藻降解重金属的潜能2.doc

藻降解重金属的潜能 摘 要 藻类在工业应用中可以降低生物燃料联合生产的成本。在这些共同生产应用中，生物治理环境和废水变得越来越重要。重金属污染及其对公共卫生和环境的影响，使人们开始广泛关注开发环境生物技术方法。回顾藻类生物吸附和（或）中和重金属离子的毒性作用的潜能的研究，主要集中在藻类的细胞结构，预处理，改性以及在生物吸附性能中遗传工程的潜在应用。我们对预处理，固定和影响生物吸附能力的因素进行了评估，如初始金属离子浓度，生物质浓度，初始pH，时间，温度和多金属离子的干扰，并且引入分子工具开发具有较高生物吸附能力和选择性的工程化藻类菌株。由此得出结论，以上所提及的参数可以生产出具有高生物修复潜能的低成本微型和大型藻类。 1. 引言 重金属离子如铅，铜，镉，锌和镍作为工业废水中的常见污染物，这些导致了对自然环境的污染。残留的营养物质和重金属离子的工业废水对农业、河流、湖泊和海洋的污染也是很严重的。重金属离子在食物链中的生物吸附和积累会传给人类，造成严重的健康问题。重金属离子即使在低浓度下也可能对人体有毒。例如，铅是剧毒的，会对神经系统，肾脏以及维生素D代谢紊乱从而对身体造成损害，尤其是儿童。镍化合物是已知的致癌物，长期暴露于镉相关的环境中会导致肾损害，骨矿物质损失，骨折风险增加，肺功能下降。探索有效处理废水的创新手段，可进一步保护全球淡水资源和水生态系统。基于藻类的废水处理和环境生物技术在五十多年的工业污染治理和研究中发挥着重要的作用。 为了降低处理成本，从处理的废水中回收贵金属如金和银，以及从水溶液中提取铀等放射性元素都具有一定的经济效益。然而，处理含有重金属离子的废水是一个巨大的经济挑战。从废水中去除重金属离子的主要物理化学方法包括化学沉淀、离子交换、电动法、膜处理和吸附。化学工业规模的高成本和重金属离子的清除不完全是物理化学方法发展的主要限制因素。此外，越来越严格的规定和限制排放到环境中的排放物需要使用替代方法。使用藻类生物吸附废水中的重金属离子可以提供从生态上更安全，更便宜和更有效的手段来从废水中去除金属离子。实际上，藻类可用于吸附有毒和放射性金属离子，还可以回收贵金属离子如金和银。然而，为了达到预期的活藻水平的处理水平，有必要了解最大的自养生产，需要详细的藻类培养生理表征。 通过各种机制（如离子交换，复合物形成和静电相互作用），重金属离子的生物吸附作用发生在微观尺度。在这些机制中，离子交换是最多的，是藻类生物质重金属离子生物吸附的重要机制。在这篇综述文章中，我们重点关注使用藻类生物质处理废水的重金属离子生物修复，并对未来研究和应用的潜在场所进行了批判性的评估。我们还提出了利用生物吸附剂增强生物吸附能力，并分析了藻类生物质对特定重金属离子的生物吸附的有效参数。我们还讨论了不同的方法，可以通过将生物质生产与废水处理联系起来以降低藻类养殖成本，以便藻类在废水中的生长工程中可以处理废水和同时生产生物燃料。 2. 工业废水 据全球统计，工业用水量分别为22％，国内8％，农业70％。大部分的水被排放到环境中作为废水。例如在德国，2010年产生了153460万m3的废水。因此，有必要采用现代化的方法来对待工业废水。 这些处理后的大量的污水到达地表会对环境和淡水产生重要影响，要强制当局规定排放工业废水的标准。工业污水的初步构成在很大程度上决定了处理的技术和经济要求，以达到监管排放标准。 工业废水的组成和来源和一样多样。工业废水主要含有重金属以及有机毒素和表面活性剂。来自纺织，电镀和其他金属加工行业的废液含有相当数量的有毒金属离子。工业废水的常规处理方法包括沉淀，离子交换和电化学方法。这些常规方法在大规模除去重金属离子中不具成本效益。重金属离子修复的非常规方法包括使用藻类（宏观和微藻类）等生物质。使用藻类生物质对重金属离子进行生物修复的主要优点和潜力是该过程的可持续性，因此该方法在工业规模生物修复中的成本效益。一些工业废水可以被认为是培养具有高生物吸附能力的高效藻类菌株的富集培养基，可以用来去除重金属离子。然而，工业废水中的一些重金属离子的存在可能干扰藻类的生长，尽管它们的影响可以通过工业废水与有机化合物的稀释或混合来缓和。为了确定污染类型和可用营养物质，工业废水的特征很重要，因为它直接影响藻类生长和工业废水的处理。在活藻细胞中，治理工业废水的能力取决于它的生长速度;生长速度直接决定了生物量的浓度，进而影响金属离子总的生物吸附能力。然而，这一审查侧重于使用藻类生物量进行生物修复的唯一性。如前所述，详细的小规模实验室研究表明，藻类生物量（死亡或活着）可以很好地去除各种重金属。同时，对比分析表明，常规方法处理废水比藻类为基础的贵10倍，也没有在试点或示范规模的研究报告。此外，目前没有详细的技术经济可行性等过程