（环境工程专业论文）尾房生白腐真菌吸附剂的制备及其对crvi废水的吸附研究.pdf

_ 1 y 1 9 0 d 诺岑 ” p r e p a r a t i o no fm o d i f i e dw h i t e - r o tb i o m a s sb i o s o r b e n ta n d s o r p t i o nf o rc r ( v i ) c o n t a m i n a t e dw a s t e w a t e r b y z h a n gw e n j u a n b e ( e a s tc h i n aj i a o t o n gu n i v e r s i t y ) 2 0 lo at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g 1 n e n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a n u n i v e r s i t y s u p e r v i s o r a s s o c i a t ep r o f e s s o rc h e n g u i q i u n o v e m b e r , 2 0 1 0 弋 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何 献 法 校 查 有 本 改性白腐真菌吸附剂的制各及其对c r ( v i ) 废水的吸附研究 摘要 重金属污染是危害最大的水体污染问题之一。由于人类活动的影响，如矿山 开采、金属加工、金属冶炼及化石燃料的燃烧、化工生产废水、生活垃圾和施用 农药化肥等，以及天然因素的影响，如地质侵蚀、风化等，使重金属污染物进入 水体。本文讨论了各种新型高效改性技术在重金属废水处理中的应用。使用原始 吸附材料( 如微生物、有机或无机材料等) 吸附废水中的重金属时，通常呈现较 低的吸附性能。因此，研究者更多地关注提高各种吸附材料的吸附能力。本文就 采用新型、高效的物理或化学改性技术对吸附材料进行表面改造，如将高聚物接 枝融合到菌体表面、表面分子印迹吸附剂、固定化微生物、酸改性处理有机或无 机材料等进行了探讨。与常规材料相比，改性后材料对重金属的最大吸附容量大 大提高。随着各种改性技术的不断成熟，利用改性材料吸附重金属废水将成为今 后研究重金属废水处理的主流方向。 本研究利用土豆培养基对黄孢原毛平革菌进行扩大培养，对聚乙烯亚胺改性 黄孢原毛平革菌吸附剂的制备过程，并研究了改性前后黄孢原毛平革菌的结构变 化、z e t a 电位变化。比较改性前后的电镜图可知，改性后的菌种表面更加紧密； 傅立叶红外光谱结果表明，黄孢原毛平革菌表面引入了大量的胺基和羟基基团。 改性前的z e t a 电位零点出现在p h 3 左右，改造后的z e t a 电位零点出现时p h 提高 为l o 8 左右，这说明改造后黄孢原毛平革菌对阴离子吸附质具有更好的吸附性 能。 将聚乙烯亚胺改性后的白腐真菌生物表面活性剂应用于吸附废水中的 c r ( v i ) ，考察p h 、吸附时间以及重金属初始浓度对吸附的影响。结果表明，改性 菌体对c r ( v i ) 吸附的最佳p h 值为3 ；当吸附时间为3 h 时，吸附达到饱和；吸附 的最佳重金属初始浓度为2 5 0 m g l 。相对于用原菌种直接吸附，使用改性后菌种 吸附时吸附容量大大提高。在最佳条件下，最大吸附容量达到了3 4 4 8 m g g 。在 吸附过程中，溶液中出现了c r ( i i i ) ，说明有部分c r ( v i ) 还原成了c r ( i i i ) 。与其它 吸附剂相比，吸附性能得到了显著提高。 关键词：改性；重金属；黄孢原毛平革菌；吸附；c r ( v i ) ；聚乙烯亚胺 l i a b s t r a c t h e a v ym e t a lp o l l u t i o ni so n eo f t h em o s th a r m f u lp r o b l e m so fw a t e rp o l l u t i o n b e c a u s eo ft h ei n f l u e n c eo fh u m a na c t i v i t i e s ，s u c ha sm i n i n g ，m e t a lp r o c e s s i n g ，m e t a l s m e l t i n g ，t h eb u r n i n go ff o s s i l f u