藻类生物膜去除重金属效果及其机理研究

Heavy metals pollution has become one of the environmental issues which was global concerned and focused researched. Because of the existing heavy metal wastewater treatment technology is imperfect, algae biotechnology is increasingly concerned by scholars. Due to the higher limits of suspended algae biomass collection system and the high cost of the immobilized algae technology, algae biofilms treatment of heavy metals became a new research subject. In this subject, we will have a feasible. Using stimulative heavy metal effulent to filter out algae strains, which  have a good endurance capacity for the  metals(Cr、Cd、Pb). Building a biofilm reactor, at same time, the physical and chemical characteristics and physiological properties of the biofilms will be analyzed. Then, the optimal removal parameters will be studied by response surface on the basis of one factor test; the removal mechanism of heavy metals will be researched, which contains that analyzing transition and transform characteristics in the biofilms and exploring the deposite location. Finally, build algae biofilm reactor and optimize operating conditions. The development of this research provide theoretical basis and technical support for algae biofilm technology in the treatment of wastewater， which has a very important scientific significance.

重金属污染已成为全球关注和重点研究的环境问题之一，藻类生物去除重金属技术越来越受到学者的关注和重视。由于悬浮藻具有生物量收集难、固定藻技术成本高等局限，藻类生物膜去除重金属成为一个全新的研究课题。本课题研究一种新型的重金属污染治理生物技术，首先利用水华鱼腥藻、水网藻、阿氏颤藻、鞘藻、蛋白核小球藻、斜生栅藻等藻株为备选藻株，筛选出重金属（Cr、Cd、Pb）耐受能力最强的藻株或藻株组合，制备藻类生物膜，分析藻类生物膜的生理特性和物理化学性质；然后通过单因素控制和正交实验法分析重金属的最佳去除条件，研究藻类生物膜去除重金属的机理，分析重金属在藻类生物膜中的迁移转化特性以及最终的沉积位置；最后构建藻类生物膜反应器，优化运行条件，获得高效、低能耗的生物处理技术。因此，本课题的开展为藻类生物膜技术在重金属废水治理方面的应用提供理论依据和技术支持，具有重要的科学意义和应用价值。

重金属污染已成为全球关注和重点研究的环境问题之一，目前重金属废水处理方法主要有：化学法、物理法、生物法，但前两种方法都存在这经济成本高、回收利用率低、存在二次污染等问题。因此，利用藻类制备成藻类生物膜处理重金属，是一种新型的重金属污染治理生物技术。.本课题优选出对重金属去除效果最佳的藻种，制备成藻类膜，利用SEM、FTIR、XRD、XPS等仪器检测藻类生物膜表面结构的变化，检测藻类生物膜的各种生理指标，研究重金属的去除机理，最后构建藻类生物反应器以及藻类后续处理研究。通过四年的大量实验研究，取得了较丰富的成果和数据，重要结果和关键数据包括：①斜生栅藻适用于对重金属铅、镉的去除，最高去除率分别为95.24%、85.20%,，鞘藻适用于对铬有较好的去除效果，去除率达73.6%。②丝瓜络和K3为挂膜载体适合作为斜生栅藻的挂膜载体。③藻细胞吸附重金属与表面的-OH、C-H、C=O，N-H酰胺Ⅰ等官能团有关；C-C，C-H、C-O，C-N、C=O，O-C-O、O-H等化学键与重金属发生了络合反应；在吸附重金属后，藻细胞的结晶度会发生变化。④重金属胁迫对藻膜的抗氧化水平以及藻膜的生理活性产生影响；同时会造成藻细胞表面结构的损伤。⑤伪二阶动力学方程适用于描述藻膜对重金属的吸附过程，主要以化学吸附为主；吸附热力学符合Langmuir吸附等温线，通过拟合得出K3生物膜和丝瓜络生物膜最大吸附量分别为78.75 mg/g和133.14 mg/g。⑥藻膜分泌的EPS能够促进对重金属的吸附。⑦CaCl2适用于解吸重金属铬，EDTA-2Na对镉的解吸效果最好。⑧重金属初始浓度、光照强度、藻类生物量、pH等条件因子均会对吸附过程产生影响，强弱顺序为初始重金属浓度>初始pH>光照强度>藻类生物量。⑨藻类对有机磷和无机磷的利用方式不同；在白蓝光条件下，有利于藻类生长。.本课题的研究成果为藻类膜技术在重金属废水治理方面的应用具有比较重要的科学意义和应用价值。