孫東紅，于紅鳳，鄒 寧

(魯東大學生命科學學院，山東煙臺 264025)

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魚腥藻對重金屬污水中Zn2+的吸附研究

孫東紅，于紅鳳，鄒 寧

(魯東大學生命科學學院，山東煙臺 264025)

摘要[目的]研究魚腥藻對電鍍廢水中Zn2+的吸附效率。[方法]以魚腥藻為材料，利用原子吸收分光光度法，測定魚腥藻在5 min內(nèi)對電鍍廢水中Zn2+的吸附去除效果。[結果]魚腥藻濃度為629.2 mg/L時，電鍍廢水中Zn2+濃度由3.296 5降至0.748 5 mg/L，單位吸附量達4.859 5 mg/g，對Zn2+的吸附效率最高，達77.3%。[結論]該研究為重金屬污水的治理提供了理論依據(jù)。

關鍵詞魚腥藻；生物吸附；電鍍廢水；鋅離子；原子吸收分光光度計

環(huán)境問題已經(jīng)成為21世紀人們關注的焦點。環(huán)境污染是多方面的，重金屬污染是其中的重要方面。重金屬污染主要是通過含有大量污染金屬的工農(nóng)業(yè)廢水，以及各種采礦廢水向自然環(huán)境釋放，并進一步通過食物鏈的傳遞對動植物和人類造成日益嚴重的污染。目前，大多對一些經(jīng)濟價值高的金屬污染進行治理，如Au和Ga等[1]，而對于相對廉價的金屬如Cu、Cd、Zn、Pb以及一些具有放射性毒害的金屬卻有所忽略，致使環(huán)境中依然存在大量的金屬污染，同時也造成了一定的資源浪費，這些現(xiàn)象理應引起我們的關注。

電鍍、石化、制藥是當今全球三大污染工業(yè)。我國電鍍企業(yè)分布廣泛，電鍍加工中應用最廣的品種是鍍鋅、鍍鎳和鍍鉻，其中鍍鋅占45%～50%[3]。由于電鍍行業(yè)使用了大量強酸、強堿、重金屬溶液，甚至包括鎘、氰化物、鉻酐等有毒有害化學品[4]，在工藝過程中排放了污染環(huán)境和危害人類健康的廢水，已成為一個重污染行業(yè)。我國電鍍行業(yè)每年排放大量的污染物，包括4億t含重金屬的廢水、5萬t固體廢物、3 000億m3酸性廢氣[3]。電鍍廢水就其總量來說，比造紙、印染、化工、農(nóng)藥等的水量小，污染面窄。但由于電鍍廠點分布廣，廢水中所含高毒物質(zhì)的種類多，其危害性還是很大的。未經(jīng)處理達標的電鍍廢水排入河道、池塘，滲入地下，不但會危害環(huán)境，而且會污染飲用水和工業(yè)用水[5]。另一方面，由于水資源的過度利用，造成嚴重資源型缺水，生態(tài)環(huán)境惡化。

為了最大限度地減少工業(yè)廢水中重金屬對生態(tài)系統(tǒng)造成的污染，目前人們已經(jīng)發(fā)展了一系列應用于電鍍廢水處理的方法，主要有化學法、離子交換法、電解法、活性炭吸附法等技術。這些方法一般只適用于重金屬離子含量較高的情況，當重金屬含量低于100 mg/L時，這些傳統(tǒng)的處理方法就顯得無能為力或是費用昂貴[13]。并且這些方法都在不同程度上具有費用較高、易產(chǎn)生二次污染等缺點[6]。因此，近年來人們試圖找到高效環(huán)保型的廢水處理技術。在眾多的重金屬廢水處理方法中，生物吸附是最有效與最有前途的方法之一。生物吸附技術是環(huán)境領域近年來迅速發(fā)展起來的處理工業(yè)污染廢水的新技術。它利用各種微生物如真菌、酵母、藻類等處理含毒性金屬離子的污染廢水，并已得到廣泛的研究。研究表明，生物吸附技術主要的優(yōu)點在于能有效地將廢水中的重金屬離子含量降到非常低。Trujillo 等用生物吸附劑處理鋅礦廢水中的Zn、Cd，處理后其濃度比美國飲用水的標準還低[7]。生物吸附作為處理重金屬污染的一項新技術，與其他同類技術相比(如蒸發(fā)、沉淀、活性炭吸附、離子交換樹脂、電滲析等)具有以下優(yōu)點：①在低濃度下，金屬可以被選擇性地去除；②處理效率高；③pH 和溫度條件范圍寬(4～90 ℃)；④投資小，運行費用低；⑤可有效地回收一些貴重金屬[8]；⑥無二次污染。生物吸附除了用于處理廢水中的重金屬外，還可用來處理有機污染物及放射性廢水，甚至可以用來回收海水中的金屬。因此，生物吸附技術在處理重金屬污染和回收貴金屬方面有廣闊的前景。然而，由于廢水中的多數(shù)金屬離子對微生物的正常生理活動往往具有毒害或致死作用，而且新陳代謝活動易受溫度、pH等環(huán)境因素的制約，這在很大程度上限制了微生物在生物凈化中的實際應用。

