（环境工程专业论文）微生物絮凝剂捕集水中cuⅡ、pbⅡ的优化及机理研究.pdf

o p t i m i z a t i o na n dm e c h a n i s ms t u d yo fb i o s o r p t i o no fc u ( i i ) a n d p b ( i i ) f r o ma q u e o u ss o l u t i o n sb ym i c r o b i a l f l o c c u l a n t so fm b f g a1 b y g a ow a nc h a o b e ( t a i y u a nu n i v e r s i t yo f s c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ) 2 0 0 9 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 fs c i e n c e e n v i r o n m e n t a le 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 nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o ry a n gz h a o h u i p r o f e s s o rz e n gg u a n g m i n g m a y ，2 0 1 1 本人郑 研究成果。 集体己经发 已在文中以 作者签 本学位 留并向国家 阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书。 2 不保密团。 ( 请在以上相应方框内打”) 作者签名：j 南乃怒 翩签名：楣 日期： 2o f 日期： 2 0 ，f 阪 _ 年l f 月2 日 年乡月2日 硕士学位论文 暑詈鲁詈皇詈詈詈詈= 皇皇= 喜篁皇詈皇皇葛喜喜皇喜葛昔皇皇暑鲁昌= 喜詈= 皇詈皇葛葛= = 詈詈詈詈詈詈暑鲁兽昌昌暑暑詈暑昌昌鲁皇詈暑昌! 罩暑= = 暑= 詈詈喜鲁昌皇鼍暑鲁皇暑暑皇詈詈詈詈搴暑罩詈詈詈 摘要 近年来，随着我国经济社会的迅猛发展和城镇化进程的不断推进，人口数量 持续增长，人们生活水平稳步提高，生活污水及工业废水的产生量不断递增、成 分越来越复杂。由于现阶段全国范围内统一有效地污水排放监管体系尚未完善， 复杂废水的处理技术瓶颈有待突破，大量未经处理或未达标的污( 废) 水肆意排 放，造成各大流域内水环境恶化现象频发，严重威胁到我国有限的水资源，并在 一定程度上危害到人们的生命健康。工农业生产活动中产生各种重金属废水，隶 属难生物降解、毒性大、处理成本高、易通过食物链富集后危害人体安全的废水。 在己报道的各类重金属污染突发事件中，c u ( i i ) 、v b ( i i ) 污染的事件频发，严重 影响到周围环境的生物多样性及人们的生命安全，因此，对废水中的c u ( i i ) 、p b ( i i ) 进行处理技术的深入研究及革新已势在必行。目前处理含c u ( i i ) 、p b ( i i ) 废水的 常用方法有：化学沉淀、离子交换、化学氧化或还原、反渗透、电渗析、超滤、 溶剂萃取等，但是这些方法都有一定的局限性，如处理费用居高不下、操作条件 较难控制、易形成二次污染物等诸多问题。生物法具有选择性强、效率高、消耗 少、费用低等优点，近年来，越来越多的被应用于重金属废水处理的研究中，在 此类研究中，生物吸附剂一直是研究者关注的重点，相比之下，人们对于微生物 絮凝剂处理重金属废水的研究尚处于起步阶段，更鲜于其重金属捕集机理的探索。 本研究以微生物絮凝剂m b f g a l 为重金属捕集剂，对溶液中c u ( i i ) 、p b ( i i ) 进行捕集，研究了微生物絮凝剂m b f g a l 对c u ( i i ) 、p b ( i i ) 的捕集性能。采用单 因素静态实验对影响m b f g a l 捕集c u ( i i ) 、p b ( i i ) 的5 个主要影响因素：p h 值、m b f g a l 投加量、c a c l 2 投加量、搅拌速度和搅拌时间进行了实验分析，并 在单因素静态实验的基础上通过b b d ( b o x b e h n k e nd e s i g n ) 响应面优化法对 m b f g a l 捕集水中c u ( i i ) 的过程进行了优化，设定5 个影响因子分别为p h 值、 m b f g a l 投加量、c a c l 2 投加量、搅拌速度和搅拌时间，响应值为c u ( i i ) 的去除 率。