e l s ，h e a v ym e t a lp o l l u t a n t se n t e rt h ew a t e rb o d y a c c o m p a n y w t i h c h e m i c a l p r o d u c t i o n ，s o l i d w a s t e ，a p p l i c a t i o n o ff e r t i l i z e r s ， p e s t i c i d e s a n dg e o l o g i c a le r o s i o n ，w e a t h e r i n ga n ds o o n i nt h i sp a p e r , t h ea p p l i c a t l o n o fm a n yk i n d so fn e wa n de f f i c i e n tm o d i f i c a t i o nt e c h n o l o g i e st oh e a v ym e t a lw a s d i s c u s s e di nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t l o ws o r p t i o n c a p a c i t yu s u a l l y o c c u r sw h e n a p p l i e do r i g i n a lm a t e r i a l s ( s u c ha sm i c r o o r g a n i s m ，i n o r g a n i co ro r g a n i cm a t e r i a l s ) o n h e a v ym e t a ls o r p t i o ni nw a s t e w a t e r m o r ei n t e r e s t s a r ef o c u s e do nt h ei n c r e a s eo f m a t e r i a l s ，s o r p t i o nc a p a c i t y t h i sp a p e rs u m m a r i z e dt h es u r f a c e m o d i f i c a t i o no ft h e m a t e r i a l sv i ap h y s i c a lo rc h e m i c a lm o d i f i c a t i o nt oi m p r o v eh e a v ym e t a l sa d s o r p t i o n c a p a c i t y , s u c ha si n c o r p o r a t i n gp o l y m e ro n t ot h es u r f a c e o ft h eb a c t e r i a ，i m p r i n t i n g s u r f a c em 0 1 e c u l a ra sa d s o r b e n t ，i m m o b i l i z i n gm i c r o b eb i o m a s sa n da c i dm o d i l y i n g m a t e r i a l s a n ds oo n c o m p a r i n g w i t hc o n v e n t i o n a lm a t e r i a l s ，t h e m a x i m u m a d s o r p t i o nc a p a c i t yi n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yw h e na p p l y i n gt h e s en e wa n d e f f i c i e n t m o d i f i e dm a t e r i a l s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o d i f i e dt e c h n o l o g i e s ，t h ea p p l i c a t i o n o fm o d i f i e dm a t e r i a l sw i l lb e c o m et h em a i n s t r e a mo fh e a v ym e t a l w a s t ew a t e r t r e a