摘 要：为了实现工业废水中重金属物质的高效处理，本文利用藻类吸附的能力对模拟重金属废水进行净化处理，研究了蓝藻在不同浓度的模拟废水中自身的生长情况以及对不同重金属离子的吸收去除能力。结果表明，与其他重金属废水浓度相比，念珠藻类在模拟重金属废水浓度为10%的情况下藻细胞生物量最高，对重金属的吸收效率最高，其中蓝藻对重金属废水中Zn2+和Cd2+的去除效率最高，分别为57.2%和50.8%。这表明念珠藻类在去除工业废水中重金属离子方面有着巨大的应用潜力。这为藻类定向培养解决重金属废水方法提供了理论基础。

关键词：蓝藻；重金属；吸附

水污染主要来源于生活污染、农业污染以及工业污染三大部分，含有重金属的工业废水在未经处理的情况下排放到环境中也可能对生物和人类健康产生重大影响[1，2]，因此去除工业废水中重金属离子是十分必要的。在新兴技术中，生物浓缩和生物吸附具有成本低、操作简单、环保和高效等特点[3]，其主要原理都是利用有机化合物吸收重金属并净化废水。细菌、酵母和藻类的生物吸附是迄今为止已提出的几种生物修复策略之一[4]。由于藻类生物吸附不会产生二次污染物的化学物质，并且具有毒素去除效率高、运行成本低的优点，因此已成为工业重金属废水处理极具竞争力的技术[5]。基于此，本研究从藻类群中选取念珠藻类来处理含有不同常见重金属离子的模拟工业废水，分析念珠藻类群在不同浓度的工业废水中自身的生长情况及对不同重金属离子的吸收去除能力，以评估该藻类去除工业废水中重金属离子的能力。

1 材料

1.1主要试剂与仪器

试剂：盐酸（分析纯）、NaOH（分析纯）；以上试剂由阿拉丁提供。

仪器：UV-1800分光光度计（岛津），T-HWS-225J高低温试验箱（天一仪器），5804离心机（Centrifuge）。

1.2藻类及培养基

选取念珠藻类（上海光语生物科技有限公司）。每组样品采用BG11作为培养基，并加入1 mL试验室培养的蓝藻。使用前需要彻底摇匀培养基，试验需评估蓝藻在恒温箱中30℃下培养14天时的生长和重金属消除情况。BG11培养基的主要成分如表1所示。

表1  BG11培养基主要成分

2 试验方法

2.1工业废水的水样配制

为模拟蓝藻在吸附过程中的实际工况，特在试验室中配制含重金属废水的水样以此来模拟工业废水，使用盐酸和NaOH溶液调节其pH为2，其水样的主要成分见表2。

表2  工业废水的主要成分

 2.2试验步骤

为了便于监测和得出蓝藻在不同重金属浓度下的耐受程度和重金属吸收情况，在藻类生长过程中，将不同浓度的工业废水（pH由2调节至6.5）加入不同的培养瓶中，对藻类进行定向选育培养。共包含5种不同的样品类型，其工业废水浓度分别为0％，10％，25％，50％，75％。每种样品进行三组平行试验。将15个样品放入30℃的培养箱中，以确定藻类对重金属的耐受性，并研究念珠藻类在藻类培养生长过程中对各种重金属的吸收情况。

试验计划在14天内完成，每48小时用移液器从组织培养瓶中取出1mL样品，并将1 mL样品放入比色皿中，使用分光光度计测量每个样品的吸光度。

3 测试与表征

3.1微生物生长非特异性指标的测定

OD750是微生物生长的非特异性指标。藻类生物量OD750可以通过光谱分析来确定念珠藻类在不同重金属浓度和不同时间的生长情况。在测量吸光度之前，需要将比色皿中含有重金属和藻类的液体充分混合，使溶液的成分分布均匀。

3.2重金属浓度检测

本试验采用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP）检测液体中的重金属浓度。可通过评估15个样本在添加念珠藻之前和念珠藻生长吸收重金属离子之后的重金属类型和数量来确定念珠藻去除重金属的有效性和结果。

4 试验结果

4.1调节pH值时重金属离子含量的变化

表3为调节pH前后溶液中不同重金属离子含量值，并对同一类型重金属进行了比较。结果表明，调节前后各类重金属离子均有不同程度的降低，其中降低最为明显的是Cr、Cu、Fe和Pb等重金属离子。由于用氢氧化钠和盐酸调节pH时有沉淀作用，重金属离子减少。在升高pH的过程中，重金属离子与氢氧根离子反应时会产生沉淀，在这个过程中重金属离子沉淀是很常见的。

4.2 藻类对于重金属离子的去除率

图1显示念珠藻类在处理8天后对含有不同比例的Cd2+、Co2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+的废水样品中重金属的去除能力。为方便与原液比较，与原液对比的稀释液已按与原液相同的比例计算。其中，念珠藻类对10%重金属废水中Cd2+和Zn2+的去除率分别为50.8%和57.8%。这表明念珠藻类对Zn2+的去除效果优于Cd2+，但其他重金属离子未得到充分处理，去除率几乎为0。比较图1、2、3和4，五种金属的去除率总体呈现相同的趋势。

