重金屬廢水是指礦冶、機械制造、化工、電子、儀表等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排出的含重金屬的廢水。重金屬(如含鎘、鎳、汞、鋅等)廢水是對一環(huán)境污染最嚴重和對人類(lèi)危害最大的工業(yè)廢水之一，其水質(zhì)水量與生產(chǎn)工藝有關(guān)。廢水中的重金屬一般不能分解破壞，只能轉移其存在位置和轉變其物化形態(tài)。水體的重金屬污染已經(jīng)成為當今世界最嚴重的環(huán)境之一。
目前重金屬廢水處理常用的技術(shù)有：①化學(xué)法：化學(xué)沉淀法，氧化還原法，溶劑萃取分離；②物理化學(xué)法：離子交換法，吸附法，膜分離技術(shù)；③生物法：植物修復法，生物絮凝法，生物吸附法。由于傳統化學(xué)、物理治理方法有成本高、操作復雜、效果不穩定等缺點(diǎn)，生物治理技術(shù)在處理含重金屬離子的廢水中，因其成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)日益受到人們的重視。
1 植物修復法
植物修復是一種利用自然生長(cháng)的植物或者遺傳工程培育植物修復重金屬污染環(huán)境的技術(shù)總稱(chēng)。植物去除重金屬污染的修復類(lèi)型有四種：植物吸收、植物揮發(fā)、植物吸附和植物穩定。利用植物通過(guò)吸收、沉淀、富集等作用提取、分解、吸收、轉化或固定地表水、地下水中的重金屬，降低其重金屬含量，以達到治理污染，修復環(huán)境的目的。在植物修復技術(shù)中能用到的植物有傳統作物和水生植物等。渠榮遴等在對低濃度含重金屬廢水的植物修復作用研究中對比討論玉米、向日葵、蓖麻種苗對水體中鋅、銅的去除效果，發(fā)現選擇傳統作物種苗進(jìn)行低濃度含重金屬廢水的植物修復具有良好的修復前景，如在Cu 濃度為10 mg/L 時(shí)，向日葵莖中Cu 的積累可達到1.90 mg/g 干重、玉米莖中Cu 的積累可達到1.17 mg/g 干重；在Zn 濃度為100 mg/L 時(shí)，向日葵莖中Zn 的積累可達到7.88 mg/g 干重、蓖麻莖中Zn 的積累可達到7.08mg/g 干重。王謙等在綜述利用大型水生植物植物修復重金屬水體的研究進(jìn)展中，對幾種生活型水生植物(挺水、漂浮、浮葉和沉水)在重金屬污染水體中對重金屬的蓄積效果對比分析可以看出大型水生植物對重金屬污染有著(zhù)很好的去除效果。用植物修復技術(shù)處理重金屬廢水的優(yōu)點(diǎn)是成本低，不會(huì )造成二次污染，且可以利用組織培養技術(shù)、基因工程技術(shù)對植物進(jìn)行篩選、培育，使其對重金屬污染具有良好的蓄積、去除能力，但其也有一定的局限性，植物會(huì )受季節、植物培養周期和植物具有選擇性的限制。
2 生物絮凝法
生物絮凝法是利用微生物或微生物產(chǎn)生的具有絮凝能力的代謝物，進(jìn)行絮凝沉淀的一種除污方法。生物絮凝劑又稱(chēng)第三代絮凝劑，是一類(lèi)由微生物產(chǎn)生并分泌到細胞外，具有絮凝活性的代謝物，主要由蛋白質(zhì)、黏多糖、DNA、纖維素、糖蛋白和聚氨基酸等高分子物質(zhì)構成，分子中含有多種官能團，能使水中膠體懸浮物相互凝聚沉淀。其在廢水處理中具有安全方便無(wú)毒、不造成二次污染、絮凝效果好等優(yōu)良性質(zhì)。張娜等以天然高分子殼聚糖復配而成新型高效復合絮凝劑，在不同的工業(yè)污水處理中的應用表明，該絮凝劑對重金屬離子的去除率可提高10 %~20 %，且成本也大幅度下降。陳天等從多種微生物中提取殼聚糖為絮凝劑回收廢水中Cr3+、Pb2+、Cu2+等重金屬離子，發(fā)現其在很少量作用下，就能表現出顯著(zhù)的回收效果，對重金屬離子的回收率可達98 %~99.9 %�？