t m e n ti nt h ef u t u r e p c h r y s o s p o r i u mm y c e l i a lp e l l e t w a sc u l t u r e dw i t ht h ep o t a t om e d i u m ，t h e p r e p a r a t i o no fm o d i f i e db i o s o r b e n tb yp o l y e t h y l e n i m i n e w a sd e s c r i b e da n dt h e c h a n g e so fs t r u c t u r eo nb i o m a s ss u r f a c ea sw e l la st h ez e t ap o t e n t i a lb e f o r ea n d a f t e r m o d i f i c a t i o nw e r eo b s e r v e d a c c o r d i n gt ot h es e m ，t h es u r f a c eo f m o d i f i e db i o m a s w a sm o r ec l o s e r e s u l t so fi n f r a r e ds p e c t r o s c o p ys h o w e d t h a tal a r g en u m b e ro fa m i n o g r o u p s a n d h y d r o x i d er a d i c a lg r o u p s w e r ei n t r o d u c e db yt h em o d i f i c a t i o n o f p o l y e t h y l e n i m i n e t h ep o i n to fz e r op o t e n t i a l f o rt h em o d i f i e db i o m a s si n c r e a s e d f r o mi n i t i a lp h3t oam u c hh i g h e rv a l u eo f 10 8 ，w h i c hs h o w e dt h a tt h ep e i - m o d i f i e d b i o m a s sc a nb ee x p e c t e dt op r o v i d e b e t t e ra d s o r p t i o np e r f o r m a n c ef o ra n i o n i c a d s o r b a t e st h a nt h ep r i s t i n eb i o m a s s t h em o d i f i e dpc h r y s o s p o r i u mm y c e l i a lp e l l e tw a su s e dt oa d s o r bc r ( v i ) f r o m t h ew a s t e w a t e r s o m ep a r a m e t e r ss u c ha sp h ，i n i t i a lh e a v ym e t a lc o n c e n t r a t i o n sa n d a d s o r p t i o nt i m ew e r es e l e c t e dt os t u d yt h ee f f e c to na d s o r p t i o n r e s u l t ss h o w e dt h a t t h eo p t i m a la d s o r p t i o nc o n d i t i o nw a sp h3 w h e nt h ea d s o r p t i o nt i m ew a s3 h ，t h e i i l 改性白腐真菌吸附剂的制备及其对c r ( v i ) 废水的吸附研究 s o r p t i o n r e a c h e ds a t u r a t i o n t h eo p t i m a li n i t i a l h e a v ym e n t a lc o n c e n t r a t i o nw a s 2 5 0 m g l c o m p a r e dw i t ht h ep r i s t i n eb i o m a s s ，t