同时，结合f t i r 图对m b f g a l 捕集c u ( i i ) 的相关机理进行了初探。结果表 明，不同的因子对其捕集效果的影响不同，各自都有一定的规律：影响m b f g a l 捕集c u ( i i ) 的显著性因素为m b f g a l 投加量和搅拌速度，相对来说m b f g a l 投 加量的影响作用尤为明显；当p h 为7 2 3 ，m b f g a l 投加量为2 4 7 5 m g l ，c a c l 2 投加量为2 9 2 5m g l ，搅拌速度为1 3 0 9 0 r m i n 和搅拌时间为4 7 7 9 s 时，m b f g a l 对c u ( i i ) 捕集的效果达到最佳，c u ( i i ) 的实测浓度为0 0 8m g l ，去除率达9 9 6 8 ， 捕集容量为3 0 3 4 3 m g g 。影响m b f g a l 捕集p b ( i i ) 的显著性因素为m b f g a l 投 加量和p h ，相对来说p h 的影响作用尤为明显；当p h 为9 0 ，m b f g a l 投加量 n 微生物絮凝剂捕集水中c u ( i i ) 、p b ( i i ) 的优化及机理研究 为3 3 m g l ，c a c l 2 投加量为4 0 m g l ，搅拌速度为2 0 0 r m i n 和搅拌时间为1 2 0 s 时， m b f g a l 对p b ( i i ) 捕集的效果达到最佳，p b ( i i ) 的实测浓度为0 0 5 m g l ，去除率 达9 9 8 。最后结合f t i r 图，对m b f g a l 捕集c u ( i i ) 的相关机理进行了初探， 发现m b f g a l 中对c u ( i i ) 起捕集作用的基团主要是羟基、羰基、乙酰基、c o o 、 芳香环，以化学捕集为主，为物理捕集为辅。本研究结果显示微生物絮凝剂 m b f g a l 对于废水中的c u ( i i ) 和p b ( i i ) 具有很好的捕集效果，且该絮凝剂经 济，无二次污染。 关键词：微生物絮凝剂m b f g a l ；捕集；c u ( i i ) ：p b ( i i ) ；优化；机理 h i 硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n d u s t r ya n da g r i c u l t u r ea n dt h e g r o w t ho fp o p u l a t i o n ，t h ea m o u n to fl i v i n gs e w a g ea n dp r o d u c t i o ns e w a g ec o n s t a n t l y i n c r e a s e d ，a n d t h ee l e m e n t si n s e w a g e b e c o m em o r e c o m p l e x t h ee f f i c i e n t s u p e r v i s o r ys y s t e m si ns e w a g ed i s c h a r g ea r ei m p e r f e c t i o ni nt h ew h o l ec o u n t r ya t p r e s e n t s oi t i sn e e d e dt ob r e a kt h r o u g ht h eb o t t l e n e c k so ft r e a t i n gt e c h n o l o g yo f c o m p l e xs e w a g e a b u n d a n ts e w a g ew i t h o u td i s p o s e o ri s d i s q u a l i f i c a t i o n w a s d i s c h a r g e dw a n t o n l y ，w h i c hh a db r o u g h tas e v e r et h r e a ti nw a t e rr e s o u r c e ，a n de v e n t h r e a t e nt h el i f ea n dh e a l t ho fp u b l i c t h ew a s t e w a t e rd i s c h a r g e di na c t i v i t i e so f v a r i o u si n d u s t r i a la n d a g r i c u l t u r a l c o n t