含重金属离子废水的生物处理　

煤矿、金属硫化物矿山、铁矿山是金属污染水环境的主要来源。重金属离子废水一般采用物 化法进行处理，如自然净化、化学沉淀、离子交换吸附、蒸发和电解等。生物化学法作为一种低能量消耗的处理方法，一般用于处理有机物含量较高的污水，对于重金属离子等无机物的去除，20世纪80年代以来国内外正积极地开展研究和合作。?

1　重金属与微生物

1.1　重金属的抑制作用 重金属超过某一浓度时，就会显示出对生物的毒害作用，表1列出活性污泥处理设施中重金 属允许浓度。?

当曝气池进水中含铜为5mg/L时,对于去除BOD5的阻碍率为15%；含锌为10mg/L时 ,BOD5去除率明显降低;汞浓度为0.5mg/L时,不利于活性污泥的凝聚,含量为0.25mg/ L时,对BOD5的检测过程呈现毒性;含铁为20 mg/L时,也对BOD5的检测过程呈现毒性;含 铅为1mg/L以上时, 会推迟细菌繁殖,并使去除率下降；含镉为2.5 mg/L时,对BOD5的检测过程呈现毒性。 须藤［1］用Ilm(Median inhibitory limit，即能使比增殖速率降低50%的浓度)来评价金属盐对原生动物增殖速率的影响(见表2)。小口钟虫和盖虫类是活性污泥中重要的生物，在出 水良好的情况下，两者都为优势种类，如果其个体数下降，则说明处理水质正在下降。?

1.2　重金属耐受菌 对较高浓度重金属离子有耐受性的细菌，如假单胞杆菌属、酵母菌和霉菌等，这些微生 物可将废水中的重金属离子摄入菌细胞内再去除。 友枝等人从活性污泥中分离出对汞、铬、铜有耐受性的微球菌属和假单胞杆菌属的细菌，在含汞为150 mg/L，铬为700mg/L,铜为750mg/L的条件下可以生长，重金属被摄入后，在菌体内可溶性与不溶性部分的Hg2+和Cd2+比例为2∶8。还使用这些菌类制作了强化活性污泥，对含铬、铜离子的废水所进行的处理效果较好。 在霉菌、酵母菌中也有耐受性的细菌，村山等分离出对铜、镍、铬、钴有耐受性的酵母菌株，这可能是微生物具有使重金属离子向细胞内渗透的调节机构。Okamoto还分离出对铜有耐 受性的真菌［2］?。?

2　矿山酸性废水的处理

2.1　氧化亚铁硫杆菌 氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans?)是一种在酸性环境下生长的化能自养型菌，以CO2为碳源，通过氧化2价铁或硫而增殖,在低pH值下生长,对重金属的耐受性强。细菌大小为0.5μm×1.0μm，形状呈短杆状，末端呈半圆形，在400倍以上显微镜下可观察到

4FeSO4+2H2SO4+O22Fe2(SO4)3+2H2O? 　Eh=0.771+0.0591lg(Fe3+/Fe2+)?

②铁砷共沉机制? 氧化亚铁硫杆菌对Fe2+具有强烈的氧化作用,pH=1.3～4.5时,Eh可达0.74V。酸性水中FeAsO4氧化水解的氧化还原电位是0.691，由此可以看出,它能促成 其他离子如As3+的氧化,可形成砷酸盐与铁的氢氧化物共沉。其后可投加石灰,利用砷 酸钙的难溶性,分别将氢氧化铁和砷酸盐去除。? ③对无机硫化物的氧化? 所有硫杆菌均系借助于将S或S2O32-氧化成SO42-而生长，氧化亚铁硫杆菌氧化Fe2+的世代周期为6.5～15h，氧化S的世代周期为10～25h(是氧化Fe2+的2倍)，故氧化S的速度远不及氧化Fe2+的速度。对硫化物的氧化途径为：S2-→S→S2O32-→S4O62-→SO32-→SO42-2.2　处理流程与装置由日方所提供装置的基本流程见图1，菌种由当地矿山现场采集并培养而成。?

2.3 处理效果 矿山废水中的Fe2+通过铁氧化菌氧化成Fe3+后，可用碳酸钙进行中和处理。应该指出，Fe2+即使在pH值达到8时也不能完全被去除，但在pH值为4时便可生成氢氧化铁沉淀去除，这使中和剂用量和沉淀物量大大减少，降低了处理成本。? ①氧化段? 德

3　硫酸还原菌法去除重金属

3.1 硫酸还原菌 硫酸还原菌(Sulfate Reduction Bacteria,SRB)为一种进行硫酸盐还原代谢的厌氧菌类 ,呈革兰氏阴性，以有机物为供电子体,硫酸盐为电子受体，根据不同的有机物利用性能，分为8个属：Desulfouibrio短螺旋状，Desulfotomaculum孢子环状，Desulfomon as环状，Desulfobacter短环状，Desulfococcus球状，Desulfonema丝状。细菌大小为0.5μm×1.0 μm，生长pH值为4.5～9.5，最佳pH值为6.5～8.0，最佳温度 为15～45℃。3.2　SRB去除重金属原理 厌氧生物法处理酸性矿山废水的基本原理是将含重金属及硫酸根离子的废水在pH值为中性、在一定的基质浓度和厌氧环境下,用硫酸还原菌,使硫酸根离子还原成硫离子,使废水 中的Cu、Cd、Fe、Zn等重金属离子变成不可溶的金属硫化物而沉淀。产生的不可溶的金属硫 化物比传统的中和法形成的沉淀物稳定性好，体积只是其1/4。? 2CH3CH(OH)COO-+SO42-→2CH3COO-+S2-+2CO2+2H2O(以乳酸为基质)

4HCOO-+SO42-4HCO3-+S2-(以甲酸根为基质) S2-+M2+→MS↓?3.3　反应器类型 根据载体类型和清洗难易

4　其他处理法

4.1　利用假单胞杆菌去除汞、铬 对有机或无机汞离子，使用特定的微生物酶进行还原代谢,汞还原酶与细胞质体有依存关系，使汞离子变成金属汞而沉淀或气化。外村等分离出假单胞杆菌属K62菌株［2］分解甲基汞或苯汞,并氧化成金属汞回收。 S.silver、Marques等［8］对Cr6+离子用假单胞杆菌属进行还原代谢。4.2　生物塘净化法 生物塘是一个复合的水生生态系统，内有细菌、藻类、原生动物、水生植物如凤眼莲(Eic hornia Crassies)或鱼类，在污染物的净化中起着不同的作用，协同完成对污染物的吸收积累、分解和净化作用。张志杰等［9］的研究结果表明，干重1kg的凤眼莲在7～10d可吸收铅3.797g、镉3.225g。?4.3　利用SR菌处理Cr6+ 中科院成都生物研究所筛选出对Cr6+具有适应性的SR复合菌处理电镀废水［8］，研制出固定化生物反应器，将Cr6+转化为Cr3+后，通过反应混合沉淀将Cr、Zn等离子去除，金属可回收。

5　结论

①重金属与生物化学反应密切相关，含重金属离子废水的生物处理法作为一项新的实用技术极具潜力。 ②采用T.Ferrooxidans菌，在好氧条件下亚铁迅速被氧