h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yi n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l yw h i l eu s i n gm o d i f i e db i o m a s st oa d s o r bc r ( v i ) i nw a s t e w a t e r u n d e rt h e c o n d i t i o n ，t h em a x i m u ma d s o r p t i o nc a p a c i t yo fp o l y e t h y l e n i m i n e - m o d i f i e dw h i t e - r o t b i o m a s sr e a c h e d3 4 4 8 m g g s o m ec r ( v i ) t r a n s f o r m e dt oc r ( i i i ) i nt h es o l u t i o n c o m p a r e dw i t ho t h e ra d s o r b e n t s ，t h ep e r f o r m a n c eo ft h ea b s o r b e n ti se n h a n c e d s i g n i f i c a n t l y k e yw o r d s ：m o d i f i c a t i o n ；h e a v ym e t a l ；p h a n e r o c h a e t ec h r y s o s p o r i u m ；b i o s o r p t i o n ； c r ( v i ) ；p o l y e t h y l e n i m i n e i v 硕士学位论文 目录 学位论文原创性声明i 学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 插图索引v i i i 附表索引i x 第1 章绪论1 1 1 重金属的环境污染1 1 1 1 重金属定义及其污染特点1 1 1 2 国内水环境的污染现状1 1 2 水体中重金属污染的危害2 1 2 1 重金属污染对水生动物的危害3 1 2 2 重金属污染对水生植物的危害3 1 2 3 重金属污染对人体健康的危害4 1 3 水体重金属污染的污染防治4 1 3 1 对水体重金属污染的源头控制4 1 3 2 对水体重金属污染的工程治理一5 1 3 3 消减底泥中的重金属6 1 4 水中重金属污染的治理方法6 1 4 1 稀释法、换水法6 1 4 2 化学混凝、吸附法6 1 4 3 离子还原、交换法7 1 4 4 电修复法8 1 4 5 生物修复法8 1 5 真菌的介绍及其在重金属废水处理中的作用9 1 5 1 真菌的分类及其基本特征。9 1 5 2 真菌细胞壁和他们的主要组成1 0 1 5 3 真菌生物吸附剂12 1 5 4 真菌在重金属废水处理中的作用1 3 1 6 改性材料吸附重金属废水的作用机理1 5 1 7 各种改性技术处理重金属废水的研究1 6 1 7 1 接枝技术在处理重金属废水中的应用1 6 v 改性白腐真菌吸附剂的制各及其对c r ( v i ) 废水的吸附研究 1 7 2 表面分子印迹技术在处理重金属废水中的应用1 8 1 7 3 微生物固定化技术在处理重金属废水中的应用2 0 1 7 4 酸改性技术在处理重金属废水中的应用2 1 1 7 5 其他改性技术在处理重金属废水中的应用2 3 1 8 影响吸附的因素和存在的一些问题2 4 1 9 结论与展望2 5 第2 章白腐真菌改性吸附剂的制备及其性质2 6 2 1 前言2 6 2 2 材料和方法2 6 2 2 1 仪器和主要试剂2 6 2 2 2 菌种来源2 6 2 2 3 培养基2 7 2 2 4 灭菌2 7 2 2 5 接种- 2 9 2 2 6 菌丝球的培养3 0 2 2 7 表面改性3 0 2 2 8z e t a 电位的变化3 0 2 3 结果与讨论31 2 3 1 电镜分析3 1 2 3 2 傅立叶红外光谱分析3 l 2 3 3 z e t a 电位测量3 2 2 4 结论3 3 第3 章聚乙烯亚胺改性白腐真菌对c r ( v i ) 废水的吸附研究3 4 3 1 前言3 4 3 2 材料和方法3 4 3 2 1 仪器和主要试剂3 4 3 2 2 菌种来源3 5 3 2 3 培养基3 5 3 2 4 菌丝球的培养3 5 3 2 5 吸附研究3 