酵母菌對三價鉻的生物吸附
摘 要
本文簡要說明了鉻污染的來源及危害，以及處理三價鉻的主要方法：著重闡述了生物吸附技術；根據實驗結果，得出其最佳的運行參數為：當PH值為6時，吸附效果最好，振蕩60min吸附基本可達平衡。一般是在常溫下。常見離子Na+,Ca2+,Mg2+,Cl- ,等對吸附影響不大。在一定濃度范圍內酵母菌對三價鉻的吸附符合Freundlich和Langmuin等溫吸附模型。
關鍵詞：酵母菌，三價鉻，生物吸附
1.鉻的危害
鉻（Cr）遍布于自然界，在水體和大氣中均含有微量的鉻。鉻有多種價態，其中僅三價鉻與六價鉻具有生物意義。鉻是人體必需的微量元素，它與脂類代謝有密切聯系，能增加人體內膽固醇的分解和排泄，是機體內葡萄糖能量因子中的一個有效成分，能輔助胰島素利用葡萄糖。如食物不能提供足夠的鉻，人體會出現鉻缺乏癥，影響糖類及脂類代謝。若大量的鉻污染環境，則危害人體健康。鉻的價態不同，人體吸收鉻的效率也不一樣，胃腸道對三價鉻的吸收比六價鉻低，六價鉻在胃腸道酸性條件下可還原為三價鉻，大量攝入鉻可以在體內造成明顯的蓄積。
鉻中毒主要是指六價鉻。六價鉻和毒性比三價鉻高100倍左右。三價鉻和六價鉻對水生生物都有致死作用。鉻在魚體內累積。三價鉻對魚類毒害比六價鉻大。試驗表明，水中含鉻在 1ppm時，可刺激水生物生長，在1～10ppm時會使水生生物生長受抑制，達到100ppm時，幾乎完全使水生生物生長停止，瀕于死亡。由于侵入途徑不同，臨床表現也不一樣。飲用被含鉻工業廢水污染的水，可致腹部不適及腹瀉等中毒癥狀；鉻為皮膚變態反應原，引起過敏性皮炎或濕疹，濕疹的特征多呈小塊，錢幣狀，以亞急表現為主，呈紅斑、浸潤、滲出、脫屑、病程長，久而不愈；由呼吸進入，對呼吸道有刺激和腐蝕作用，引起鼻炎、咽炎、支氣管炎，嚴重時使鼻中隔糜爛，甚至穿孔。鉻還是致癌因子。
2.含鉻廢水的來源
鉻及其化合物在工業生產的各個領域廣泛應用，是冶金工業、金屬加工電鍍、制革、油漆、顏料、印染、制藥、照相制版等行業必不可少的原料。這些工業部門分布點多而廣，每天排出大量含鉻廢水。電鍍廢水的鉻主要來自于鍍件鈍化后的清洗工序，由于工藝技術的要求，一般水體中其它成分的含量較少。水體中鉻污染主要是三價鉻和六價鉻，它們在水體中的遷移轉化有一定的規律性。三價鉻主要被吸附在固體物質上面而存在于沉積物中；六價鉻多溶于水中，而且是穩定的，只有在厭氧的情況下，才還原為三價鉻。三價鉻的鹽類可在中性或弱堿溶液中水解，生成不溶解于水的氫氧化鋁而沉水體底泥。在工業廢水中，主要是六價鉻。環境中的三價鉻和六價鉻可以相互轉化，所以近來規定水質標準，傾向于根據鉻的總含量，而不是根據六價鉻的含量。
3.電鍍等工業排放的含鉻廢水，常見的處理方法有：
（1）高PH值下降，三價鉻轉換為氫氧化鉻沉淀；
（2）不溶解的金屬氧化物沉積；
（3）處理脫水污泥
（4）電解法
上述方法的主要缺點是處置有毒廢物費用較高，需要化學試劑還原六價鉻以及三價鉻還原不完全等。同時回收鉻酸代價過高。為了克服這些缺點，因考慮采用廉價的材料除去三價鉻。
4.生物材料吸附法
非活體生物材料能快速結合金屬離子，可用于貴金屬的回收、金屬的富集以及從水體中去除重金屬離子。生物吸附作為處理重金屬污染的一項新核技術與其它同類技術相比（如蒸發、沉淀、活性炭吸附、離子交換樹脂、電滲析等）具有以下優點：
① 在低濃度下，金屬可以被吸附量較小；
② 對鈣、鎂離子吸附量較小；
③ 處理效率高；
④ PH值和溫度條件范圍寬；
⑤ 投資小，運行費用低；
⑥ 可有效地回收一些貴重金屬。
因此在“修復”受重金屬污染的工業流出物中有廣闊的應用前景，尤其是對于重金屬含量在100mg/l以下的水體，采用其它方法去除金屬離子，處理困難或費用偏高，而使用易得、價廉的原材料一某些工業的廢棄物（如發酵的副產物）或自然界大量存在的生物（如藻類）作生物吸附劑，可有效去除重金屬離子。自然環境中通過生物吸附作用在食物鏈中起到對衡量金屬離子的積累。
生物吸附的機理和模型
生物材料對金屬離子的結合機理有吸附和離子交換。吸附模型有Langmuir等溫吸附模型和Freundlich等溫吸附模型。
前者的表達式為：q=qmax KLC/(1+ KLC) (1)
后者為： q=KC1/N (2)
式中： q—吸附量（μmol/g）
qmax—最大吸附量
KL—吸附平衡常數
C—吸附平衡后的金屬離子的濃度（μmol/g）
K—常數
將（1）式轉換一下，可得到期/q—1/C的線性關系式：
1/q=1/ qmax+1/ KLqmax×1/C
截矩為1/ qmax,斜率為1/ qmaxKL，只要得到吸附平衡時生物材料的吸附量和相應的平衡濃度，在不同的金屬濃度下操作幾次，對q、C的雙倒數進行線性回歸，從斜率和截矩得到最大吸附量和吸附平衡常數。將（2）式進行對數轉換，得到：
logq=logK+1/N×logC
q和C的對數成線性關系，此式在高濃度下不成立。吸附量可由下式得到：
q=(C0V0-CV)/m
式中： m—吸附劑的質量
C0—加入的金屬離子的濃度
V0—加入的溶液的體積
C—吸附平衡時金屬離子的濃度
V—發生吸附時體系的體積
Cr(Ⅲ)達到吸附平衡的接觸時間為60mm；達到最大吸附量的pH值范圍為Cr(Ⅲ)為6；對所有被研究的金屬離子，吸附量隨著生物量上升到10g／L而增加，之后便趨于穩定，而對某種金屬離子的吸附容量卻隨之降低；本試驗中所有的生物吸附都遵循Langmuir等溫方程。