a i n s h e a v y m e t a l i o n ，w h i c h i sn o b i o d e g r a d a b l ea n dh i g h l yt o x i c ，a n ds o m eo ft h e mc a nb eb i o l o g i c a l l ye n r i c h e da n d t h e nl e a dt oh e a l t hh a z a r dt h r o u g hb i o l o g i cc h a i n a m o n gt h ev a r i o u sh e a v ym e t a l p o l l u t i o ni n c i d e n t s ，c u ( i i ) a n dp b ( i i ) a c ta sp o l l u t i o ns o u r c e sa r eb e c o m i n gm o r e a n dm o r ef r e q u e n t t h e s ei n c i d e n t ss e r i o u s l yi n f l u e n c et h eb i o l o g i c a ld i v e r s i t ya n d t h eh e a l t ho fh u m a nb e i n g t h i ss u g g e s t san e e df o rd e a l i n go ft h ei ns e w a g e a t p r e s e n t ，t r e a t m e n tt e c h n i q u e so fw a s t e w a t e rc o n t a i n sc u ( i i ) a n dp b ( i i ) i n c l u d e c h e m i c a lp r e c i p i t a t i o n ，i o ne x c h a n g em e t h o d ，c h e m i c a lo x i d a t i o no rr e d u c t i o n ， r e v e r s eo s m o s i s ，e l e c t r o o s m o s i s ，u l t r a f i l t r a t i o ns o l v e n te x t r a c t i o n ，a n ds oo n b u t t h e s em e t h o d sh a v es o m el i m i t a t i o n ss u c ha sh i g ht r e a t i n gc o s t s ，h a r dt oc o n t r o lt h e o p e r a t i n gc o n d i t i o n s ，e a s yt ob r i n ga b o u ts e c o n d a r yp o l l u t i o n ，e t c w h i l eb i o l o g i c a l t r e a t m e n ti ss u p e r i o rf o ri t ss t r o n gc h o i c e ，h i g he f f i c i e n c y ，l i t t l ec o n s u m e sa n dl o w c o s t ，a n di sw i d e l yu s e di ns t u d yo ft r e a t m e n ti nh e a v ym e t a ls e w a g e t h es t u d yo f b i o - a d s o r b e n ti su s u a l l yb e i n gt h ef o c a lp o i n t ，b u ti nc o n t r a s t ，t h es t u d yo fm i c r o b i a l f l o c c u l a n t si ss t i l li nt h ei n i t i a ls t a g e ，a n dt h u si t i sr a r ei nt h ee x p l o r a t i o no f m e c h a n i s mo fg a t h e r i n gh e a v ym e t a l s i nt h ep r e s e n tw o r k ，m i c r o b i a lf l o c c u l a n t so fm b f g a1w a sa p