5 3 3 结果与讨论3 7 3 3 1p h 对吸附的影响3 7 3 3 2 吸附时间对吸附的影响4 0 3 3 3 初始浓度对吸附的影响4 2 3 3 4l a n g m u i r 与f r e u n d li c h 等温吸附模型模拟4 4 v l 硕士学位论文 3 3 5 吸附动力学研究4 5 3 3 6 吸附机制研究4 6 3 4 结 沧4 6 第4 章结论与展望4 8 4 1 研究结论4 8 4 2 研究展望4 8 参考文献5 0 致谢5 7 附录a 攻读学位期间发表的学术论文及专利目录5 8 v i l 改性白腐真菌吸附剂的制各及其对c r ( v 1 ) 废水的吸附研究 插图索引 图1 1 糖结构1 1 图1 2 纤维素、几丁质、葡聚糖、甘露聚糖的结构图1 2 图2 1 平板划线方法2 9 图2 2 支状聚乙烯亚胺在菌种表面的融合过程示意图3 0 图2 3 黄孢原毛平革菌菌丝球表面的电镜图31 图2 4 原始菌体和经p e i 改性后菌体的红外光谱图3 2 图2 5 改性前后黄孢原毛平革菌的z e t a 电位的变化图3 3 图3 1 铬标准曲线3 7 图3 2 初始p h 对改性前后菌种吸附总铬的影响3 8 图3 3 初始p h 对改性后菌种吸附c r ( v i ) 的影响3 9 图3 4 初始p h 对去除率的影响3 9 图3 5 吸附时间对改性前后菌种吸附总铬的影响4 0 图3 6 吸附时间对改性后菌种吸附c r ( v i ) 的影响4 1 图3 7 吸附时间对去除率的影响4 l 图3 8 初始浓度对改性前后菌种吸附总铬的影响4 2 图3 9 初始浓度对改性后菌种吸附c r ( v 1 ) 的影响4 3 图3 1 0 初始浓度对去除率的影响4 3 图3 1 1l a n g m u i r 吸附等温线与f r e u n d l i c h 吸附等温线4 4 v i i i 硕士学位论文 附表索引 表1 1 真菌的分类10 表1 2 生物体中的典型功能基团及有机化合物种类1 5 表1 3 各种印迹生物吸附剂吸附a g + 的吸附容量1 9 表1 4 改性海泡石对冶金废水的吸附效果2 2 表1 5c u 2 + 在改性前后锰矿吸附剂上的饱和吸附量2 3 表1 6p b 2 + 、c r 3 + 、n i 2 + 的饱和吸附量2 3 表2 1 改性前后溶液p h 变化3 2 表3 1 铬标准液吸光度3 7 表3 2 不同吸附剂对六价铬的最大吸附容量4 5 i x 硕 学位论文 1 1 重金属的环境污染 第1 章绪论 1 1 1 重金属定义及其污染特点 重金属指的是密度大于4 0 约6 0 种元素或密度大于5 0 的4 5 种元素。砷和 硒是非金属，但由于其很多环境行为和性质与重金属元素相类似，所以也将它划 分为重金属元素。在环境污染研究过程中，重金属多指c d 、h g 、p b 、c r 以及类 金属a s 等生物毒性很明显的元素；其次是指有一定毒性的一般元素，如z n 、c u 、 c o 、n i 、s n 等。 重金属污染的特点是：( 1 ) 除被悬浮物带走的外，会因吸附和沉淀作用而富集 在底泥中，成为长期的次生污染源；( 2 ) 水中各种有机配位体( 腐蚀质等) 和无机配 位体( 氯离子、硫酸离子、氢氧离子等) 会与其生成螯合物或络合物，导致重金属 有更大的溶解度而使已进入底泥的重金属又可能重新释放出来；( 3 ) 重金属活性与 毒性随价态的变化而变化。其形态又随氧化还原条件及其p h 而转化。( 4 ) 重金属 在危害环境方面的特点是：微量的浓度即可产生毒性( 一般为l 1 0m g l ，汞、镉 为0 0 1 0 0 0 1m g l ) , 在微生物的作用下还会转化为毒性更强的有机金属化合物； 可被生物体富集，通过食物链进入人体，造成慢性中毒。亲硫重金属元素( 汞、镉、 铅、锌、硒、铜、砷等) 与人体组织某些酶的巯基( s h ) 的亲合力特别大，因此能 抑制酶的活性，亲铁元素( 铁、镍) 可在人体的脾、肾、肝内累积，抑制精氨酶的 活性。c f 6 + 可能是核酸和蛋白质的沉淀剂，可抑制细胞内谷胱甘肽还原酶的活性， 导致高铁血红蛋白，可能致癌，过量的钒和锰则能损害神经系统的机能。 1 1 2 国内水环境的污染现状 中国水体的重金属污染问题已经十分突出，江河湖库的底质污染率高达8 0 1 【l 】。