微生物处理重金属污染.pptx

水体受污染现状 重金属污染现状 土壤受污染现状 传统的物理化学处理法 重金属污染处理 微生物处理法重金属污染指由重金属及其化合物造成的环境污染，主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物造成的污染。重金属污染的危害程度主要取决于重金属在环境、食品和生物体中存在的浓度和化学形态。其中，重金属有机态的毒性大于无机态，且其羟基化合物常常有剧毒；重金属产生毒性效应的阈值低，其物理化学行为多具有可逆性，某些重金属（如甲基汞）可在土壤微生物作用下转化为金属有机化合物，产生更大的毒性。重金属污染的最根本特征是不能被降解而消除，在自然界净化循环中，只能从一种形态转化为另一种形态，从甲地迁移到乙地，由高浓度变成低浓度。同时，重金属污染易通过食物链而富集，从而对人类健康产生重要影响。污染水体的重金属主要来自金属矿山、冶炼、农药、医学等工业。重金属污染物排入水体环境后不易消失，通过食物链的富集累积进入人体后可能促进多种慢性疾病的发作。从毒性和对生物体的危害来看，重金属污染有如下特点：从毒性和对生物体的危害来看，重金属污染有如下特点：1、在天然水体中只要有微量浓度即可产生毒性效应，一般重金属产生毒性的浓度范围大致在110mg/L之间，毒性较强的重金属如镉、汞等，产生毒性的浓度范围在0.001mg/L0.01mg/L以下。2、金属离子在水体中的转移与转化与水体的酸碱条件有关。3、微生物不能降解重金属，相反的某些重金属有可能在微生物作用下转化有机重金属化合物，产生更大的毒性。4、地表水中的重金属可以通过生物的食物链富集达到相当高的浓度，这样重金属能够通过多种途径（食物、饮水、呼吸）进入人体。5、重金属进入人体后能够和生理奇分子物质，如蛋白质和酶等，发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能累积在人体的某些器官中，造成慢性累积性中毒，最终形成危害 土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属加入到土土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属加入到土壤中，致使土壤中重金属含量明显高于原有含量，并造成生壤中，致使土壤中重金属含量明显高于原有含量，并造成生态环境质量恶化的现象。土壤重金属污染主要来自矿产开采、态环境质量恶化的现象。土壤重金属污染主要来自矿产开采、灌水（特别是污灌）、固体废弃物（污泥、垃圾等）、农药灌水（特别是污灌）、固体废弃物（污泥、垃圾等）、农药和肥料，以及大气沉降物等。另外，交通污染如汽车废气沉和肥料，以及大气沉降物等。另外，交通污染如汽车废气沉降也会使公路两侧土壤易受铅的污染。降也会使公路两侧土壤易受铅的污染。重金属污染处理方法传统的重金属污染物理化传统的重金属污染物理化学处理法：学处理法：化学沉淀法、离子交换法、电化学沉淀法、离子交换法、电解法、反渗透法、萃取法、活解法、反渗透法、萃取法、活性炭吸附法、膜分离法等。性炭吸附法、膜分离法等。优点：处理过程快，容易优点：处理过程快，容易 操作与控制。操作与控制。缺点：缺点：投资大、能耗高、投资大、能耗高、操作困难，易产生二次操作困难，易产生二次 污染。污染。根据微生物对重金属污染根据微生物对重金属污染处理的原理可将微生物修处理的原理可将微生物修复分为复分为2 2 类：类：生物转化沉淀生物转化沉淀 生物吸附生物吸附微生物处理重金属污染 重金属不能被微生物降解并且对它们有毒害作用，但是微生物重金属不能被微生物降解并且对它们有毒害作用，但是微生物对重金属又有一定的抗性和解毒作用，可以吸附和转化重金属。对重金属又有一定的抗性和解毒作用，可以吸附和转化重金属。生物转化沉淀：微生物可通过多种渠道改变重金属的活动性，微生物可通过多种渠道改变重金属的活动性，重金属在其活动相与非活动相之间转化，从而影响重金属的生物有重金属在其活动相与非活动相之间转化，从而影响重金属的生物有效性。效性。生物吸附：微生物本身及其代谢产物都能吸附重金属。微生物本身及其代谢产物都能吸附重金属。微生物的吸附类型及其作用机制微生物的吸附类型及其作用机制一、利用微生物细胞直接固定金属离子：微生物表面结构对重金属的吸附起着重要的作用（其中细胞微生物表面结构对重金属的吸附起着重要的作用（其中细胞壁和粘液层能直接吸收或吸附重金属）。微生物的表面既带正电壁和粘液层能直接吸收或吸附重金属）。微生物的表面既带正电荷，又带负电荷。不同的微生物因带电性不同、与重金属间的作荷，又带负电荷。不同的微生物因带电性不同、与重金属间的作用力及作用势能变化不同而对重金属的吸附作用有异。用力及作用势能变化不同而对重金属的吸附作用有异。二、利用微生物的代谢产物固定金属离子：微生物在其生长过程与环境因素相互作用时会释放出许多代谢产微生物在其生长过程与环境因素相互作用时会释放出许多代谢产物，它们能与金属反应从而固定重金属。物，它们能与金属反应从而固定重金属。