p l i e da sd t c rt o c o l l e c tc u ( i i ) a n dp b ( i i ) f r o ma q u e o u ss o l u t i o n a n dt h ea d s o r p t i o np e r f o r m a n c eo f m b f g a 1t oc a p t u r ec u ( i i ) a n dp b ( i i ) w a ss t u d i e d s i n g l e f a c t o rt e s t sw e r ea p p l i e d t os t u d yt h ef i v em a i nf a c t o r s i n f l u e n c es u c ha sp h ，m b f g a ld o s a g e ，c a c l 2 c o n c e n t r a t i o n ，s p e e do fs t i ra n dt i m eo fs t i r a n dt h eb o x - b e h n k e nd e s i g n ( b b d ) m e t h o d o l o g yw a se m p l o y e dt oo p t i m i z i n gt h er o u t i n eo fm b f g a 1w i t hf i v ef a c t o r s ： p h ，m b f g a 1d o s a g e ，c a c l 2c o n c e n t r a t i o n ，s p e e do fs t i ra n dt i m eo fs t i ri nr e m o v a l i v o fc u ( i i ) a n dp b ( i i ) f r o ma q u e o u ss o l u t i o n ，w i t ht h er e m o v a lr a t e o fc u ( i i1a n d 肋【1 1 ) a sr e s p o n s ev a l u e i nt h em e a n w h i l e ，t h i ss t u d ya l s oi n v e s t i g a t et h er e l e v a n t m e c h a n i s m so fm b f g a li nc o l l e c t i n gc u ( i i ) b yf t i r r e s u l t ss h o w e dt h a t ，i m p a c t o fe a c hf a c t o ri s d i f f e r e n t ，a n da l lp r e s e n ti t so w nr e g u l a r i t y t h es i g n i f i c a n tf a c t o r s t h a t1 n f l u e n c et h ec o l l e c t i n ge f f e c to f c u ( i i ) w e r em b f g a 1 d o s a g ea n ds p e e do fs t i r ， b u tr e l e v a n t l y ，f a c t o ro fm b f g a 1 d o s a g ew a sp a r t i c u l a r l ye v i d e n tt h a ns t i r r i n gs p e e d a n dt h eo p t i m a lf l o c c u l a t i n gc o n d i t i o n sf o rc u ( i i ) w e r ei n c o n d i t i o no fp h7 2 3 ， m b f g a l2 4 7 5 m g l ，s t i r r i n gs p e e d1 3 0 9 0 r m i na n d s t i r r i n g t i m e4 7 7 9 s r e s p e c t i v e l y ，u n d e rw h i c hc i r c u m s t a n c e st h ea c t u a lm e a s u r e m e n to fc u ( i i ) w a s0 0 8 m g l ，r e m o v a lr a t ew a sm o r et h a n9 9 6 8 a n dt h ec a p t u r ec a p a c i t yw a s 