2 0 0 3 年黄河、松花江、淮河、辽河等的十大流域的流域，以及重金属超标 断面的污染程度均为劣v 类；2 0 0 4 年太湖底泥中的t c u 、t p b 、t c d 含量都处于轻 度污染的水平；黄浦江干流表层沉积物中，元素c d 超背景值2 倍、p b 超背景值1 倍； 在苏州河中，元素p b 全部超标、元素c d 为7 5 超标、元素h g 为6 2 5 超标；在大 宝山矿区水体重金属的c d 、c “n i 、c u 、z n 、h g 、p b 等都存在严重的超标现象。 城市河流有3 5 1 1 的河段出现了t h g 超地表水i i i 类水体标准，1 8 4 6 的河段出现 了t c d 超过i i i 类水体标准，2 5 的河段出现了t p b 有超标的样本出现。由长江、珠 江、黄河等河流携入海的重金属污染物总量大约为3 4 万t ，对海洋水体的污染危 害巨大。在全国近岸海域海水采样的样品中，p b 的超标率高达6 2 9 ，最大值超 改性白腐真菌吸附剂的制备及其对c r ( v i ) 废水的吸附研究 过一类海水标准4 9 0 倍；c u 的超标率为2 5 9 ，h g 和c d 含量也有超标现象。大连 湾6 0 测站沉积物的c d 含量超标，锦州湾部分测站排污口邻近海域沉积物z n 、c d 、 p b 的含量超过第三类海洋沉积物质量标准。国外同样存在水体重金属污染问题， 如波兰由采矿和冶炼废物导致约5 0 的地表水达不到水质三级标准。可见，水体 重金属污染已成为全球性的环境污染问题。 此外，由于矿山的开采、金属冶炼废水的排放、污水灌溉等人为因素的影响， 导致重金属污染物在土壤中积累，使农产品的质量和产量下降。从第二次污水灌 区环境质量状况调查以及往年有关调查结果可以看出，广西有些农产品已受到某 种程度的重金属污染，其中以稻子受污染最为严重。对桂北某电镀厂附近土壤、 水体和植物的调查结果显示，水体中n i 、c u 超标分别达到5 3 1 5 倍、9 6 倍，受纳 水体底泥中的重金属含量超过农用污泥标准( g b 4 2 8 4 8 4 ) 允许限值，又由于附 近农田采用受污染的河水灌溉，农田土壤中重金属含量逐年上升，导致污灌区水 稻重金属含量超标，其中铬超标达4 5 1 倍，对人体身心健康造成了严重威胁。广 东省浈水河的水体由于铅锌矿区的矿尾砂和矿区废水的大量排放，以至沉积物及 悬浮物中z n 、p b 、c d 含量较高，因此导致下游地区的污染隐患。湖南省吉首市 湖泊由于生活污水和工业废水的大量排放，水体中的大肠菌群严重超标，重金属 含量超过国家标准。 我国七大水系的调研结果表明：1 9 9 5 年长江水系重金属c d 污染仅次于h g 、 c o d 、b o d 和挥发酚；黄河水系中有1 6 7 的断面总c d 含量超标；淮河干流总c d 含量的超标率为1 6 7 ；海滦河总c d 含量的平均超标率为1 6 7 8 3 9 ：大辽河 水系受污染较轻，在对所统计的2 6 个国控湖泊、水库的监测中发现了不同程度的 c d 污染问题，污染程度仍次于h g 污染。1 9 9 1 1 9 9 5 年有关部门对国内城市河流、 七大水系及湖泊水库的监测中发现c r 和p b 是比较普遍的重金属污染物。水体中的 重金属通过粮食、直接饮水和食用被污水灌溉过的蔬菜等途径进入人体内，严重 威胁着人们的身体健康。 1 2 水体中重金属污染的危害 重金属在水体中积累到一定的浓度就会对水体水生植物水生动物系统 产生严重的危害，并可能通过食物链直接或间接地影响到人类的身心健康，例如 人体若摄取了过多的钼元素就会导致痛风样综合症、关节痛以及畸形、肾脏受损， 并有生长发育迟缓、动脉硬化、结蒂组织变性等病症。当前，儿童铅中毒、砷中 毒、重金属致胎儿畸形等事件也屡有发生，使重金属污染成为关系到人类身体健 康和生命的重大环境问题；又如日本由于汞污染引发的“水俣病 和由于镉污染 引发的“骨痛病 就是典型例证。因此可以说水体中的重金属污染已经成为当今 世界上最严重的环境问题之一，而如何科学有效地控制重金属对水体的污染已经 2 硕士学位论文 成为世界各国政府以及广大环保工作者研究的热点。 重金属进入水生生态系统以后，分布于水生生态系统的各个组分中，对生态 系统各组分产生影响( 即生态效应) 。当生物体内重金属积累到一定数量后，就会 出现受害症状，生理受阻、发育停滞，甚至死亡，并使整个水生生态系统结构和 功能受损、崩溃。 1 2 1 重金属污染对水生动物的危害 在野外调查研究的基础上，在实验室内研究有关河蚬的重金属生物毒性也在 不断开展，不仅对河蚬个体、器官、组织等的重金属残留进行测定，还对贝类指 示生物的生理( 呼吸) 、生化( 酶活性) 等进行致毒研究。d e l a t o r r e 等【2 l 报道了重金 属c d 等对鱼大脑乙酰胆碱酯酶活性的影响。