到ㄐ鄣葘ι镄跄齽㏄ullulan 絮凝水中Pb2+進(jìn)行了試驗，通過(guò)探討Pullulan 與絮凝溶液的pH 以及Pb2+初始濃度等相關(guān)因素對其絮凝效果的影響，發(fā)現在Pullulan 與AlCl3 用量比為4∶1.1、溶液pH 為6.5~7.0、Pb2+初始濃度為10、25、60、100 mg/L 時(shí)，分別投加8、25、40、80 mg/L 的Pullulan，對Pb2+的去除率可達最高，分別為73.86 %、76.30 %、77.07 %、81.19 %，并經(jīng)過(guò)六次重復性試驗表明Pullulan 的絮凝效果具有較高的穩定性。但生物絮凝法也存在著(zhù)一些缺點(diǎn)，活體生物絮凝劑難以保存，生產(chǎn)成本較高，目前很多高效的生物絮凝劑還處于研究階段，不宜進(jìn)行工業(yè)化的生產(chǎn)。
3 生物吸附法
生物吸附法就是通過(guò)某些生物體本身及其衍生物的化學(xué)結構及成分特性對溶于水中的重金屬離子的吸附作用，再利用固液兩相分離的方法來(lái)達到去除水溶液中的重金屬離子的目的。能夠西服水溶液中重金屬離子的生物材料被稱(chēng)為生物吸附劑�，F已發(fā)現的生物吸附劑有細菌、真菌、藻類(lèi)以及一些細胞提取物。
3.1 細菌
細菌具有尺寸小、普遍存在、對環(huán)境適應能力強等優(yōu)點(diǎn)。用作生物吸附劑的主要細菌有芽孢桿菌屬、假單胞菌屬和鏈霉菌屬等。芽孢桿菌屬的菌株都具有吸附大量金屬的能力。蘇新華等以安全性高、繁殖速度快的蘇云金芽孢桿菌為研究載體，尋找蘇云金芽孢桿菌對鎳污染最適的處理方法，其研究結果表明，通過(guò)菌體重懸法智力鎳污染的方法具有很好的應用前景，其最大平衡富集量達到了32.29 mg/g。鄧燕寧等以含Fe3+、Cd2+的模擬廢水為例，用膠質(zhì)芽孢桿菌絮凝劑和沸石兩種吸附劑對其進(jìn)行吸附，并對比分析了兩種吸附劑單獨及聯(lián)合使用對模擬重金屬廢水的處理效果，結果表明，膠質(zhì)芽孢桿菌絮凝劑在處理高濃度含Fe3+廢水有較好的吸附效果，且其能促進(jìn)天然沸石顆粒物沉降。
李中華等選用耳葡萄球菌作為研究對象，使用海藻酸鈉作為固定化載體，研究固定化菌體對礦山廢水重金屬的吸附性能中發(fā)現，固定化菌體對重金屬有良好的富集性能，投加15 g/L 的固定化菌體，對100 mg/L Cu、50 mg/L Zn 的去除率分別可達94.4 %、80.6 %，且經(jīng)過(guò)4 輪吸附-解吸循環(huán)實(shí)驗，顯示固定化菌體可重復利用3 次。
趨磁細菌是一類(lèi)在外磁場(chǎng)的作用下能作定向運動(dòng)并在體內形成納米磁性顆粒－磁小體的細菌，其主要分布于土壤、湖泊和海洋等水底污泥中。在任茂明等趨磁細菌對含重金屬Cr3+廢水的吸附研究中發(fā)現，趨磁細菌對Cr3+的吸附率很高，間歇實(shí)驗的去除率都高達80%以上。
田建民通過(guò)實(shí)驗發(fā)現，光能異養微生物外紅硫螺菌屬Shaposhnikovii 形成的胞外生物聚合物對水中重金屬離子具有很強的吸附力，液體pH 范圍在6~7 時(shí)，在銅、鋅離子濃度為100 mg/L的水溶液中，兩種離子的去除率達到99.7 %，水溶液中剩余的離子濃度小于0.3 mg/L。由此可見(jiàn)，細菌作為微生物吸附劑有安全性高，繁殖速度快和吸附容量大等優(yōu)點(diǎn)，有著(zhù)廣泛的發(fā)展前景。
3.2 真菌
真菌在自然界中分布廣泛，是生物界中很大的一個(gè)類(lèi)群，世界上已被描述的真菌約有1 萬(wàn)屬12 萬(wàn)余種，許多真菌對重金屬離子具有很強的吸附能力，在含重金屬離子廢水的處理中真菌起到了重要的作用。
尹華等研究了解脂假絲酵母、產(chǎn)朊假絲酵母和活性污泥處理含鉻電鍍廢水的吸附與還原性能，發(fā)現當用兩株酵母協(xié)同處理電鍍廢水時(shí)，可以有效的提高鉻的生物吸附效率，對30.2 mg/L總鉻的去除率可達91.1 %。
