摘 要：一般情况下，直接使用游离微生物细胞吸附废水的重金属离子，由于其密度小，强度低，颗粒直径小，易被水流冲走、利用率低下等，难以直接用于实际生产。与离子交换相比，能够起到生物离子交换树脂作用的固定化微生物富集水体中的重金属，经济性更强。
关键词：吸附；固定化；重金属；海藻酸钠
0 引言
目前，处理重金属废水的固定化微生物技术其研究的重点是寻找对某种金属具有高选择性的吸附剂。研究发现死细胞或是“半存活”、“半完整”状态的细胞吸附金属时甚至具有更高的效率，这一特点能够使由高浓度金属离子对活生物体毒性作用而导致其应用受到限制的问题得到很好的解决。
1 废水处理中固定化微生物技术的具体应用分析
采用化学或物理手段后，固定化微生物技术能于限定的空间区域将游离微生物定位，提高生物体的稳定性和机械强度，使之不悬浮于水但仍保持生物活性，生物体易于在不被破坏的情况下得到再生和重复利用。
1.1 固定化微生物的制备方式
固定化微生物的方式有四种，包括吸附法、包埋法、共价结合法和交联法。
吸附法借助带电的微生物细胞和载体之间的静电、表面张力和粘附力的作用，通过固定微生物细胞在载体表面和内部的方式形成生物膜。
微生物被包埋在凝胶的微小格子或微胶囊等有限空间内不能离开，但是产物处在能够自由进出的状态的就是包埋法。凝胶包埋法、纤维包埋法和微胶囊法是常用的包埋法，由于其具有对细胞活性影响小的优势，所以固定化细胞时最常用。
利用含有两个或两个以上官能基团的试剂与微生物细胞表面的反应基团如梭基等发生反应，再依靠共价键的结合力交联成细胞之间的网格结构的方式就是交联法。但此方法会导致微生物反应活性损失很大，并且考虑到交联剂比较贵，所以此方法并不常用。
1.2 分析固定化微生物的载体特点
影响所固定细胞的生物活性和体系传质性能的直接因素即载体的物理化学性质。载体的基本条件和特性：可再生并可重复使用；固定化方法费用低；较高的机械强度，传质阻力小；与微生物的固定结合强度高，能耐水力波动的冲击； 固定后的微生物聚集度高，活性损失少，稳定性高；载体对微生物无毒，抗微生物分解。
有机高分子载体和无机载体是载体的两种形式。有机高分子载体有天然高分子凝胶载体和合成有机高分子凝胶载体，天然高分子凝胶一般对生物无毒，如琼脂、明胶海藻酸钠等，具有较好的传质性能。不足的是强度较低，处在厌氧条件下时易被分解。有机合成高分子凝胶载体相较于天然高分子凝胶载体强度较大，但是具有较差的传质性能，容易对细胞固定时的细胞活性产生影响，导致细胞失活。无机载体大多具有多孔结构，固定微生物是通过利用吸附作用和电荷效应的方式实现的。
2 固定化载体海藻酸钠在重金属废水治理的作用
海藻酸钠（CH0COONa）是海藻酸的钠盐，含有游离羧基（一COONa），是一种链状高分子杂聚物，由甘露糖醛酸和古罗糖醛酸共聚而成。
2.1 是直接吸附重金属的吸附剂
海藻酸钠分子中含有大量能够与金属离子发生反应的游离的羧基。经研究发现，对汞、铜、镉等重金属离子，海藻酸钠都具有一定的吸附性能。
2.2 是固定化微生物的载体
海藻酸钠是一类对微生物无毒害作用的天然高分子多糖类化学物质。海藻酸钠包埋法成型方便，对微生物毒性小，固定化细胞密度高。但不足是海藻酸钠的浓度对固定化细胞的机械强度、质量传递等有影响，进而对微生物或酶的活性产生一定影响。
3 影响吸附的因素
为了使生物处在最佳的吸附条件下，就必须找出影响生物吸附的因素，从而保证吸附效果优良稳定。一般认为吸附时间、pH 值、金属离子浓度与吸附剂用量的比值、温度等都会对固定化生物吸附的效果产生影响。
3.1 影响因素一：pH值
pH值主要通过影响生物吸附剂结合重金属的活性位点以及重金属溶液的化学反应而最终对生物的吸附效果产生影响。pH处于过低值时，重金属吸附活性位点会受到溶液中大量水和氢离子的竞争，使菌体细胞壁质子化，导致细胞表面的静电斥力增大；pH值比金属离子微沉淀上限高时，会导致重金属离子轻微的沉淀现象出现，影响吸附的进行。pH值为5.5时，大多数重金属会出现轻微沉淀，由此可见，pH值过高会影响生物吸附效果。
3.2 影响因素二：温度
温度对生物吸附的影响并不显著。温度通过影响生物吸附剂的生理代谢活动、基团吸附热动力和吸附热容等因素来影响生物的吸附效果。温度过高会使生物吸附剂的活性位点遭到破坏，同时使操作成本增加。
3.3 影响因素三：吸附时间
生物材料吸附重金属离子的阶段分为两个，第一阶段吸附效果较快，在几十分钟内就能使最终吸附量达70 %左右；第二个阶段吸附效果缓慢，在这一阶段要想达到最终吸附量通常需要几个小时。因此，吸附时间对吸附效果也有一定影响。
3.4 影响因素四：吸附剂粒径大小
金属离子在吸附剂中的内扩散及吸附剂内表面积的利用状况导致吸附剂粒径的大小会对吸附效果产生影响。太大或太小的吸附剂粒径都会对吸附处理造成不利影响。粒径大的吸附剂吸附性能较好，粒径小的吸附剂相较于粒径大的具有较强的耐压能力。
3.5 影响因素五：共存金属离子
溶液中存在着目标离子，即溶液中欲被分离出的金属离子，目标离子和其他能够结合到吸附位点上的金属离子称为竞争性阳离子。竞争吸附的发生条件是吸附体系中存在多种金属离子。阴离子和生物细胞壁对金属离子的竞争是阴离子对金属离子吸附效果影响的来源，导致金属离子吸附量下降。
3.6 影响因素六：重金属离子浓度
金属离子浓度和生物量之比会影响重金属离子的吸附过程。当保持生物吸附剂投加量不变时，重金属离子初始浓度增加则吸附剂的吸附能力随而增大；重金属离子初始浓度保持不变，生物吸附剂投加量的增加，吸附剂的吸附能力则随而减小。
4 结束语
在运用当前的固定化微生物处理重金属废水技术时，要结合工程的实际情况，全面考虑实际的工程环境，灵活运用技术方法，争取获得更高的经济效益和社会效益，促进固定化微生物处理重金属废水技术的进一步发展和应用。
参考文献：
[1]陈文宾，胡庆昊，殷磊，许兴友.马卫兴海藻酸钠固定化鞘氨醇单胞菌生物吸附去除养殖海水中重金属的研究[J].湖北农业科学，2011（06）.
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