【正文】 l 闡明有關(guān)的金屬溶液化學(xué)和金屬結(jié)合位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)、研究能增強(qiáng)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。 l 原核生物和真核生物的細(xì)胞壁都含有不同的多糖作為基本結(jié)構(gòu)。 u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(gè)新的、有利的商業(yè)應(yīng)用。l 制備生物吸附劑的一個(gè)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。 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。 l 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。由于菌體的繁殖和重金屬吸附操作是分開進(jìn)行的，這些生物吸附材料可以處理對活細(xì)胞有毒的高濃度金屬離子。 l 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。l 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(xì)胞的應(yīng)用受到了一定的限制。l 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(dá)到預(yù)定的指標(biāo)。l 飽和的吸附劑能夠得到有效再生，同時(shí)，整個(gè)吸附工藝仍處于連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，5．流化床式反應(yīng)器 l 流化床式反應(yīng)器為上流式反應(yīng)器。z缺點(diǎn)：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)。 3．固定床式反應(yīng)器 n 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。 2．連續(xù)攪拌式反應(yīng)器 l 該工藝過程是在間歇攪拌式反應(yīng)器的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成。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。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(jī)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(qiáng)的絡(luò)合能力。l 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(tuán)，這些活性基團(tuán)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(tuán)，能與金屬離子發(fā)生螯合或絡(luò)合作用。 螯合作用是一個(gè)配基上同時(shí)有兩個(gè)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。 u 絡(luò)合作用是金屬離子與幾個(gè)配基以配位鍵相結(jié)合形成的復(fù)雜離子或分子的過程。離子交換過程常受溶液 pH的影響，其最佳酸度在 pH3～ 4之間。與這些多糖的陽離子發(fā)生離子交換。二價(jià)金屬離子能夠離子的鹽形式存在。有毒的重金屬離子與細(xì)胞物質(zhì)具有很強(qiáng)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。研究結(jié)果表明，在微生物處理重金屬廢水過程中，被動(dòng)吸附是細(xì)胞吸收的主要形式。l 被動(dòng)吸附是指細(xì)胞表面覆蓋的胞外多糖(EPS)、細(xì)胞壁上的磷酸根、羧基、巰基、胺基等基團(tuán)以及胞內(nèi)的一些化學(xué)基團(tuán)與金屬間的結(jié)合。 硫酸鹽還原菌 (SRB)在厭氧條件下產(chǎn)生的H2S和廢水中的 Zn2+反應(yīng)生成金屬硫化物沉淀而得以去除廢水中的 Zn2+離子。 從植物根瘤上分離到的抗汞根瘤菌，其抗汞能力與還原酶和有機(jī)汞裂解酶有關(guān)； 252。 252。 （三）微生物對金屬的吸附l 細(xì)胞轉(zhuǎn)化是指微生物代謝產(chǎn)生的及細(xì)胞自身的一些還原性物質(zhì)將氧化態(tài)的毒性重金屬離子還原為無毒性的沉淀。l 一般來說，金屬的生物吸附是以其結(jié)合機(jī)理為基礎(chǔ)的。 l 在生物體內(nèi)，硬金屬離子一般與 OH、 HPO CO3 RCOO和＝ C＝ O等含氧官能團(tuán)形成穩(wěn)定化學(xué)鍵，而軟金屬離子一般與 CN、 RS、 SH、 NH2和咪唑等含氮和含硫基團(tuán)成鍵。u能與 F形成很強(qiáng)化學(xué)鍵的金屬離子就稱為 “硬金屬 ”，如 Na+、 Mg2+和 Ca2+等。 l 大多數(shù)海藻細(xì)胞壁的外面有一層黏性物質(zhì)，這類物質(zhì)因含有糖醛酸而具有很大的結(jié)合金屬離子的能力。磷酸二酯和羧基使真菌細(xì)胞壁表面帶有電荷。這些物質(zhì)和蛋白質(zhì)、脂肪和多糖結(jié)合在一起。真菌細(xì)胞壁是多層、微纖維結(jié)構(gòu)。外膜通過脂蛋白或離子鍵 (Mg2+、 Ca2+等 )結(jié)合到肽聚糖上。表面負(fù)電荷主要來自于LPS的凈負(fù)電荷。 (2) G細(xì)菌的細(xì)胞壁 216。u細(xì)胞壁結(jié)合金屬離子有 3個(gè)主要的機(jī)理：吸附、微沉淀和晶核作用。 細(xì)菌細(xì)胞壁 （ 1）革蘭陽性細(xì)菌的細(xì)胞壁l 肽聚糖帶有陰離子基團(tuán)，具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，允許分子量為 1 200～ 70000的分子通過。細(xì)胞外多糖 (EPS)在某些微生物吸附重金屬離子的過程中也有一定的作用。 四、生物吸附機(jī)理 （一）微生物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)特征 細(xì)菌、真菌和藻類微生物細(xì)胞與動(dòng)物細(xì)胞的最大區(qū)別在于細(xì)胞原生質(zhì)膜外有明顯的細(xì)胞壁，其在微生物吸附重金屬離子的過程中起著重要作用。許多研究表明細(xì)菌及其產(chǎn)物對溶解態(tài)的金屬離子有很強(qiáng)的絡(luò)合能力。細(xì)菌是地球上最豐富的微生物，地球上的總生物量大約為 1018g，細(xì)菌占了其中的大部分。 例如，海洋微生物可將 pb2+和 Cd2+從海水中分別富集 105倍和 105倍。分離的枯草芽孢桿菌細(xì)胞壁具有結(jié)合大量金屬離子的能力。磷酸基與鈾形成穩(wěn)定的復(fù)合物，羧基只有當(dāng)磷酸基飽和時(shí)才起作用。細(xì)胞壁上具有較高的磷酸鹽含量。l 酵母細(xì)胞的表面能與陽離子迅速可逆地結(jié)合而起著離子交換樹脂的作用，啤酒酵母能迅速吸附鈾，推測在其表面可能具有磷酸基和羧基，磷酸二酯鍵的離解可能在啤酒酵母的細(xì)胞表面形成負(fù)離子。 l Tezuka （ 1968 ）認(rèn)為：活性污泥細(xì)菌在二價(jià)陽離子如 Cu2+或 Mg2+幫助下的可逆絮凝，是帶負(fù)電荷的細(xì)胞表面與溶液中的陽離子之間形成離子鍵橋的結(jié)果。l 許多微生物細(xì)胞，不論死活，都具有同樣好的吸附性質(zhì)。他描述了在清除污染的過程中增殖的微生物 “有巨大表面積的膠狀基質(zhì)能吸附放射性材料 ”。面是金屬對生物體的親合性。l 許多陰離子參與結(jié)合金屬離子，如膜蛋白上的磷酸基、羧基、巰基和羥基等。l 細(xì)胞的不同部位對重金屬離子的吸附機(jī)理包括絡(luò)合、螯合、離子交換、轉(zhuǎn)化、吸收和無機(jī)微沉淀等。l 氧化為砷酸鹽： 如無色桿菌、假單孢菌、黃桿菌、節(jié)桿菌和產(chǎn)堿桿菌能將亞砷酸鹽氧化為砷酸鹽；l 還原成亞砷酸鹽： 甲烷細(xì)菌，脫硫弧菌，某些微球菌在厭氧條件下又能將砷酸鹽還原成毒性更強(qiáng)的亞砷酸鹽。有些甲烷細(xì)菌能利用砷酸鹽生成甲基砷。 砷的污染l 砷能使人與動(dòng)物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中毒，使推動(dòng)細(xì)胞代謝作用的酶系失去作用，還發(fā)現(xiàn)它具有致癌作用。溶于水后生成亞砷酸 (H3AsO3)亞砷酸離子 (3+)比砷酸 (H3AsO4)離子 (5+)更毒。三、砷的污染和微生物轉(zhuǎn)化l 砷是非金屬元素，在自然界主要以氧化物 (如白砷石 As2O3， )和硫化物 (如雄黃 As4S4，雌黃 As2S3)存在。金屬汞的回收率可達(dá) 80％以上。