摘要：本文主要探討(tǎo)了重金屬廢水治理(lǐ)技術(shù)工程的處理(lǐ)方法，基因工程技術(shù)在微生(shēng)物治理(lǐ)重金屬廢水中的應用及工藝流程的改造。

關鍵詞：重金屬廢水;微生(shēng)物;工程改造

有色金屬工業在采礦、選礦和冶煉生(shēng)産過程中，都(dōu)産生(shēng)廢水，根據其來(lái)源可(kě)分(fēn)爲采礦廢水、選礦廢水、冶煉廢水、加工廢水有色金屬廢水成分(fēn)較複雜，常含有CuCrbPzn、CdAs等多種重金屬，并且具有水質水量波動大(dà)的特點。含重金屬廢水具有較高的毒性，如(rú)果不對其進行有效處理(lǐ)，其進入環境會危害人(rén)體(tǐ)健康，污染土(tǔ)壤，存在一定的環境風(fēng)險，具有污染範圍廣、危害程度大(dà)的特點。

傳統的重金屬廢水處理(lǐ)技術(shù)包括化學沉澱法、碳吸收法、離(lí)子交換法、蒸發法以及膜處理(lǐ)法等等，但(dàn)普遍具有難處理(lǐ)低濃度廢水，易造成二次污染等缺點。相(xiàng)比于傳統的治理(lǐ)技術(shù)，生(shēng)物治理(lǐ)技術(shù)具有成本低、适于處理(lǐ)低濃度廢水、無二次污染等優點。

一、微生(shēng)物治理(lǐ)法

利用細菌、真菌的生(shēng)化代謝作(zuò)用，将重金屬元素與水體(tǐ)分(fēn)離(lí)或降低其毒性，從(cóng)而達到廢水治理(lǐ)的目的。特别适用于重金屬含量不高，有機(jī)物含量較高的污水處理(lǐ)。

(一)吸附法

菌體(tǐ)細胞壁富含的多糖類和糖蛋白(bái)具有羟基、巯基、羧基、氨基等官能團，使其具有良好的金屬離(lí)子吸附性能。因此，用菌體(tǐ)細胞做吸附劑，可(kě)獲得(de)理(lǐ)想的處理(lǐ)效果。Puranik 等通過Pb2+、Zn2+的真菌吸附試驗，得(de)出離(lí)子等量代換的試驗結果，指出離(lí)子交換是微生(shēng)物吸附重金屬的主要機(jī)制。

微生(shēng)物吸附法依細胞活性可(kě)分(fēn)爲活細胞吸附法和死細胞吸附法，活細胞吸附過程包括胞外吸附和胞内轉移;死細胞吸附隻有胞外吸附過程，這裡(lǐ)的吸附法主要指死細胞的胞外吸附。死細胞吸附法具有不受離(lí)子濃度及營養物質等生(shēng)長條件(jiàn)限制、無需進行代謝産物處理(lǐ)等優點，由發酵工業産生(shēng)的藻類、海草、微生(shēng)物殘體(tǐ)等都(dōu)是應用前景廣闊的生(shēng)物吸附劑。死細胞吸附作(zuò)用按生(shēng)物種類不同又可(kě)分(fēn)爲真菌吸附、藻類吸附、細菌吸附、植物共生(shēng)菌吸附等。Ozdemir 等從(cóng)活性污泥中提取出人(rén)蒼白(bái)杆菌(Oobactrumanthropi)的死細胞菌體(tǐ)，并用其進行含鉻(VI)、镉(II)、銅(II)的廢水處理(lǐ)研究，取得(de)較好的處理(lǐ)效果。

回收廢水中的貴重金屬時，傳統吸附法所用微生(shēng)物不易與水體(tǐ)分(fēn)離(lí)，成爲其應用瓶頸。趨磁細菌(MTB)細胞體(tǐ)内含有呈鏈狀排布的鐵磁性顆粒(即磁小體(tǐ))，使細胞具有永磁偶極矩和磁定向性，在外加磁場作(zuò)用下，MTB 能定向運動，易于通過磁分(fēn)離(lí)器與溶液分(fēn)離(lí)。因此，以MTB 作(zuò)爲吸附載體(tǐ)的研究逐漸成爲熱(rè)點問(wèn)題。宋慧平等研究了單元體(tǐ)系和三元體(tǐ)系中MTB 對Au3+，Cu2+和Ni2+的吸附特性，結果表明，MTB 對三元體(tǐ)系中的Au3+具有很高的吸附選擇性，且吸附速率很大(dà)，在短(duǎn)時間内達到完全吸附。MTB 對Au3+的吸附選擇性和自(zì)身(shēn)的趨磁特性爲從(cóng)含金廢液中回收金提供了一種全新高效的方法。