重金属进入水体后，可能会对水生动 物的生长发育、生理代谢等过程产生一系列的影响。黄雪琴等f 3 】采用江蚬作为指 示生物，从酶学角度探讨了c d 污染与江蚬体内的碱性磷酸酶之间的关系，研究结 果表明c d 对碱性磷酸酶的活性有明显的抑制作用。周新文等【4 】报道了c u 、z n 、p b 、 c d 形成的复合污染对鲫鱼d n a 合成的抑制作用。梁君荣等【5 】通过试验分析了不同 的z n 、p b 、c u 、c d 离子浓度对中国鲎胚胎发育及胚胎致畸率的影响。吴贤汉等【6 】 研究表明，海水中的重金属离子如：c u ”、z n ”、c r ( v i ) 的含量超过一定浓度会引 起文昌鱼中毒，使其身体渐成弯曲状而死亡。a 1 y o u s u f 等【7 】研究了z n 、c u 、m n 的积累对鱼身长、性别的影响。此外，有研究表明重金属对水生动物的遗传表达 也会产生很大的影响。k o w k 等【8 】研究了重金属c u 、z n 毒性对罗非鱼和鲤鱼金属 硫蛋白基因表达的影响，由于罗非鱼暴露于重金属离子中，肝脏和鳃中的金属硫 蛋白m r n a 的表达受到显著影响。 1 2 2 重金属污染对水生植物的危害 藻类在水体中属于初级生产者，在水生生态系统食物链中起着非常重要的作 用。人们可以利用藻类及水生生物的敏感性来监控水体中的重金属污染。如浩云 涛等【9 】在电镀厂附近的水塘中利用一种小球藻( c h l o r e l l a e l l i p s o i d e a ) ，研究了不同 浓度的重金属c u 、z n 、n i 、c d 对小球藻生长的影响。r a s h e d 1 0 】通过鱼体内各器 官重金属含量的测定来监控纳赛尔湖水环境的重金属。o e r t e 1 l 】研究利用植物和动 物作为多瑙河水生生态系统重金属水平的生物监测器。大量研究表明，重金属会 对水生植物的生长产生一定的毒害作用。k a l a d h a r a r p 等t 坨】研究表明：重金属通过 进入水体后，一旦被水生植物藻类吸收，将引起藻类生理功能与生长代谢紊乱， 抑制其产生光合作用，减少细胞色素，导致细胞畸变、组织坏死，甚至还会引起 藻类中毒死亡，从而改变自然环境中藻类的组成。阎海等【1 3 , 1 4 1 研究报道了z n 、c u 、 m n 抑制月形藻、蛋白核小球藻生长的毒性效应，从藻细胞试验可以看出，金属 离子的不同及其与藻细胞亲合性的不同是导致金属离子抑制蛋白核小球藻生长毒 3 改性白腐真菌吸附剂的制各及其对c r ( v 1 ) 废水的吸附研究 性差异的主要原因。杨红玉等【”】研究了c d 能破坏某些绿藻的叶绿素，导致光合作 用下降，并对蛋白核小球藻和斜生栅藻的呼吸作用产生一定的影响，还会抑制苹 果酸脱氢酶的活性。孔繁翔等【l6 】研究了不同的z n 等重金属浓度对羊角月牙藻的生 长进度、蛋白质含量、a t p 水平等的影响，结果表明，金属离子抑制了羊角月牙 藻的生长速率，陈愚等【1 7 】的研究表明，一定浓度的金属c d 能诱导硝酸还原酶的活 性，抑制超氧化物歧化酶的活性，从而破环其抗氧化防御系统。g h a t e 1 8 】等研究 结果表明，p l a g i o c h a s m aa p p e n d i c u l a t u m 对h g 敏感，叶状体损伤和影响叶绿素含量。 陈国祥等【1 9 】研究了h g 、c d 对莼菜越冬芽光合膜光化学活性及多肽组分的影响。 1 2 3 重金属污染对人体健康的危害 重金属一旦进入人体后，由于不易排泄，随着其在人体内不断蓄积，对人体 健康的危害是多方面、多层次的，其毒理作用主要表现在影响胎儿正常发育、造 成生殖障碍、降低人体素质等。重金属p b 、s e 、m n 等通过水体直接或间接进入食 物链后，能严重地耗尽体内贮存的维生素c 、f e 和其他必需的营养物质，导致免 疫系统防御能力下降，子宫内的胚胎生长停滞和其他一些残疾。j e n s e n 等【2 0 】在报 道环境污染对咸海地区的儿童健康的影响中也提到重金属污染对儿童健康的危 害。重金属能抑制人体化学反应酶的活动，使细胞质中毒，从而伤害神经组织， 还可导致直接的组织中毒，损害人体解毒功能的关键器官肝、肾等组织。例如， h g 、p b 、c d 等重金属及s e 已被列为剧毒物进行重点防治。目前的研究结果表明， c r 、c o 、n i 、c d 、s e 等重金属元素均具有致癌、致畸、致突变等危险【2 1 1 。 1 3 水体重金属污染的污染防治 对于重金属污染防治问题，我国将从四个方面展开防治工作：一是全面开展各 种重金属污染防治的执法大检查，集中检查重点行业、重点区域、重点企业等的 环境安全隐患和污染治理等情况；二是申请重金属污染防治专项资金。