yīng)器中，經(jīng)混合后形成懸浮液，在適宜的運行條件下，吸附反應(yīng)結(jié)束，懸浮液經(jīng)過濾器將吸附劑和廢水進行分離。 3．固定床式反應(yīng)器 ?在固定床式反應(yīng)器中，顆粒狀的吸附劑以固體床層方式填充于反應(yīng)器中，含重金屬的廢水自上而下緩慢地通過床層。 ?為了保證床層的水流狀態(tài)和吸附效率，吸附劑的粒徑以 1～ 3mm為宜， ?通常采用兩個以上的反應(yīng)器并聯(lián)運行，交替進行吸附和再生操作。 ?缺點：水相中的雜質(zhì)沉積到吸附劑表層后會影響反應(yīng)器的水流狀態(tài)。 4．脈沖接觸式反應(yīng)器 ?脈沖接觸式反應(yīng)器是指在 適宜的進水水力負(fù)荷 條件下，吸附達到 飽和的生物吸附劑 能夠及時地從反應(yīng)器進入 再生系統(tǒng) ，新鮮的吸附劑同時從脈沖槽中快速補充，反應(yīng)器的吸附劑采取 “吸附 — 排空 — 補充” 的方式周期運行。 ?飽和的吸附劑能夠得到有效再生，同時，整個吸附工藝仍處于連續(xù)穩(wěn)定的運行狀態(tài)， 5．流化床式反應(yīng)器 ?流化床式反應(yīng)器為上流式反應(yīng)器。 ?水溶液從底部進入反應(yīng)器與其中的吸附劑進行混合接觸并呈流化狀態(tài)。 ?通過控制合理的操作參數(shù)和步驟，使懸浮態(tài)的出水溶液中吸附劑和水相中的金屬離子都達到預(yù)定的指標(biāo)。 六、生物吸附劑的應(yīng)用 ?使用具有吸附金屬離子能力的活性污泥或生物膜可在某種程度上從含有重金屬離子的工業(yè)廢水中收集和回收重金屬離子。 ?由于重金屬離子對活的微生物具有毒性，影響了微生物的生長與繁殖，因此活細胞的應(yīng)用受到了一定的限制。 ?從電鍍污泥、各種重金屬廢水等環(huán)境中可篩選到能耐受較高金屬離子的功能菌株，經(jīng)培養(yǎng)，可獲得具有較高金屬結(jié)合能力的活菌體。 ?大多數(shù)生物吸附材料是使用具有特殊結(jié)合金屬離子能力的 死亡菌體 制成的。這些生物吸附材料既可以在低濃度的重金屬廢水中回收重金屬，也可以在較高的金屬離子濃度下操作。由于菌體的繁殖和重金屬吸附操作是分開進行的，這些生物吸附材料可以處理對活細胞有毒的高濃度金屬離子。將金屬離子洗脫之后，生物吸附材料還可以再生。 ?目前，在北美至少有三家企業(yè)開發(fā)了商品化的生物吸附劑產(chǎn)品，其中有： ① B． V． SORBEX有限公司 (加拿大，蒙特利爾市 )，該公司使用各種不同類型的微生物菌體作為加工生物吸附劑的原料，開發(fā)了一系列用于金屬離子去除和域回收的生物吸附劑，既有能吸附各種金屬離子的廣譜生物吸附劑，也有只吸附單一金屬離子的特殊生物吸附劑。 ② 生物回收系統(tǒng)有限公司 (北美，拉斯維加斯 )，該公司用硅膠或聚丙烯酰胺凝膠固定的淡水藻小球藻（ Chlorella）菌體開發(fā)了吸附或回收金屬離子的生物吸附劑。 ③高級礦產(chǎn)技術(shù)有限公司，該公司開發(fā)了以芽孢桿菌為基礎(chǔ)的廣譜生物吸附劑。 ?目前已廣泛使用各種細菌、真菌和海藻來開發(fā)新的生物吸附劑，新開發(fā)的生物吸附劑的主要特征應(yīng)包括以下幾點： ①操作適應(yīng)性廣 — 能在各種 pH、溫度及其他溶液條件和加工過程下操作； ②金屬選擇性高 — 能從溶液中吸附各種重金屬離子而不受堿土金屬離子的干擾； ③ 金屬離子濃度的影響小 — 在低濃度下 (≤10mg/L)和在較高濃度下 (≥100 mg／ L)都具有良好的金屬吸附能力； ④對有機物具有較高的耐受力 — 低濃度的有機物污染 (≤5g /L)不影響金屬離子的吸附； ⑤具有較好的再生能力 — 再生步驟應(yīng)簡單，再生的生物吸附劑的吸附能力與新鮮的生物吸附劑相比不應(yīng)有明顯的降低。 ?制備生物吸附劑的一個方法是從發(fā)酵工業(yè)獲得廢菌體，并用它從溶液中吸附重金屬。 ?另一個生物吸附劑的豐富來源是海洋。 ?使用固定化的海藻生物吸附劑可以為各種海藻菌體的生產(chǎn)開創(chuàng)一個新的、有利的商業(yè)應(yīng)用。 ?一種稱為 AlgaSORB的生物吸附劑 (使用專利載體硅膠作為固定化載體 )近年來被用于從工業(yè)廢水或污染的地下水中回收重金屬。 ?原核生物和真核生物的細胞壁都含有不同的多糖作為基本結(jié)構(gòu)。 ?以海藻酸鹽 NaAlg為例來說明二價金屬離子(Me2+)與多糖之間的離子交換： ?2NaAlg + Me2+ — Me(Alg)2 十 2Na+ ?研制新的微生物固定化技術(shù)來生產(chǎn)新的生物吸附劑、選育新的具有不同的或更好的生物吸附性質(zhì)的微生物新品種、闡明與生物吸附作用有關(guān)的細胞壁成分、確定生物吸附劑內(nèi)的金屬結(jié)合位點和理解金屬吸附機理。 ?闡明有關(guān)的金屬溶液化學(xué)和金屬結(jié)合位點的結(jié)構(gòu)、研究能增強其吸附性質(zhì)的化學(xué)或生物學(xué)方法等都是尋找具有高選擇性和高吸附能力的高效生物吸附劑的關(guān)鍵，必將會使生物吸附劑在將來有更廣泛的應(yīng)用。