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藻类快速净化金属污染的水体

2020.3.14

图1. 小型藻类的实验室规模无菌培养。

采用低成本的净化技术处理受污染的饮用水，对于发展中国家而言具有重大的意义，本文介绍了如何利用藻类完成这一任务。

根据亚洲发展银行估计，仅在亚洲就有大约七亿人缺少清洁的饮用水，而污染程度最为严重的是受（重）金属污染的水体，因此，研究一种低成本方法来净化这种受污染的水体便具有特殊的意义，实现这种净化的一种可能性就是应用大量的藻类。本研究旨在试验各种微藻体、小型和巨型藻对重金属的吸收能力，以寻求能从水中除去离子型组分（重金属离子）的廉价藻类。藻类生物质对重金属的结合容量是重要判据，在实际条件下，X射线-荧光光谱法作为一种最直接的方法，可用于定量测量这种泡胀的游离或固化的生物质对于金属的负载量。

工业化应用

用固化的藻类生物质作为吸附剂，从受污染的水中除去离子型组分，小型和巨型藻类对此具有特别的实用意义。小型藻可在量筒（见图1）、管道和反应器中以各种规模进行培养，巨型藻（见图2）则需要在海岸沿线地带进行培养。大洋巨型藻类在一些国家用来生产有价值的原料，用于制药业、动物饲料或作为人类的食物。

图3. 用于循环柱试验的填充固化生物质颗粒的固体床柱。

柏林工业大学生物技术研究所的科研人员已经完成了用巨型藻类捕获离子型组分的试验，为了使实验室中建立的方法也能应用于工业规模，必须确保这种藻类生物质以一定的形态和大小呈现。例如填充有球状固化的小型、巨型藻类颗粒，就具有作为吸附柱的诸多优点而得到广泛应用。对小型藻、微藻体、巨型藻进行的试验结果证明，不同的藻类生物质对离子型组分的捕获可能存在差异。为了寻找对离子型组分具有最高吸附量的生物质，研究人员采用了循环试验，向各试管分别加入已知离子浓度、不同体积的生物质样品，置于摇床上进行间歇式批次试验。试验于常温下进行，直至溶液中不再显示离子浓度的改变（达到平衡状态），分离溶液与生物质，然后采用原子吸收法（AAS）分析溶液中的金属离子浓度。

图4. 裙带菜固化物对Cu2+的吸附容量曲线（单组分等温线）。

离子型组分特性描述

在以上实验中，首先制备具有适当机械、化学和热力学稳定性的藻类固化小球进行试验，这些颗粒物在有水流流动的柱子里仅产生微小的压力损失，因而可被应用到固体床柱子中（图3）。

图5. 样品Cu2+的X射线-荧光光谱（单组分等温线）。

借助原子吸收光谱法（图4）和X射线分析法（见图5）来测定固-液平衡后生物质表面吸附的离子型组分的浓度，从而计算出金属的捕获量。对于单组分等温线，采用Langmuir吸附模型考察实验数据的适应性，结果表明，达到了良好的关联性。

借助X射线-荧光光谱分析法（图5）可对生物质表面承载的离子型组分特性进行描述（图6）。黑色符号表示用原子吸收法测定的分配平衡（等温线），红点表示的是应用干燥的巨型藻类固化物所得结果，绿点表示的是采用潮湿泡胀后的巨型藻类固化物所得结果，这些数据均应用X射线-荧光光谱分析法测定，可以看出，潮湿泡胀后的巨型藻类固化物得到了最好的实验结果。