固定化技術在重金屬廢水處理中的應用 應用案例

1、水處理微生物應用案例固定化技術在重金屬廢水處理中的應用：以“利用太湖藍藻固定化處理重金屬污水研究”為例1.水體的重金屬污染重金屬污染是危害最大的水污染問題之一。重金屬通過礦山開采、金屬冶煉、金屬加工及化工生產(chǎn)廢水、化石燃料的燃燒，施用農(nóng)藥化肥和生活垃圾等人為污染源，以及地質(zhì)侵蝕、風化等天然源形式進入水體，加之重金屬具有毒性大，在環(huán)境中不易被代謝，易被生物富集并有生物放大效應等特點，不但污染水環(huán)境，也嚴重威脅人類和水生生物的生存。鎘（Cd）作為列入國家危險廢物名錄的重金屬廢物的組成元素之一，是對人體有害的元素，鎘常與鋅、鉛等共生。環(huán)境受到鎘污染后，鎘可在生物體內(nèi)富集，通過食物鏈進入人體，引起慢性

2、中毒，嚴重時可引起骨痛病。重金屬不像其他環(huán)境污染物一樣可以通過分子降解的形式從環(huán)境中消失，只能通過一定的途徑從環(huán)境中分離。然而傳統(tǒng)的理化廢水處理方法不僅費用昂貴，而且還會造成大量的二次污染。生物富集的重金屬廢水處理方法則可以有效地克服傳統(tǒng)理化廢水處理方法的這兩大弱點。2.案例的項目介紹本案例通過研究怎么使用污染太湖水的藍藻通過固定技術高效、節(jié)能、經(jīng)濟、環(huán)保地進行富含重金屬污水的處理。本案例以從太湖藍藻中分離到的具有重金屬吸附作用的微囊藻為研究對象，通過對微囊藻的固定、對照和比較固定藻和懸浮藻對于污染水體中重金屬元素Cu、Pb、Hg的凈化效率，對固定化藻去除污水中重金屬的原理及固定化藻細胞的生理

3、變化進行初步研究和探討，為藻類吸附劑吸附處理重金屬污水的工業(yè)應用提供依據(jù)。太湖的現(xiàn)狀：自2007年，太湖藍藻爆發(fā)，使得附近居民飲用水遭到威脅，人們更為認識到太湖的主要污染源藍藻進行處理的必要性。3.項目的意義案例中研究將用有別于傳統(tǒng)處理污水重金屬的環(huán)節(jié)繁瑣、工作過程冗長、處理成本高的方法，利用太湖藍藻對污水進行成本低、食欲處理低濃度廢水、無二次污染的處理。同事水體富營養(yǎng)化時銅綠微囊藻嚴重污染水體，屬于水體污染物質(zhì)，如能將其有效用于水體重金屬污染治理，可化害為利，同時使兩種污染得到治理，應用前景廣闊。4.項目的創(chuàng)新及特色利用造成太湖水華等污染現(xiàn)象的罪魁禍首藍藻作為研究對象，通過對藍藻研究其重金屬

4、鎘的媳婦能力的強弱，打破以往傳統(tǒng)的物理化學的污水處理方法，同時將其有效利用于水體重金屬污染治理，可化害為利。5.實施方案（1）進行為期半年的微囊藻的擴大培養(yǎng)；（2）對微囊藻的生理生化特性進行研究；（3）進行不同濃度的金屬鎘對微囊藻生長影響的實驗，并測試微囊藻對重金屬鎘的吸附作用。 下圖為微囊藻的培養(yǎng)示意圖。6.項目成果通過文獻查找，發(fā)現(xiàn)微囊藻生物量的生長情況和OD值（吸光度）有良好的對應關系，所以使用分光光度計進行微囊藻的生物量測定，取OD=680。當每組試驗每天的平均增長率低于5%時，認為該組試驗已達到最大現(xiàn)存量，即可停止測定。水華微囊藻（Microcystis flos-aquae）FAC

5、HB1028和銅綠微囊藻（Microcystis aerugnosa）FACHB912 被認為是最常見的水華藍藻，屬于淡水湖泊富營養(yǎng)化所導致的藍藻水華中的優(yōu)勢總?cè)海谔姓加休^大比重，故選擇兩種藻類進行研究和比較。（1）銅鋁微囊藻的培養(yǎng)情況第1-3天微囊藻生物量變化較小，是處于生長的延遲期，肉眼觀察培養(yǎng)基，顏色與接種時無明顯變化。第4天起，微囊藻的生物量以較快的速度增長，培養(yǎng)基中顏色明顯加深，并成懸濁狀，說明已到了對數(shù)生長期；到第8天，藻類生物量達到最大值，培養(yǎng)基內(nèi)顏色達到最深并仍然呈懸濁狀，未見水華狀群體；從第9天、10天起，微囊藻的生物量開始穩(wěn)定并開始下降，銅綠微囊藻生長進入穩(wěn)定期和衰亡