大量研究表明，藻類對許多金屬具有較強的富集能力[9]，可廣泛應用于工業(yè)污水中金屬的去除與回收，尤其是對于含量較低或傳統(tǒng)方法不易去除的金屬的吸附具有重要的應用價值。藻類生物富集的效率很高，對一些金屬如Zn、Hg、Cd、Cu、Pb 等的富集可達幾千倍，是工業(yè)污水有效的“清潔劑”[10]。其中，褐藻對重金屬的生物吸附研究已有較全面的報道[12]。藍藻是世界上分布最廣的生物，在淡水、海洋及陸地都能見到藍藻的蹤跡，許多種類還能在極端環(huán)境下生長，具有很強的抗逆性。在生物進化上，藍藻是唯一的原核藻類，與其他真核藻類有明顯的不同，其細胞結構更接近于光合細菌，因此也稱藍細菌。在生物吸附研究中，藍藻與其他藻類常被視為兩類性質(zhì)不同的吸附材料[11-12]。藍藻豐富的生理生化特性決定了其吸附特性有別于其他藻類，目前關于藍藻對重金屬的吸附研究非?；钴S。藻類對一些離子的親合性一般表現(xiàn)為：Pb>Fe>Cu>Cd>Zn>Mn>Mo>Sr>Ni>V>Se>As>Co[13]。藍藻凈化重金屬廢水的機理主要是藻體細胞中生物大分子對金屬的物理吸附以及細胞對金屬的生物轉化[14]。 目前用于生物吸附研究的藍藻主要有螺旋藻(Spirulina)、魚腥藻(Anabaena)、微囊藻(Microcystis)、念珠藻(Nostoc)、席藻(Phormidium)和聚球藻(Synechococcus)等[15]。研究發(fā)現(xiàn)，藍藻門的魚腥藻對重金屬有很強的吸附能力[16]。因此，筆者研究魚腥藻對電鍍廢水中Zn2+的吸附效率。

1材料與方法

1.1材料含重金屬Zn2+的電鍍廢水由牟平電鍍廠提供。魚腥藻藻種(Anabaenasp.)由魯東大學藻類研究所經(jīng)濟藻類種質(zhì)庫提供。藻種的培養(yǎng)。將3 L的培養(yǎng)基在5 L的三角燒瓶中煮沸滅菌，冷卻后，接入500 ml的魚腥藻藻種(無菌操作)，在實驗室中進行培養(yǎng)，置于向光處，每隔4 h搖晃1次。

1.2儀器主要儀器包括AA320N原子吸收分光光度計(上海精密科學儀器有限公司)；WFJ 7200型可見分光光度計(尤尼柯(上海)儀器有限公司)；CR21G型高速冷卻離心機(日本日立公司)；上皿電子天平(上海精密科學儀器有限公司)；離心機(北京醫(yī)用離心機廠)。

1.3分析與測定

1.3.1魚腥藻細胞濃度的測定。不同濃度魚腥藻的獲得方法：0 mg/L：自來水；194.5 mg/L：將所取的魚腥藻用新鮮培養(yǎng)基稀釋得到； 629.2 mg/L：原濃度的魚腥藻；902.0、1 804.1、2 769.0、4 510.2、6 292.4 mg/L：將原濃度的魚腥藻用離心機離心濃縮得到。采用WF7200型紫外可見分光光度計，在波長560 nm下測定魚腥藻藻液的光密度值(OD)，并根據(jù)標準曲線(圖1)計算其細胞濃度。

圖1　魚腥藻細胞濃度標準曲線

1.3.2電鍍廢水中Zn2+濃度的測定。將取自牟平電鍍廠的電鍍廢水用容量瓶稀釋1 000倍，分別配制濃度為1.0、2.0、2.5、4.0 mg/L的標準液，利用AA320N原子吸收分光光度計在波長213.9 nm下測定吸光值，得鋅離子的標準曲線(圖2)。