(二)代謝法

微生(shēng)物通過還(hái)原反應可(kě)使重金屬離(lí)子沉澱或降低其毒性。對于SO42-含量較高的重金屬污水，常利用以硫酸還(hái)原菌(SRB)爲主的厭(yàn)氧微生(shēng)物在厭(yàn)氧狀态下還(hái)原高價态的重金屬離(lí)子，并與硫酸鹽還(hái)原菌産生(shēng)的S2-化合生(shēng)成金屬硫化物沉澱，從(cóng)而達到分(fēn)離(lí)重金屬離(lí)子的目的。

随着研究的不斷深入，人(rén)們發現了越來(lái)越多的可(kě)用于重金屬處理(lǐ)的菌種。例如(rú)，矽酸鹽細菌除對COD和BOD 有明顯處理(lǐ)能力外，對銅、鉻等元素也有明顯的處理(lǐ)效果。對矽酸鹽細菌的重金屬廢水處理(lǐ)機(jī)理(lǐ)進行了研究，對作(zuò)用機(jī)理(lǐ)做出三種假設：微生(shēng)物細胞表面的生(shēng)物吸附作(zuò)用;胞外多聚物的絮凝作(zuò)用;有機(jī)酸和氨基酸與重金屬離(lí)子絡合降低其毒性。

Sadettin 等研究了Phorium sp.對人(rén)工合成活性染料及Cr6+的生(shēng)物富集作(zuò)用，試驗結果表明，在pH爲8.5、溫度45℃時，該種菌系對Cr6+的初始耐受濃度分(fēn)别爲5.8mg/L~19.9mg/L，當染料濃度爲12.5mg/L時Cr6+的生(shēng)物富集量最大(dà)。Cr6+的去(qù)除過程可(kě)分(fēn)爲三個階段：價鍵作(zuò)用結合到微生(shēng)物細胞表面、轉移到細胞内部、Cr6+胞内還(hái)原爲Cr3+進而毒性降低。其中胞内還(hái)原爲毒性降低機(jī)理(lǐ)的主要過程。利用這種細菌，可(kě)同時去(qù)除重金屬離(lí)子及對傳統生(shēng)物處理(lǐ)方法有抗性的活性染料，效果顯著，因此在印染等化工廢水處理(lǐ)方面有較好的應用前景。

(三)絮凝法

生(shēng)物絮凝法是利用微生(shēng)物或微生(shēng)物産生(shēng)的具有絮凝能力的代謝物進行絮凝沉澱的一種除污方法。生(shēng)物絮凝劑又稱第三代絮凝劑，是帶電荷的生(shēng)物大(dà)分(fēn)子，主要有蛋白(bái)質、黏多糖、纖維素和核糖等。

目前普遍接受的絮凝機(jī)理(lǐ)是離(lí)子鍵、氫鍵結合學說(shuō)。

期刊文章(zhāng)分(fēn)類查詢,盡在期刊圖書(shū)館前述矽酸鹽細菌處理(lǐ)重金屬廢水可(kě)能的機(jī)理(lǐ)之一就(jiù)是生(shēng)物絮凝作(zuò)用。目前對于矽酸鹽細菌絮凝法的應用研究已有很多[10-11]，有些已取得(de)顯著成果。運用基因工程技術(shù)，在菌體(tǐ)中表達金屬結合蛋白(bái)分(fēn)離(lí)後，再固定到某些惰性載體(tǐ)表面，可(kě)獲得(de)高富集容量絮凝劑。Masaaki Terashima 等利用轉基因技術(shù)使E.coli表達麥芽糖結合蛋白(bái)(pmal)與人(rén)金屬硫蛋白(bái)(MT)的融合蛋白(bái)(pmal-MT)并将純化的pmal-MT 固定在Chitopeara 樹(shù)脂上，研究其對Ca2+和Ga2+的吸附特性，該固定了融合蛋白(bái)的樹(shù)脂具有較強的穩定性，并且其吸附能力較純樹(shù)脂提高十倍以上。

二、基因工程技術(shù)在微生(shēng)物治理(lǐ)重金屬廢水中的應用

運用基因工程技術(shù)構建具有高效降解能力的菌株是目前的研究熱(rè)點，國(guó)内外學者均進行了大(dà)量研究，主要緻力于應用基因工程技術(shù)，在微生(shēng)物表面表達特異性金屬結合蛋白(bái)或金屬結合肽進而提高富集容量，或在微生(shēng)物細胞膜處表達特異性金屬轉運系統的同時，在細胞内表達金屬結合蛋白(bái)或金屬結合肽，從(cóng)而獲得(de)具有高富集容量和高選擇性的高效菌株。構建出的菌株處理(lǐ)能力均顯著提高，高選擇性重組菌的構建使得(de)廢水中重金屬的再資源化成爲可(kě)能。

