生物還原/生物吸附法處理放射性廢水

當(dāng)濃度超過一定值后，放射性核素對于微生物會產(chǎn)生毒害作用.但對于低濃度、數(shù)量大、成分復(fù)雜且有機(jī)污染嚴(yán)重的放射性廢水，生物處理是一種具有研究價(jià)值的方法.生物方法治理放射性核素污染有下列兩種途徑:(1)生物還原:利用微生物將金屬離子還原.如果該金屬離子的還原態(tài)毒性較小，溶解度較低，則可以降低該金屬離子的毒性并使之沉淀.已有研究表明，自然界中存在許多微生物可以還原As(V)、Se(VI)、Cr(VI)、Fe(III)、Mn(VII)等金屬離子.例如，許多好氧和厭氧細(xì)菌利用基于細(xì)胞色素的呼吸鏈和還原酶，通過不同的底物轉(zhuǎn)移電子，可以將Cr(VI)還原為Cr(III).研究表明，Escherichiacoli、Desulfovibriodesulfuricans和Geobactersulfurreducens中的氫化酶可以在氫存在的條件下，將放射性核素Tc(VII)還原，從而形成氧化物沉淀。16SrRNA基因分析結(jié)果表明，這些微生物幾乎都屬于原核微生物.到目前為止，人們關(guān)于真核微生物轉(zhuǎn)化重金屬和放射性核素知之甚少。

(2)生物吸附:生物吸附概念早由Ruchhoft提出，他利用活性污泥去除水中的放射性核素Pu，并認(rèn)為Pu的去除是由于微生物的繁殖形成具有較大面積的凝膠網(wǎng)，使微生物具有吸附能力.大量研究結(jié)果表明，一些微生物，如細(xì)菌、真菌、酵母和藻類等，對金屬有很強(qiáng)的吸附能力.生物質(zhì)吸附金屬的機(jī)理十分復(fù)雜，它們對重金屬的作用可以分為生物吸附和生物積累兩個(gè)不同的生物化學(xué)過程.生物積累僅發(fā)生在活細(xì)胞內(nèi)，當(dāng)活細(xì)胞生存在環(huán)境中時(shí)，它可以通過多種機(jī)理，包括運(yùn)輸以及細(xì)胞內(nèi)外的吸附來“提高”本身的金屬含量.已提出的金屬運(yùn)送機(jī)制有脂類過度氧化、復(fù)合物滲透、載體協(xié)助及離子泵等.生物積累是一個(gè)主動過程，它比生物吸附慢得多，是通過微生物的新陳代謝伴隨著能量消耗進(jìn)行的.由于這一過程和細(xì)胞代謝直接相關(guān)，因此，許多影響生物活性的因素都能影響金屬的吸附.隨著生物技術(shù)的發(fā)展，對微生物與重金屬及放射性核素之間相互作用機(jī)制的研究不斷深入，人們逐漸認(rèn)識到利用微生物治理放射性廢水污染是一種極有應(yīng)用前景的方法。

用微生物菌體作為生物處理劑，吸附存在于水溶液中的鈾等放射性核素，效率高、成本低、耗能少，且不產(chǎn)生二次污染物，可以實(shí)現(xiàn)放射性廢物的減量化目標(biāo)，為核素的回收利用或地質(zhì)處置創(chuàng)造有利條件.據(jù)報(bào)道，Geobactersulfurreducens細(xì)菌能夠去除地下水中溶解性的鈾，Geobacter能夠使溶解性的U(VI)還原為不溶解的U(IV)，從而使U以固體形式沉淀下來，因此，這種細(xì)菌有可能被用于放射性核素的生物處理.生物吸附法(biosorption)利用生物體或其衍生物吸附/吸收廢水中的金屬離子，再經(jīng)固液分離，達(dá)到凈化目的.這種新方法，適宜處理廢水量大、濃度低的放射性廢水，具有、廉價(jià)的特點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注.該方法利用各種生物材料，如芽孢桿菌、青霉菌、酵母、海藻等來吸附除去水中放射性核素離子，可以將廢水中的核素離子濃度降得非常低，甚至直接達(dá)到排放要求.近年來，作者所在課題組生物吸附領(lǐng)域里進(jìn)行了積極的探索性工作，研究成果得到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。