含重金屬離子廢水的生物處理
煤礦、金屬硫化物礦山、鐵礦山是金屬污染水環境的主要來源。重金屬離子廢水一般采用物 化法進行處理，如自然凈化、化學沉淀、離子交換吸附、蒸發和電解等。生物化學法作為一種低能量消耗的處理方法，一般用于處理有機物含量較高的污水，對于重金屬離子等無機物的去除，20世紀80年代以來國內外正積極地開展研究和合作。?
1 重金屬與微生物
1.1 重金屬的抑制作用 重金屬超過某一濃度時，就會顯示出對生物的毒害作用，表1列出活性污泥處理設施中重金 屬允許濃度。?
| 銅 | 鋅 | 汞 | 六價鉻 | 三價鉻 | 鐵 | 鉛 | 鎘 | 砷 |
| 1 | 5 | 0.01 | 0.5 | 3 | 10 | 0.5 | 0.1 | 0.2 |
當曝氣池進水中含銅為5mg/L時,對于去除BOD5的阻礙率為15%；含鋅為10mg/L時 ,BOD5去除率明顯降低;汞濃度為0.5mg/L時,不利于活性污泥的凝聚,含量為0.25mg/ L時,對BOD5的檢測過程呈現毒性;含鐵為20 mg/L時,也對BOD5的檢測過程呈現毒性;含 鉛為1mg/L以上時, 會推遲細菌繁殖,并使去除率下降；含鎘為2.5 mg/L時,對BOD5的檢測過程呈現毒性。 須藤［1］用Ilm(Median inhibitory limit，即能使比增殖速率降低50%的濃度)來評價金屬鹽對原生動物增殖速率的影響(見表2)。小口鐘蟲和蓋蟲類是活性污泥中重要的生物，在出 水良好的情況下，兩者都為優勢種類，如果其個體數下降，則說明處理水質正在下降。?
| 原生動物 的種名 | 抑制極限 | |||||
| Cu | Cr | Cd | Zn | Fe | Al | |
| 小口鐘蟲 | 0.25 | 0.53 | 0.49 | 0.90 | 0.47 | 3.4 |
| 彎豆形蟲 | 0.32 | 12.9 | 0.06 | 8.8 | 26 | 56 |
| 蓋蟲類 | 0.27 | 20.2 | 0.11 | 0.42 | 11 | 0.03 |
1.2 重金屬耐受菌 對較高濃度重金屬離子有耐受性的細菌，如假單胞桿菌屬、酵母菌和霉菌等，這些微生 物可將廢水中的重金屬離子攝入菌細胞內再去除。 友枝等人從活性污泥中分離出對汞、鉻、銅有耐受性的微球菌屬和假單胞桿菌屬的細菌，在含汞為150 mg/L，鉻為700mg/L,銅為750mg/L的條件下可以生長，重金屬被攝入后，在菌體內可溶性與不溶性部分的Hg2+和Cd2+比例為2∶8。還使用這些菌類制作了強化活性污泥，對含鉻、銅離子的廢水所進行的處理效果較好。 在霉菌、酵母菌中也有耐受性的細菌，村山等分離出對銅、鎳、鉻、鈷有耐受性的酵母菌株，這可能是微生物具有使重金屬離子向細胞內滲透的調節機構。Okamoto還分離出對銅有耐 受性的真菌［2］?。?
2 礦山酸性廢水的處理
2.1 氧化亞鐵硫桿菌 氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillus ferrooxidans?)是一種在酸性環境下生長的化能自養型菌，以CO2為碳源，通過氧化2價鐵或硫而增殖,在低pH值下生長,對重金屬的耐受性強。細菌大小為0.5μm×1.0μm，形狀呈短桿狀，末端呈半圓形，在400倍以上顯微鏡下可觀察到
4FeSO4+2H2SO4+O22Fe2(SO4)3+2H2O? Eh=0.771+0.0591lg(Fe3+/Fe2+)?