3 0 3 4 3 m g g 1 h es l g n i f i c a n tf a c t o r st h a ti n f l u e n c et h ec o l l e c t i n ge f f e c to fp b ( i i ) w e r em b f g a 1 d o s a g ea n dp h ，w h i l ei nc o n t r a s t ，p hh a dam o r eo b v i o u se f f e c tt h a nm b f g a l d o s a g e f h eo p t i m a l f l o c c u l a t i n gc o n d i t i o n sf o rp b ( i i ) w e r ei n c o n d i t i o n so fp h9 0 ， m b f g a l3 3 m g l ，s t i r r i n gs p e e d2 0 0 r m i na n ds t i r r i n gt i m e12 0 s ，r e s p e c t i v e l y ， w h e nt h ea c t u a lm e a s u r e m e n to fp b ( i i ) w a so 0 5 m g l ，a n dm b f g a la c h i e v e da r e m o v a lr a t eo f9 9 8 f i n a l l y ，t h er e m o v a lm e c h a n i s m w a sd i s c u s s e db yc o m b i n e d w i t hf t i ri m a g e sr e s u l t ，a n df o u n dt h a tc h e m i c a l g r o u p si nm b f g a 1s u c ha st h e n y d r o x y l ，c a r b o n y l ，e t h a n o l y ，c o - oa n da r o m a t i cn u c l e u sp l a ya ni m p o r t a n tr 0 1 ei n a d s o r b i n gc u ( i i ) a n dp b ( ) c h e m i c a le f f e c ti sd o m i n a t ea n dp h y s i c a li ss u b s i d i a r v 1 n r e m o v m gc u ( i i ) a n dp b ( i i ) i nt h i s s t u d y ，t h er e s u l t ss h o wt h a tm i c r o b i a l f l o c c u l a n t so fm b f g a 1i s e c o n o m i c a l l ya n de n v i r o n m e n t a l l yag o o da b s o r b e n ti n r e m o v i n gc u ( i i ) a n dp b ( i i ) f r o mw a s t e w a t e r k e yw o r d s ：m i c r 。b i a lf l o c c u l a n t so fm b f g a 1 ；c a p t u r e ；c u ( i i ) ；p b ( i i ) ； o p t i m i z i n g ；m e c h a n i s m v 学位论文原创性声明及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 v 插图索引v i i i 附表索引i x 第1 章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 重金属废水的来源及危害l 1 2 1 重金属废水的来源l 1 2 2 重金属污水的危害2 1 3 重金属废水处理的研究进展一4 1 3 1 化学处理法4 1 3 2 物理法一6 1 3 3 生物法一8 1 4 微生物絮凝剂的研究概况9 1 4 1 产絮凝剂微生物种类9 1 4 2 影响微生物絮凝剂生成的因素1 0 1 4 3 微生物絮凝剂的物质结构和组成1 1 1 4 4 微生物絮凝剂的特点1 2 1 4 5 微生物絮凝剂的絮凝机理1 2 1 4 6 微生物絮凝剂的研究进展1 3 1 5 本课题研究的意义及内容1 7 第2 章微生物絮凝剂m b f g a