6、期，溶液中微囊藻開水出現(xiàn)水華狀群體群。銅綠微囊藻液體培養(yǎng)的生長曲線如下圖所示：（2）水華微囊藻的生長情況第1-2天微囊藻生物量變化較小，是處于生長的延遲期，肉眼觀察培養(yǎng)基，顏色與接種時無明顯變化。第3天起，微囊藻的生物量以較快的速度增長，培養(yǎng)基中顏色明顯加深，并成懸濁狀，說明已到了對數(shù)生長期；到第6天，藻類生物量達到最大值，培養(yǎng)基內(nèi)顏色達到最深并仍然呈懸濁狀，未見水華狀群體；從第7、8天起，微囊藻的生物量開始穩(wěn)定并開始下降，銅綠微囊藻生長進入穩(wěn)定期和衰亡期，溶液中微囊藻開水出現(xiàn)水華狀群體群。其水華微囊藻液體培養(yǎng)的生長曲線如下圖所示：（3）研究方法鎘Cd是重要的重金屬污染物之一。鎘在水體中有較高

7、溶解度，對生物有較高的毒性，在水生生態(tài)系統(tǒng)中已檢測到它的廣泛分布。為此，為此我們研究重金屬鎘對水華微囊藻和銅綠微囊藻的生長的影響以及兩種微囊藻對鎘的吸附作用，以藻液的吸光度和重金屬的去除率作為衡量的指標。（4） 重金屬鎘對兩種微囊藻生長的影響 通過測定不同Cd濃度下兩種微囊藻的吸光度，可分別繪制其生長曲線。以初始濃度為D680=0.020的兩種微囊藻作為測試藻類，研究2,4,8,16mg/L的不同重金屬Cd濃度對兩種微囊藻生長的影響結(jié)果，結(jié)果如下圖所示。從上圖中可以看出，未經(jīng)重金屬Cd的處理（CK）的兩種微囊藻呈對數(shù)生長，受重金屬Cd處理的兩種微囊藻在生長上受到了不同程度的抑制作用，重金屬Cd

8、濃度越高，受處理的藻體在培養(yǎng)期間生長越慢，培養(yǎng)到第8天時，藻液的吸光度越低，當Cd濃度達到16mg/L時甚至在對數(shù)生長期就停止了生長，表現(xiàn)為吸光度不再升高。下圖為培養(yǎng)第4天和培養(yǎng)結(jié)束時的生長情況比較圖。對于水華微囊藻，當Cd濃度達到8mg/L時，藻細胞在培養(yǎng)期間幾乎沒有生長跡象，即藻細胞無法達到生長大于死亡的狀態(tài)。因此，可推斷本實驗條件下，水華微囊藻能接受的一個Cd濃度闕值大致在8mg/L；而銅綠微囊藻相應的闕值則在16mg/L左右。（5）藍藻對不同濃度的重金屬Cd的吸附作用對初始重金屬Cd濃度分別為2,4,8,16mg/L的兩種微囊藻進行培養(yǎng)試驗，并測定了不同培養(yǎng)時間的培養(yǎng)液中重金屬Cd的濃

9、度，計算了兩種微囊藻對Cd的去除率，并以此作為評價吸附作用的指標，結(jié)果如圖。從上圖可以看看出，兩種微囊藻對重金屬Cd都有吸附作用，且銅綠微囊藻對Cd的吸附要比水華微囊藻的吸附作用大。另外，通過比較第2,5,8天重金屬C大的去除率可以發(fā)現(xiàn)，在第2天去除率普遍小于40%；當重金屬Cd的濃度大于8mg/L時，第5天的去除率則與第8天結(jié)束時的去除率相差不超過10%；當濃度小于8mg/L時，其去除率相差均大于20%。這說明兩種微囊藻對低濃度的重金屬Cd具有更好的吸附作用，兩種微囊藻的吸附作用有限，并且不會隨培養(yǎng)時間而增加。銅綠微囊藻的生長周期大約是8天，6天左右時，生物量達到最大值；水華微囊藻的生長周期大約是10天，8天左右的時候其生物量達到最大值。重金屬Cd對實話微囊藻和銅綠微囊藻的生長均有較大的抑制作用，并且重金屬Cd濃度越高，抑制效果越明顯。8mg/L和16mg/L是本實驗條件下抑制兩種微囊藻生長的闕值濃度，高于此濃度，兩種微囊藻體制生長，