含金属污水的生物处理技术

第四节　含金属污水的生物处理技术

对含金属污水的生物处理技术是基于微生物对污水中金属的转化、吸附、络合和沉淀能力，从而达到解毒或去除金属的目的。金属去除的相互作用包括:金属结合到微生物细胞表面和外多聚物层、胞内的吸收、金属挥发和微生物促进的金属氧化还原反应导致的沉淀(图11-10)。

图11-10　金属污水的生物处理基本方法

利用微生物胞外多聚物结合含金属污水的金属是最常用的处理方法，这种方法被称为微生物膜法(microbial biofilms)。细菌(如芽孢杆菌、不动杆菌、色杆菌、链霉菌)、酵母菌(如酵母属、假丝酵母属)等许多微生物都能产生大量胞外多聚物，而这些阴离子多聚物对金属有很强的亲和力。活的和死亡的生物膜都具有吸附能力。常见的生物膜被固定在一个支撑物体上，而污水则流过这个支撑物体，使污水得到净化(图11-11)。产生生物膜生物的混合物生长在支撑物上，并不断提供新的生物膜。例如活的不动杆菌属的一些种的生物膜被用于从污水中去除铀。色杆菌属一些种的生物膜和生物量都可被用于从污水中回收镉、铅、铜和锌等。无生命的芽孢杆菌属的一些种的生物量制剂相对于其他金属来说能有效结合镉、铬、铜、汞和镍。微生物生物量从污水中回收金属的成功已促使几种生物量产品的商业化生产。例如Bioclaim和Bio-fix就是用于处理金属污水的商业产品，它们是固定化的无生命的微生物制剂。此外微生物生物膜还被用于处理金属污染的海水，不过所用微生物是海洋细菌，如迷人德莱氏菌(Deleya venustas)和一种莫拉氏菌。同样微生物生物膜也能用于去除生活污水中的金属。在生活污水处理中，重要的生物膜形成生物是动胶菌属、克雷伯氏菌属和假单胞菌属的一些种。处理后污水从污水处理厂排放前通过沉淀从污水中去除结合金属。

图11-11　微生物生物膜用于从污染水流中去除金属的示意图

除了利用微生物处理金属污水外，湿地处理也是一种被广为应用的方法。湿地处理是一种费用-效益好、效率高的从污水(如酸矿水)中去除金属的方法。金属浓度的降低通常高于90%。湿地生物修复的机制包括:微生物对金属的吸附、金属的生物富集、细菌对金属的氧化和硫酸盐还原。此外，湿地中高等植物和藻类的生长又使湿地产生大量的有机质，这又促进了硫酸盐还原微生物的生长和有机物对金属的吸附。在处理过程中，有多种多样的作用方式可以促进从水体中去除有毒金属，但金属不被破坏。由于任何环境的变化都可能对金属的去除产生反作用，因此对湿地要不断监控。例如，pH值的下降可能会导致沉淀金属的溶解，对湿地沉积物的扰动可能会改变氧化还原条件并导致还原态金属的氧化。湿地是一个有弹性的系统，随着新植物的生长和有机质的输入，湿地能有效地在一段时间内去除金属。