由于人(rén)們對大(dà)腸杆菌的認識較深入，且其具有緻病性弱，對生(shēng)長環境要求不高，易于檢查和培養的優點，适于作(zuò)污水處理(lǐ)菌。目前研究中多以大(dà)腸杆菌爲受體(tǐ)菌，運用基因重組技術(shù)構建出多種高效菌株。Deng 等構建的基因重組菌E.coli JM10，在含鎳廢水的處理(lǐ)試驗中，對Ni2+富集能力比原始菌株增加了6倍多。Zhao 等的研究表明，基因工程菌E.coli JM109較宿主菌具有更強的Hg2+耐受性和更高的Hg2+富集量，去(qù)除率達96%以上。

Sousa 等構建了表達酵母金屬硫蛋白(bái)(CUP1)、哺乳動物金屬硫蛋白(bái)(HMT21A)和外膜蛋LamB 的融合蛋白(bái)的基因工程菌E.coli，該菌種的Cd2+富集能力比原始宿主菌提高15 倍~20 倍。鄧旭等研究了轉MT-like 基因衣藻對不同重金屬離(lí)子的抗性和對Cd2+的富集行爲，結果表明，轉基因衣藻對Pb2+、Zn2+和Cd2+三種重金屬離(lí)子的抗性得(de)到明顯增強，其中以對Zn2+的抗性增強最爲顯著。轉基因藻對Cd2+的富集能力經MT-like 蛋白(bái)表達後較野生(shēng)藻細胞有較大(dà)增加，最大(dà)達到144.48μmol/g，爲野生(shēng)藻的8.3 倍。

曾文爐等以轉mMT-Ⅰ聚球藻7002 爲對象，研究了其在含Cd2+、Pb2+和Hg2+的培養基中的生(shēng)長特性及其對重金屬的淨化性能，結果表明，無論從(cóng)生(shēng)長速率還(hái)是對重金屬的耐受特性來(lái)看(kàn)，轉mMT-Ⅰ聚球藻7002 均明顯優于野生(shēng)藻。

三、工藝流程的改造

爲了便于管理(lǐ)和減少改建的投資，鉛冶煉廠(chǎng)對原有的污酸和酸性污水處理(lǐ)工藝進行了技術(shù)改造，污酸和酸性污水分(fēn)類收集儲存後進行化學中和處理(lǐ)系統、電絮凝處理(lǐ)系統(電化學反應器)、化學沉澱微濾系統(高效氣浮池、碳濾池和錳砂濾池)、深度處理(lǐ)系統(膜處理(lǐ)系統包括納濾系統、反滲透系統、高壓反滲透系統)集中處理(lǐ)，中和系統産生(shēng)的廢渣集中存放(fàng)在綜合渣庫(鈣渣危廢處置庫)。

工藝當中采用的電化學處理(lǐ)技術(shù)能較好的實現廢水的淨化以及重金屬的回收，采用催化複合碳闆和鐵闆作(zuò)爲極闆。當含重金屬廢水流經電化學反應區時，在外加電流作(zuò)用下，重金屬在陽極和陰極分(fēn)别發生(shēng)氧化、還(hái)原反應，将自(zì)由态或是結合态的重金屬在陰極析出，回收重金屬元素。

膜處理(lǐ)技術(shù)是一種新型分(fēn)離(lí)技術(shù)。深度處理(lǐ)系統部分(fēn)的工藝爲納濾+ 反滲透，目的是進一步去(qù)除重金屬和分(fēn)離(lí)出溶解固體(tǐ)鹽的有效方法。納濾膜應用于本項目處理(lǐ)含低濃度重金屬廢水具有操作(zuò)壓力低、水通量大(dà)等優勢，不僅可(kě)以使90% 以上的廢水純化，而且可(kě)同時使重金屬離(lí)子含量濃縮10倍，濃縮後的重金屬具有回收利用價值。反滲透膜可(kě)确保廢水中的鹽度被去(qù)除，處理(lǐ)後的水質優良，能确保完全達到地表水Ⅲ類标準，使出水能完全循環再利用。針對本工程中的各個膜處理(lǐ)部分(fēn)分(fēn)别設置了清洗系統，以保持系統的正常運行。

總結

有色金屬工業含重金屬廢水的深化處理(lǐ)是“ 十二五” 節能減排的要求，也是未來(lái)重金屬廢水處理(lǐ)的發展趨勢。采用合适的深度處理(lǐ)工藝對含重金屬廢水的處理(lǐ)，能夠在回收重金屬、削減重金屬排放(fàng)量，減少新鮮用水量上取得(de)較好的環境效益。有色金屬工業含重金屬廢水的深化處理(lǐ)仍存在造價較爲高昂，管理(lǐ)技術(shù)要求高等瓶頸，未來(lái)的研究應開發較爲成熟低廉的深化處理(lǐ)工藝，同時滿足經濟和環保的需求，以便進一步推廣。