l 对c u ( i i ) 、p b ( i i ) 的捕集特性影响研究1 9 2 1 实验材料1 9 2 1 1 微生物絮凝剂m b f g a l 的制备1 9 2 1 2 实验用试剂2 1 2 1 3 实验溶液制备2 1 2 2 实验仪器设备一2 2 2 3 实验分析方法2 2 2 3 1 c u ( i i ) 、p b ( i i ) 浓度的测定2 2 2 3 2c u ( i i ) 、p b ( i i ) 的捕集率计算2 2 v 1 微生物絮凝剂捕集水中c u ( i i ) 、p b ( 1 1 ) 的优化及机理研究 2 4 实验设计方法2 3 2 5 m b f g a l 对c u ( i i ) 捕集特性影响研究2 3 2 5 1 捕集p h 值试验2 3 2 5 2 捕集m b f g a l 投加量试验2 4 2 5 3 捕集c a c l 2 投加量试验2 5 2 5 4 捕集搅拌速度试验2 6 2 5 5 捕集搅拌时间试验2 6 2 6 m b f g a l 对p b ( i i ) 捕集特性影响研究2 7 2 6 1 捕集p h 值试验2 7 2 6 2 捕集m b f g a l 投加量试验2 8 2 6 3 捕集c a c l 2 投加量试验2 9 2 6 4 捕集搅拌速度试验3 0 2 6 5 捕集搅拌时间试验3 0 2 7 本章小结31 第3 章微生物絮凝剂m b f g a l 对c u ( i i ) 捕集的响应面优化3 3 3 1b b d 实验设计3 3 3 2b b d 实验优化结果及分析3 4 3 3 验证实验4 2 3 4 本章小结4 2 第4 章微生物絮凝剂m b f g a l 对c u ( i i ) 捕集的红外光谱分析4 3 4 1 红外光谱分析4 3 4 2 本章小结4 4 结语4 5 参考文献4 7 附录a ( 攻读学位期间所发表的学术论文目录) 5 5 致谢5 6 硕上学位论文 插图索引 图1 1 微生物絮凝剂的吸附架桥絮凝的示意图1 3 图2 1 经过喷金处理后g a l 的扫描电镜图1 9 图2 2m b f g a l 的扫描电镜图2 0 图2 3p h 值对m b f g a l 捕集c u ( i i ) 的影响2 3 图2 4m b f g a l 投加量对m b f g a l 捕集c u ( i i ) 的影响2 4 图2 5c a c l 2 投加量对m b f g a l 捕集c u ( i i ) 的影响2 5 图2 6 搅拌速度对m b f g a l 捕集c u ( i i ) 的影响2 6 图2 7 搅拌时间对m b f g a l 捕集c u o i ) 的影响2 7 图2 8p h 值对m b f g a l 捕集p b ( i i ) 的影响2 8 图2 9m b f g a l 投加量对m b f g a l 捕集p b ( i i ) 的影响2 9 图2 1 0c a c l 2 投加量对m b f g a l 捕集p b ( i i ) 的影响2 9 图2 1 1 搅拌速度对m b f g a l 捕集p b ( i i ) 的影响3 0 图2 1 2 搅拌时间对m b f g a l 捕集p b ( i i ) 的影响3 l 图3 1c a c l 2 投加量和搅拌时间对c u ( i i ) 捕集率影响的等高线图3 7 图3 2c a c l 2 投加量和搅拌时间对c u ( i i ) 捕集率影响的三维曲面图3 7 图3 3p h 值和m b f g a l 投加量对c u ( i i ) 捕集率影响的等高线图3 8 图3 4 p h 值和m b f g a l 投加量对c u ( i i ) 捕集率影响的三维曲面图3 9 图3 5 p h 值和搅拌速度对c u ( i i ) 捕集率影响的等高线图4 0 图3 6p h 值和搅拌速度对c u ( i i ) 捕集率影响的三维曲面图4 1 图3 7p h 值和c a c l 2 投加量对c u ( i i ) 捕集率影响的等高线图4 1 图3 8p h 值和c a c l 2 投加量对c u ( i i ) 捕集率影响的三维曲面图4 2 图4 1 微生物絮凝剂吸附c u ( i i ) 前后红外光谱图4 3 微生物絮凝剂捕集水中c u ( 1 i ) 、p b ( i i ) 的优化及机理研究 附表索引 表1 1 处理含重金属离子废水的乳状液膜体系7 表1 2 絮凝剂的分类一9 表1 3 产絮微生物种类1 0 表1 4 部分微生物产絮凝剂的最佳培养条件1 0 表1 5 微生物絮凝剂的物质属性、组成和相对分子质量1 1 表1 6 部分微生物絮凝剂的主要应用领域1 4 表1 7 微生物产生的生物大分子对金属的处理效果1 4 表2 1 实验所需主要仪器设备一览表2 2 表2 2 测试方法2 2 表3 1b b d 实验设计因素水平及编码3 4 表3 2b b d 设计及实验结果3 4 i x 受到严重威胁。