微生物吸附的主要特征微生物吸附的主要特征1 1、适应性广，能在不同、适应性广，能在不同pHpH、温度及加工过程下操作；、温度及加工过程下操作；2 2、选择性高，能从溶液中吸附重金属离子而不受碱金属离子、选择性高，能从溶液中吸附重金属离子而不受碱金属离子的干扰；的干扰；3 3、金属离子浓度影响小，在低浓度（、金属离子浓度影响小，在低浓度（10mg/L10mg/L）和高浓度）和高浓度（100mg/L100mg/L）下都有良好的金属吸附能力；）下都有良好的金属吸附能力；4 4、对有机物耐受性好，有机物污染（、对有机物耐受性好，有机物污染（5000mg/L5000mg/L）不影响对）不影响对金属离子的吸附；金属离子的吸附；5 5、再生能力强、步骤简单，再生后吸附能力无明显降低。、再生能力强、步骤简单，再生后吸附能力无明显降低。根据被吸附重金属离子在微生物细胞中的分布根据被吸附重金属离子在微生物细胞中的分布生物吸附可分为以下几种生物吸附可分为以下几种:（1 1）、胞外富集、沉淀）、胞外富集、沉淀;（2 2）、细胞表面吸附或络合）、细胞表面吸附或络合;（3 3）、胞内富集）、胞内富集胞外吸附 一些微生物可以分泌多聚糖，糖蛋白，脂多糖，一些微生物可以分泌多聚糖，糖蛋白，脂多糖，可溶性氨基酸等胞外聚合物质（可溶性氨基酸等胞外聚合物质（extracellular polymeric substances，EPS），），EPS具有络合或沉具有络合或沉淀金属离子作用。如蓝细菌能分泌多糖等胞外聚合物，淀金属离子作用。如蓝细菌能分泌多糖等胞外聚合物，一些白腐真菌可以分泌柠檬酸（金属螯合剂）或草酸一些白腐真菌可以分泌柠檬酸（金属螯合剂）或草酸（与金属形成草酸盐沉淀）。（与金属形成草酸盐沉淀）。细胞表面吸附 细胞表面吸附是指金属离子通过与细胞表面，特细胞表面吸附是指金属离子通过与细胞表面，特别是细胞壁组分（别是细胞壁组分（蛋白质、多糖、脂类等）蛋白质、多糖、脂类等）中的化学中的化学基团（基团（如羧基、羟基、磷酰基、酰胺基、硫酸脂基、如羧基、羟基、磷酰基、酰胺基、硫酸脂基、氨基、巯基等）氨基、巯基等）的相互作用，吸附到细胞表面。的相互作用，吸附到细胞表面。金属离子被细胞表面吸附的机制：金属离子被细胞表面吸附的机制：离子交换、表面络合、物理吸附（如范德华力、静电作用）、氧离子交换、表面络合、物理吸附（如范德华力、静电作用）、氧化还原或无机微沉淀等化还原或无机微沉淀等胞内富集 一些金属离子能透过细胞膜，进入细胞内。金属离子进入细一些金属离子能透过细胞膜，进入细胞内。金属离子进入细胞后，微生物可通过区域化作用将其分布于代谢不活跃的区域胞后，微生物可通过区域化作用将其分布于代谢不活跃的区域（如液泡），或将金属离子与热稳定蛋白结合，转变成为低毒的（如液泡），或将金属离子与热稳定蛋白结合，转变成为低毒的形式。如活酵母吸收的形式。如活酵母吸收的Sr、Co 离子积累于液泡中，而离子积累于液泡中，而Cd和和Cu 离子位于酵母的可溶性部分；同时液泡缺陷型酵母对离子位于酵母的可溶性部分；同时液泡缺陷型酵母对Zn、Mn、Co、Ni 离子的敏感性增加，吸附量降低；但其对离子的敏感性增加，吸附量降低；但其对Cu 和和Cd 离子离子的吸附与野生型则没有明显的区别。的吸附与野生型则没有明显的区别。微生物对重金属的转化沉淀作用 微生物对重金属离子的沉淀作用，一般认为是由于微生物对微生物对重金属离子的沉淀作用，一般认为是由于微生物对金属离子的异化还原作用或是由于微生物自身新陈代谢的结果。金属离子的异化还原作用或是由于微生物自身新陈代谢的结果。一方面，一些微生物可分泌特异的氧化还原酶，催化一些变价金一方面，一些微生物可分泌特异的氧化还原酶，催化一些变价金属元素发生氧化还原反应，或者其代谢产物或细胞自身的某些还属元素发生氧化还原反应，或者其代谢产物或细胞自身的某些还原物直接将毒性强的氧化态的金属离子还原为无毒性或低毒性的原物直接将毒性强的氧化态的金属离子还原为无毒性或低毒性的离子；另一方面，一些微生物的代谢产物（硫离子、磷酸根离子）离子；另一方面，一些微生物的代谢产物（硫离子、磷酸根离子）与金属离子发生沉淀反应，使有毒有害的金属元素转化为无毒或与金属离子发生沉淀反应，使有毒有害的金属元素转化为无毒或低毒金属沉淀物。低毒金属沉淀物。微生物对重金属的还原作用 一些微生物在其生长代谢过程中，可分泌特异的氧化还原酶，一些微生物在其生长代谢过程中，可分泌特异的氧化还原酶，催化一些变价金属元素发生氧化还原反应，使金属离子的溶解度催化一些变价金属元素发生氧化还原反应，使金属离子的溶解度或毒性降低。例如，许多好氧和厌氧微生物能将如或毒性降低。例如，许多好氧和厌氧微生物能将如Cr6+还原为还原为Cr3+。微生物产生影响重金属活性的物质 如微生物新陈代谢过程中产生的简单有机化合物、如微生物新陈代谢过程中产生的简单有机化合物、大分子腐殖酸和富里酸或微生物渗出物等都能络合环大分子腐殖酸和富里酸或微生物渗出物等都能络合环境中的重金属，实现不同重金属形态间的转化。境中的重金属，实现不同重金属形态间的转化。谢谢大家谢谢大家THANK YOU FOR YOUR