三是组织 编制重金属污染防治规划；四是加强重金属危害和卫生防护科普宣传。 对水体中重金属的治理而言，一方面要减少外源性污染物的排放，另一方面 要改善内源性环境。减少外源性重金属的进入，大力控制污水中重金属的排放， 建立污水处理厂；调节水质的氧化特性和酸碱度，以控制河流中重金属向水体排 放；对严重污染的底泥进行治理，抑制底泥对河水的二次污染；进行水体生态修 复与重建，栽植一些耐性较强且速生的植物萃取底泥中的重金属；开展植树造林， 防止水土流失是减轻重金属污染、迁移扩散的途径。 1 3 1 对水体重金属污染的源头控制 一旦水体被污染，将会对整个生态系统产生严重的影响，并且对污染水体的 4 硕士学位论文 净化将消耗大量的人力、物力和财力。因此，首先要采取源头控制的对策，预防 水体的污染。一方面加强法制建设，依法管理水资源，另一方面查明污染源，对 排污总量加以限制，遏制水污染不断恶化的趋势，对采矿点、冶金部门等，更要 严格监督、管理和控制，同时改革生产工艺，不用和少用毒性大的重金属，采用 合理的工艺流程，科学管理和操作，减少重金属用量和随废水流失量，加强以流 域为单元的水资源管理和水源地保护。 1 3 2 对水体重金属污染的工程治理 水体重金属污染的日趋严重已引起全社会的关注。现在除严格控制各种污水 的排放外，另一项重要工作就是采取有效措施治理、净化被污染的水体，并实现 废水的再生回用。目前常用的废水净化处理技术主要有三类，即物理处理法、化 学处理法和生物处理法。 1 3 2 1 物理和化学方法 传统的处理重金属污水的物理和化学方法很多。包括沉淀法、螯合树脂法、 高分子捕集剂法、天然沸石吸附法、膜技术、活性炭吸附工艺、离子交换法等【2 2 ，2 3 1 。 另外还有电解法、氧化还原法和铁氧体法等。它们虽然具有净化效率高、周期较 短等优点，但是也各有缺点，如螯合树脂不能通过毒性检验，因此在食品工业和 饮用水处理中被禁止使用；膜法的选择性小，排出较高浓度的水需进一步处理； 并且这些方法大多流程长、操作麻烦、处理费用较高【2 4 , 2 5 】。郑兆芳【2 6 】研究报道 在废水中加入f e c l 2 、消石灰和高分子凝聚剂，可使s e 与c a 、m g 、f e 、p b 等形 成氢氧化物沉淀，从而去除水中的s e 。而采用氢氧化物聚集沉淀法可去除废水中 的c d 和p b ，也可利用活性炭法将污水中h g 的含量降至o 0 1 - 0 0 5m g l ，另据报 道，采用离子交换树脂法可使废水中的h g 含量降至0 0 2m g l 。 1 3 2 2 生物处理法 由于常规水处理方法有投资大、成本高、工艺复杂等缺点，以及重金属污染 物在水中浓度低等特点，中外学者已研发出一种有效、低廉且简便易行的水质净 化方法一生物处理法。国外，g r o u d e v a 等【2 7 1 ( 2 0 0 1 ) 对用生物修复水体的重金属 污染作了最新的综述。国内，吴涓等【2 4 1 ( 1 9 9 8 ) 概述了重金属生物吸附的研究进 展，进行处理的生物材料，可以是藻类，还可以是发酵工业中的废弃菌丝体、细 菌、放线菌、酵母菌和霉菌等。p r a k a s h a m 等【2 8 】( 1 9 9 9 ) 报道了根霉对c r 6 + 吸附。 泥炭、冬青属的栎屑等经试验证明都可做生物吸附剂。水生植物风眼莲、香蒲、 芦苇、水芹菜等也可以吸收积累水体中的重金属元素，净化水质。湿地植物也是 一类很重要的材料。印度芥菜苗可以通过根瘤过滤、积聚重金属。此外，海藻去 除水溶液中的镉也已有报道【2 5 1 。水体有害重金属的生物修复技术有着广泛、低廉 5 改性白腐真菌吸附剂的制备及其对c r ( v i ) 废水的吸附研究 的原材料及很好的前景。 总之，在应用中必须根据重金属污染的种类及程度，选择适当的一种方法或 多种方法结合起来使用，如水体中含有大量及微量不同种类的重金属，可以经离 子交换吸附大量重金属元素后，再利用生物吸附微量的重金属元素，进一步净化 水质。 1 3 3 消减底泥中的重金属 底泥中的重金属在一定的物理和化学条件影响下会向水体释放，从而导致水 体水质恶化。对于治理水体中的各种重金属而言，一方面是减少外源性污染物的 排放，另一方面是改善内源性环境。因此提出了如下的对策：( 1 ) 减少外源性重 金属的排放，尽可能建立污水处理厂。( 2 ) 调节水体的酸碱度和水质的氧化特性， 这对于河流底泥中的重金属向水体释放起到控制作用，以免造成二次污染。 ( 3 ) 对严重污染的底泥的治理：对