近几年来我国工业废水和生活污水排放量以每年约1 8 亿m 3 的速度 递增，其中8 0 未经处理直接排入水域【2 - 3 1 。特别是采矿、冶炼、化工、电镀、电 子、制革等行业的发展，以及民用固体废弃物的不合理填埋和堆放，在各种工业 生产和居民生活活动中产生了大量严重的水体污染，而这些污染之中，含重金属 的工业废水对环境污染最为严重，对人类的危害也最大，事故性排放重金属污染 物以及大量施用化肥和农药，也会使得各种重金属污染物进入水体，重金属污染 物具有治理难，在水体中稳定性高的特点，当重金属在水体中积累到一定的浓度 就会对水体，水生动植物产生严重危害，并可能通过食物链直接或间接影响到人 类的自身健康，此可以说水体重金属污染已成为当今世界最严重的环境问题之一， 而如何有效科学的解决重金属对水体的污染已经成为世界各国政府以及环保工作 者研究的热点之一【4 j 。 1 2 重金属废水的来源及危害 重金属是指原子序数介于2 1 8 3 之间的金属元素或相对密度大于4 9 c m 3 的金 属，如f e 、m n 、c u 、z n 、c d 、h g 、n i 、c o 等。自然环境在未受人类活动影响时， 各种重金属都有其自然存在量或浓度( 本底值) 。通常，不同环境介质中各种重 金属的本底值都是非常低的。 1 2 1 重金属废水的来源 重金属在各个行业中广泛使用，这就不可避免的导致重金属废水来源广泛。 其中工业废水是一个主要来源，如金属矿山、有色冶炼、钢铁、电镀、石油化工 等行业产生的废水中都含有不同浓度、种类、存在形态的重金属。 金属矿山行业具有需水量大、产生的废水量多且废水多为酸性重金属废水的 特点。这使它成为重金属废水排放的主要来源之一。总体来说，金属矿山行业产 生重金属废水的途径主要有：金属矿山开采场中的排水、金属矿石加工后所产生 的废弃物堆置厂内的淋浸水以及选矿厂排出的洗矿或尾矿废水等。因金属矿山种 存在，地壳中的平均丰度为5 5 m g k g 。铜是对淡水和海洋生物最具有毒性的重金 属之一，它通常在某些生物种中被累积，当浓度刚刚超过生物生长和繁殖所必需 的浓度时就可引起不可逆的有害作用。与低等动物相比，鸟和哺乳动物对铜有抵 抗性，但高浓度铜对小鸭子和牲畜是致命的【7 1 。我国新颁布的第五版生活饮用 水卫生标准( g b 5 4 7 9 2 0 0 6 ) 将铜列为一般化学指标，并规定其浓度不得超过 1 0 m g l 。 ( 2 ) 铅( p b ) 铅在自然界主要以硫化物( 方铅矿) 形式存在，几乎不以单质状 态存在，其地壳丰度为1 4 m g k g 。铅的化合物在水中溶解度很小，因此淡水中铅 的含量较低，约为o 0 6 - 1 2 0 1 t g l 。我国规定铅的标准为：铅作为饮用水检测指标 的毒性指标，其浓度不得超过0 0 1 m g l ( 生活饮用水卫生标准g b 5 4 7 9 2 0 0 6 ) ， 连续灌溉用水的含铅容许浓度不得高于5 m g l 。 铅可以通过食物链传递和积累，可与体内一系列蛋白质、氨基酸的内官能团 络合，干扰机体许多方面的生化和生理，最终危害人体健康。铅慢性中毒的主要 症状有神经衰弱症候群、中毒性多发性神经炎、中毒性脑病、间质性肾炎或肾萎 2 缩 卫生问题，人们发现即使是微量( o 0 0 1g g ) 的铅也能导致儿童智力下降，身高和 体重降低以及弱视和贫血等，这种破坏一旦产生，很难修复或不可修复1 8 】。 ( 3 ) 锌( z n ) 锌是自然界中分布较广的金属元素之一，其主要以硫化锌、氧 化锌的状态存在。此外，锌通常与铅、铜、镉的矿物共生，其在地壳岩石圈中的 平均含量为7 0 m g k g 。我国规定，生活饮用水的锌含量不得超过1 0 m g l ，地面水 中锌的最高容许量为1 0 m g l ，工业废水中锌及锌化合物的最高排放浓度为 5 0 m g l ，而美国规定灌溉用水中锌的最高容许浓度为5 0 m g l 。锌是动植物必需 的微量营养元素，但过量的锌对动植物也会有伤害，锌对鱼类和其他水生生物的 毒性比对人类和恒温动物大许多倍。 ( 4 ) 铬( c r l 铬是一种变价金属元素，广泛存在于自然环境中。一般，铬及其 化合物在天然水体中含量甚微，对生态系统的影响较小。世界海水中铬的正常含 量约为0 0 2 1 x g l ，淡水铬含量在0 1 - 4 0 1 x g l 范围内，平均值为1 0 i _ t g l ，其中河水 中溶解态铬含量为0 5 1 x g l 。