图5、图6的柱状图分别给出了调节pH前后溶液中Zn2+、Cd2+的浓度，也包括不同浓度废水经念珠藻类吸收后的浓度。可以看出，在不同的工业废水浓度下，Cd2+、Zn2+在废水浓度为10%时最低，分别为3.27 g/mL、58.47 g/mL。随着工业废水浓度的增加，念珠藻类无法吸收的重金属数量也随之增加。对于Cd，在50%和75%重金属出水中的浓度与加入念珠藻类之前几乎相同。

因此可以得出，念珠藻类在重金属浓度为10%时效果最好。对于重金属Cd和Zn，在重金属废水浓度较低时，念珠藻类对Cd和Zn的去除效果更好。加入念珠藻类后，随着工业废水浓度的增加，念珠藻类对Cd和Zn的吸收能力均降低或无吸收能力，且念珠藻类对Zn的吸附能力优于Cd。

图1  10%工业废水含量下不同种类的重金属的初始浓度

及念珠藻类吸附后浓度

图2  25%工业废水含量下不同种类的重金属的初始浓度

及念珠藻类吸附后浓度

图3  50%工业废水含量下不同种类的重金属的初始浓度

及念珠藻类吸附后浓度

图4  75%工业废水含量下不同种类的重金属的初始浓度

及念珠藻类吸附后浓度

图5  不同浓度工业废水含量下Cd2+经过藻类吸附后

浓度变化图

图6  不同浓度工业废水含量下Zn2+经过藻类吸附后

浓度变化图

4.3念珠藻类的生长

如图7所示，从第0天开始用分光光度计进行测量，图中的数据是在2天的时间间隔内以750 nm测得的光密度。不含污染物的样品中OD750的曲线随时间上升，从第6天开始趋于平稳。念珠藻类在溶液中不含重金属时生长得更好。在10%及25%的工业废水中，从第6天开始，藻类就进入了生长抑制期，可以假设受到重金属的影响。对于50%和75%的较高重金属浓度，从第0天开始，光密度呈平滑的趋向0的趋势，藻类生长趋势被完全抑制了。

图7  不同浓度工业废水下的光密度的变化

5 结果与讨论

5.1 pH重金属离子调节变化的形势原因探讨

试验的最初目的是检测念珠藻类对九种不同的常见重金属的去除情况，并评估念珠藻类的各种去除效果。然而，随着pH值的调整，Cr3+、Fe2+、Pb2+和Cu2+几乎全部被去除。根据前面的研究结果和图1中的数据，可以认为发生了沉淀。

重金属离子的沉淀取决于在pH值调整过程中加入NaOH。根据研究，铬沉淀发生在pH值为8.7。然而该试验的校正pH值为6.5，根据之前的研究结果，这应该不足以产生全部的铬沉淀。因此，假设可能是其他因素产生了更多沉淀。Cr2+和Fe3+在pH值较低时可能以复合物形式沉淀，FeOHCrO4是主要沉淀物。不过，Fe(OH)3沉淀会随着pH值的升高而产生，例如在pH值为6.5时，它们也会形成氢氧化铁沉淀。

5.2关于藻类去除重金属效率的讨论

初始重金属浓度不同直接影响念珠藻类对于废水中重金属离子的去除率。图5显示，在不同重金属浓度下念珠藻类吸收重金属效率不同。本试验的总体趋势是初始重金属浓度越高，念珠藻类对于重金属的去除率越低。结果表明，随着重金属浓度的降低，念珠藻类的存活率有所提高。相关研究结果表明，在重金属浓度较高的情况下，念珠藻类会失活并死亡。因此，合适的初始重金属浓度对念珠藻类的生长以及重金属去除效率都很重要。

基于这些发现，念珠藻类生物吸附重金属的可行性得到了证实。但藻类技术仍处于发展阶段，相关研究和应用还不充分，念珠藻类对于重金属的去除效率需要得到进一步的提高。可通过降低重金属的初始浓度，例如重金属污水的浓度间隔为5%~25%，这样可以最大限度地减少对念珠藻类生长的抑制，获得更长的藻类生长时间和更高的去除效率，从而得到更加翔实的试验数据。此外，还需在改变pH值的同时防止重金属沉淀，因为这可能会干扰藻类试验的运行。

参考文献

[1]毛新兰,崔胜红,耿维顺.浅谈工业废水治理现状及优化策略[J].皮革制作与环保科技,2024,5(11):1415+27.

[2]刘永福,李盈,毛新兰.环保视角下的工业废气废水处理技术研究[J].皮革制作与环保科技,2024,5(09):169-171+177.

[3]潘声旺.多环芳烃污染土壤的生态修复研究[D].西南大学,2009.

[4]王霏,曹丰,朱崇兵,等.生物吸附剂在含重金属离子废水处理中的研究进展[J].化工新型材料,2024,52(S1):43-46.

[5]凌娜,刘小瑞,李玮璐,等.应用藻类进行重金属污染水体生物修复的研究进展[J].水产学杂志,2022,35(01):89-96.

作者简介：刘啸（1996-），男，汉族，河北保定人，助理工程师，硕士研究生，研究方向：环境工程。