圖2　鋅離子濃度標準曲線

1.4重金屬吸附試驗取濃度分別為0、194.5、629.2、6 292.4 mg/L的魚腥藻各25 ml置于50 ml的離心管中，分別加入5 ml稀釋1 000倍的電鍍廢水，混勻，靜止5 min。然后用CR21G型高速冷卻離心機以10 000 r/min離心1 min，每個濃度同時做兩次重復。然后取上清液，用硝酸調(diào)pH至2.0，用AA320N原子吸收分光光度計在波長213.9 nm下測其吸光度。

2結果與分析

用不同濃度的魚腥藻在相同時間內(nèi)吸附電鍍廢水中Zn2+，離心后測得污水中鋅離子被吸附去除的情況。由表1可知，在魚腥藻濃度為629.2 mg/L時，對電鍍廢水中Zn2+的單位吸收量最大，為4.859 5 mg/g，魚腥藻對重金屬污水中的鋅離子吸附去除效率達77.3%。濃度大于629.2 mg/L的魚腥藻對電鍍廢水中Zn2+吸附量比629.2 mg/L時吸附量大，但是吸附效率低于629.2 mg/L的。

表1　不同濃度魚腥藻對污水中鋅離子的吸附結果

3結論

通過不同濃度的魚腥藻與稀釋1 000倍的電鍍廢水混合5 min，研究魚腥藻對電鍍廢水中Zn2+的吸附效率。結果表明，魚腥藻濃度為629.2 mg/L時，對電鍍污水中Zn2+的單位吸收量最大，為4.859 5 mg/g，此時吸附效率達77.3%?？梢姡~腥藻對電鍍廢水中的Zn2+具有很強的吸附能力和很大的吸附量，而且吸附速度也很快，吸附效率高，無二次污染。因此，魚腥藻用于吸附和處理污水中Zn2+等重金屬離子的應用前景非常廣闊。

4展望

利用藻類吸附回收廢水中金屬離子是近年來我國發(fā)展起來的研究較熱的課題。遠在30多年前，人們就注意到了藻類具有富集重金屬的作用，但是直到20世紀80年代，人們才展開了藻類在環(huán)境領域中的應用研究，但這些研究更多的集中在理論方面，往往側重于機理的研究，實際的應用研究較少。這些研究更多的集中在國外，國內(nèi)的研究只是近幾年才剛剛開始[13]。自20世紀90年代以來，美、俄、日等采用生物吸附法處理電鍍污水已取得成效，并開始在工業(yè)上初步應用。

在廣闊的海洋中有著豐富的藻類資源，包括多種海藻及海洋微藻。對于海洋資源豐富的國家和地區(qū)，發(fā)展海洋生物吸附技術并應用于環(huán)境領域，具有十分廣闊的前景，開展這一技術的研究必將為人類對環(huán)境的治理及保護提供新的思路。對于我國而言，我國具有很長的海岸線，藻類資源尤其豐富，充分地開展藻類生物吸附的研究，實現(xiàn)環(huán)境污染治理方面的生物新技術尤其占優(yōu)勢，我國應充分抓住這一優(yōu)勢。對藻類吸附及回收工業(yè)廢水重金屬的研究，不僅具有理論意義，而且還有廣泛的應用前景，此方面的深入研究無疑具有很高的經(jīng)濟價值和社會效益。

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Adsorption of Zn2+from Electroplating Wastewater byAnabaenasp.

SUN Dong-hong, YU Hong-feng, ZOU Ning(College of Life Sciences, Ludong University, Yantai, Shandong 264025)

Abstract[Objective] The aim was to discuss the adsorption efficiency of Zn2+from electroplating wastewater byAnabaenasp. [Method] Different densities ofAnabaenasp. were used to adsorb Zn2+from electroplating wastewater for five minutes, and the concentrations of Zn2+before and after the treatments were measured by atomic absorption spectrometry. [Result] When the concentration ofAnabaenasp. was 629.2 mg/L, the concentration of Zn2+in the wastewater decreased from 3.296 5 to 0.748 5 mg/L in five minutes, and the adsorbing capacity reached 4.859 5 mg/g, while the adsorption efficiency of Zn2+from electroplating wastewater byAnabaenasp. was the highest (77.3%). [Conclusion] The research could provide theoretical references for the control of water pollution from heavy metals.

Key wordsAnabaenasp.; Biological absorption; Electroplating wastewater; Zn2+; Atomic absorption spectrometry

收稿日期2015-11-30

作者簡介孫東紅(1972- )，女，山東威海人，實驗師，從事藻類細胞工程方面的研究。

中圖分類號S 181.3

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2015)36-164-03