我国规定生活饮用水中c r 6 + 的浓度不超过0 0 5 m g l ， 地面水中c r 3 + 和c r 6 + 的最高容许量分别为o 5 m g l 和0 0 5 m g l ，渔业用水中铬的最 高容许浓度为o 0 5 m g l ( c r 6 + ) 。铬是人体必需的微量元素之一，铬的生理功能主要 是对某些酶系统有促进作用，协助胰岛素进行糖和脂肪的代谢以及维持正常的胆 固醇代谢。不同价态的铬对生物毒性不同，但不管对植物还是动物，六价铬的毒 性远远高于三价铬。由于六价铬具有强氧化性，特别是在酸性溶液中，六价铬与 有机酸反应还原成三价铬，因此引起健康障碍的主要原因是六价铬化合物。 ( 5 ) 镉( c d ) 镉在自然界常与锌共存，且多以硫化镉和碳酸镉形式存在于 锌矿中。海水中镉含量为0 1 i x g l ，天然淡水中镉的含量通常为0 0 1 - 3 i - t g l ，而世 界淡水平均含镉量为0 0 5 1 x g l 。镉不是人体必需的微量元素，若长期摄入低浓度 的镉可导致慢性中毒。动物试验证明，镉属于三致物质。我国规定生活饮用水的 镉最高限制浓度为0 0 1 m g l ( 生活饮用水卫生标准g b 5 4 7 9 2 0 0 6 ) ，地表水 中镉的最高浓度为0 0 1 m g l ( 地表水环境质量标准g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ，城镇污 水处理厂排放水中镉的最高排放浓度为0 1 m g l ( 城镇污水处理厂污染物排放 标准g b1 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 。镉对机体的危害主要体现在：肾脏损伤、肺部损害、 骨骼损害、心血管损害、睾丸损害、致癌致畸作用和引发贫血等几个方面1 9 】。 ( 6 ) 汞( h g ) 汞是亲铜元素，地壳丰度为0 0 8 m g k g 。化学性质和地球化 学行为与镉相似，但氧化还原电位很高，常以金属状态存在，但极易挥发，更具 迁移性，属活跃的水迁移元素。汞的无机化合物在土壤中可被腐殖质和部分粘土 很好地吸收，其中甲基汞最易被植物所利用【1 0 】，汞化合物进入人体被血液吸收后， 可迅速扩散到全身各器官，汞的毒作用的分子基础主要是h 9 2 + 极易与蛋白质上的 s h 或s s 结合，从而改变蛋白质的活性。我国规定生活饮用水的汞最高限制浓 微生物絮凝剂捕集水中c u ( i i ) 、p b ( i i ) 的优化及机理研究 0 0 0 1 m g l ( 生活饮用水卫生标准g b 5 4 7 9 2 0 0 6 ) ，地表水中汞的最高浓 0 0 0 1 m g l ( 地表水环境质量标准g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ，城镇污水处理厂排放 总汞的最高排放浓度为0 0 0 1 m g l ，烷基汞不得检出( 城镇污水处理厂污染 放标准g b1 8 9 1 8 - - 2 0 0 2 ) 。此外，甲基汞还会引起神经系统的损害，使中 经细胞变性、脱落，产生感觉障碍。 ( 7 ) 砷( a s ) 砷广泛分布于自然环境中，其在地壳中的丰度为1 8 m g k g 。世 洋水中可溶态砷的含量为2 6 9 9 l ，淡水中溶解态砷含量为2 9 9 l ，我国规定 水和渔业用水中砷的最高浓度为0 0 4 m g l 。砷很早就被确定为有毒元素，但 有研究表明，砷有助于血红蛋白的合成，促进生物生长，随意砷可能还是一 命必需元素。砷的毒性不仅取决于浓度，还取决于其化学形态。低浓度的五 是无毒的，但三价砷却是剧毒物。工业中的砷绝大多数以三价态存在，增加 的危害。砷的毒性是累积性的，而且哺乳动物常对砷有耐受性。砷中毒的主 状为皮肤病变，神经、消化和心血管系统发生障碍等。砷还能引起皮肤癌、 癌、肝癌和肺癌等。 重金属废水处理的研究进展 由于重金属无法被分解或破坏，因此，只能通过其存在形态的改变等方式方 达到降低浓度、减小潜在危害的目的。为保证水资源的可持续利用，解决水 的污染问题，如何有效地治理重金属污染已成为世界关注的热点课题之一 目前已开发应用的对含重金属废水的处理方法主要有3 类：一是通过发生化 应除去废水中重金属离子的方法；二是保证废水中的重金属在化学形态不改 条件下进行吸附、浓缩和分离的方法，主要有吸附、溶剂萃取、离子交换和 离等方法；三是通过微生物絮凝的作用去除废水中重金属的方法【1 2 】。根据重 废水处理原理，又可将上述3 类方法分为物理处理法、化学处理法、物理化学 物处理结合法【l3 1 。城市污水和生产污水中的污染物是多种多样