白腐真菌是一類(lèi)擔子菌，能夠分泌胞外氧化酶降解木質(zhì)素，且降解木質(zhì)素的能力優(yōu)于降解纖維素的能力，這些酶可以促使木質(zhì)腐爛成為淡色的海綿狀團塊——白腐。而白腐真菌也具有吸附重金屬離子的能力，其可以吸附鎘、鎳、銅、鉛、汞等重金屬離子。李清彪等曾探討了白腐真菌菌絲球生長(cháng)的物理化學(xué)因素和控制菌絲球大小的規律以及其吸附重金屬的效果，通過(guò)試驗發(fā)現用0.2 mol/L 的NaOH 溶液處理菌絲球，對25 mg/L 的鉛溶液的吸附率達到了95%以上。
李維煥等通過(guò)分析兩種多孔菌科大型真菌槐栓菌和木蹄層孔菌子實(shí)體吸附Cd2+的吸附特性，發(fā)現槐栓菌和木蹄層孔菌均為較理想的重金屬離子Cd2+的生物吸附劑，其對10 mg/L Cd2+的最大去除率分別為98 %和94 %。
張亞娟利用實(shí)驗研究了黑根霉菌對重金屬離子Pb2+、Cd2+和Cr6+吸附能力，通過(guò)Langnuir 吸附公式得出黑根霉菌對Pb2+、Cd2+和Cr6+的最大吸附量分別為37.073 mg/g、52 mg/g 和14 mg/g。其結果說(shuō)明了黑根霉菌能夠很好的去除水體中的Pb2+、Cd2+和Cr6+離子。屠娟等探討了發(fā)酵工業(yè)中的菌絲體黑根霉菌對水中重金屬例子的吸附特性，在實(shí)驗室進(jìn)行吸附試驗繪制出吸附等溫線(xiàn)，并由Langnuir 曲線(xiàn)和Freundlich 曲線(xiàn)求出相應參數，發(fā)現菌絲體黑根霉菌在pH=3~6.5 的范圍內對Pb2+、Cu2+、Mn2+、Cr6+幾種主要存在于廢水中重金屬離子具有很好的吸附能力，其中對Pb2+的吸附能力最高，飽和吸附量可達88 mg/g，且其成本低廉，可以洗脫和再生。
3.3 藻類(lèi)
藻類(lèi)是一類(lèi)光合自養型生物，其來(lái)源豐富，對很多重金屬離子具有很好的生物吸附能力。李琛綜述了藻類(lèi)在含重金屬廢水處理中的應用，得出了藻細胞在對中金屬離子的吸附中具有吸附容量大、選擇吸附性強和吸附速度快的優(yōu)點(diǎn)這一結論，說(shuō)明利用藻類(lèi)處理含重金屬離子廢水有著(zhù)其他方法不可替代的優(yōu)越性，該技術(shù)也有著(zhù)極大的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。
黃靈芝等在其研究黑藻對含重金屬廢水中的Zn2+的吸附性能中發(fā)現，在pH 為6.0 的溶液中加入黑藻2 g/L 吸附時(shí)間為30分鐘Zn2+質(zhì)量濃度為20 mg/L 的條件下，黑藻對Zn2+的吸附率為85 %。
伍盈盈等以衣藻為生物吸附材料，研究了其對重金屬鋅、銅、鈷的生物吸附，并用Freundlich 等溫方程處理實(shí)驗數據，結果發(fā)現，衣藻對這三種重金屬的吸附能力大小順序依次為鋅、鈷、銅，且其對重金屬離子有著(zhù)很強的生物吸附能力，認為可以用衣藻作為生物吸附材料來(lái)處理含重金屬離子的廢水。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
4 結語(yǔ)
如今在人類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排出的含重金屬的廢水給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了極大的危害。而對重金屬廢水的治理，首先要從污染源頭控制受污染水體中重金屬離子的排放量，并同時(shí)對已被污染水體進(jìn)行切實(shí)有效的治理。生物方法在治理重金屬廢水中有著(zhù)成本低廉、高效方便、不會(huì )對環(huán)境造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)，有著(zhù)其他化學(xué)方法和物理方法不能替代的優(yōu)越性。但生物方法也存在著(zhù)一定的局限性：①易受廢水中離子濃度、溫度、pH、等外界因素的影響；②生物會(huì )受季節、培養周期和具有選擇性的限制；③很多生物處理重金屬廢水的研究目前大多停留在實(shí)驗室階段，在實(shí)際應用中仍需檢驗。