②鐵砷共沉機制? 氧化亞鐵硫桿菌對Fe2+具有強烈的氧化作用,pH=1.3～4.5時,Eh可達0.74V。酸性水中FeAsO4氧化水解的氧化還原電位是0.691，由此可以看出,它能促成 其他離子如As3+的氧化,可形成砷酸鹽與鐵的氫氧化物共沉。其后可投加石灰,利用砷 酸鈣的難溶性,分別將氫氧化鐵和砷酸鹽去除。? ③對無機硫化物的氧化? 所有硫桿菌均系借助于將S或S2O32-氧化成SO42-而生長，氧化亞鐵硫桿菌氧化Fe2+的世代周期為6.5～15h，氧化S的世代周期為10～25h(是氧化Fe2+的2倍)，故氧化S的速度遠不及氧化Fe2+的速度。對硫化物的氧化途徑為：S2-→S→S2O32-→S4O62-→SO32-→SO42-2.2 處理流程與裝置由日方所提供裝置的基本流程見圖1，菌種由當地礦山現場采集并培養而成。?
2.3 處理效果 礦山廢水中的Fe2+通過鐵氧化菌氧化成Fe3+后，可用碳酸鈣進行中和處理。應該指出，Fe2+即使在pH值達到8時也不能完全被去除，但在pH值為4時便可生成氫氧化鐵沉淀去除，這使中和劑用量和沉淀物量大大減少，降低了處理成本。? ①氧化段? 德
3 硫酸還原菌法去除重金屬
3.1 硫酸還原菌 硫酸還原菌(Sulfate Reduction Bacteria,SRB)為一種進行硫酸鹽還原代謝的厭氧菌類 ,呈革蘭氏陰性，以有機物為供電子體,硫酸鹽為電子受體，根據不同的有機物利用性能，分為8個屬：Desulfouibrio短螺旋狀，Desulfotomaculum孢子環狀，Desulfomon as環狀，Desulfobacter短環狀，Desulfococcus球狀，Desulfonema絲狀。細菌大小為0.5μm×1.0 μm，生長pH值為4.5～9.5，最佳pH值為6.5～8.0，最佳溫度 為15～45℃。3.2 SRB去除重金屬原理 厭氧生物法處理酸性礦山廢水的基本原理是將含重金屬及硫酸根離子的廢水在pH值為中性、在一定的基質濃度和厭氧環境下,用硫酸還原菌,使硫酸根離子還原成硫離子,使廢水 中的Cu、Cd、Fe、Zn等重金屬離子變成不可溶的金屬硫化物而沉淀。產生的不可溶的金屬硫 化物比傳統的中和法形成的沉淀物穩定性好，體積只是其1/4。? 2CH3CH(OH)COO-+SO42-→2CH3COO-+S2-+2CO2+2H2O(以乳酸為基質)
4HCOO-+SO42-4HCO3-+S2-(以甲酸根為基質) S2-+M2+→MS↓?3.3 反應器類型 根據載體類型和清洗難易
4 其他處理法
4.1 利用假單胞桿菌去除汞、鉻 對有機或無機汞離子，使用特定的微生物酶進行還原代謝,汞還原酶與細胞質體有依存關系，使汞離子變成金屬汞而沉淀或氣化。外村等分離出假單胞桿菌屬K62菌株［2］分解甲基汞或苯汞,并氧化成金屬汞回收。 S.silver、Marques等［8］對Cr6+離子用假單胞桿菌屬進行還原代謝。4.2 生物塘凈化法 生物塘是一個復合的水生生態系統，內有細菌、藻類、原生動物、水生植物如鳳眼蓮(Eic hornia Crassies)或魚類，在污染物的凈化中起著不同的作用，協同完成對污染物的吸收積累、分解和凈化作用。張志杰等［9］的研究結果表明，干重1kg的鳳眼蓮在7～10d可吸收鉛3.797g、鎘3.225g。?4.3 利用SR菌處理Cr6+ 中科院成都生物研究所篩選出對Cr6+具有適應性的SR復合菌處理電鍍廢水［8］，研制出固定化生物反應器，將Cr6+轉化為Cr3+后，通過反應混合沉淀將Cr、Zn等離子去除，金屬可回收。
5 結論
①重金屬與生物化學反應密切相關，含重金屬離子廢水的生物處理法作為一項新的實用技術極具潛力。 ②采用T.Ferrooxidans菌，在好氧條件下亞鐵迅速被氧
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