含铀废水的生物处理技术研究

3.0 闻远设计 2024-04-20 34 4 17.88KB 4 页免费

侵权投诉

含铀废水的生物处理技术研究

随着我国铀矿冶的发展，铀资源被加速开发和利用，核燃料循环过程中所产生的放射性含铀废

水种类及数量越来越多[1,2].由于铀具有重金属化学毒性和放射性辐射双重危害，不仅可以通过

自身衰变而放射出的粒子直接对人体造成外辐照，而且可沿食物链被生物吸收、蓄积，最终造

成人体积累和慢性中毒，危害生态环境和人类健康，造成严重的环境安全隐患[3-5].实际上，铀

矿冶废水周边农业土壤、地下水和地表水中已经检测出铀的污染物[6-8].铀矿冶、铀加工过程中

排放的废水铀质量浓度一般在 5 mg/L 左右或以下，目前的技术对该类低浓度含铀废水处理效

果不佳，难以达到国家规定允许排放的浓度（0.05 mg/L）。因此，为防止含铀废水对人类健康

和生态环境的危害，高效、廉价的治理技术方法的研究是一项非常迫切而又艰巨的任务。

1含铀废水的处理

放射性废水有别于普通工业废水，不能通过物理、化学或生物等方法将其分解破坏，只能靠其

自然衰变降低以致消失其放射性。因此，在放射性废水的处理方面，只能使用贮存与扩散两种

方式，即使用适当的方法处理之后，将大部分的放射性元素转移到小体积的浓缩废物中并加以

贮藏，而使大体积废水中剩余的放射性元素含量小于最大允许浓度排放于环境中进行稀释和扩

散。对放射性含铀废水的处理，人们几乎尝试了各种先进的水处理工艺，包括有化学沉淀、离

子交换、蒸发浓缩及吸附等传统处理方法，以及膜处理法、植物修复法、可渗透反应墙治理技

术及微生物处理等新技术[9-13].

目前对含铀废水的处理一般仍采用方法成熟的传统净化处理工艺，但是其存在很多问题，如化

学沉淀法沉渣量大、处置困难; 蒸发浓缩法能耗高，尤其是对低浓度含铀废水应用受限 ;离子交

换法交换选择性不理想，交换容量有限，对高盐分的含铀废水的处理效果不佳[1].近些年来新

处理方法的研究虽然取得突破性进展，但是这些方法要么处理效率不高，要么成本太高，难以

满足实际需要。如人工湿地法是最近在国外普遍流行的方法，但易受气候条件和温度的影响，

基质易饱和易堵塞，占地面积较大，且易引起铀扩散而造成二次污染[14];膜分离法易生成污

垢、使用寿命短，还不能成熟应用于含铀废水处理，膜材料的制备和膜污染与控制还有待研究

;而被认为颇具潜力的零价铁可渗透反应墙处理法存在吸附、还原后的铀易被解吸或被氧化再

释放，造成二次污染的缺点[15].

随着生物技术的发展，对微生物与重金属及放射性核素之间相互作用机制的研究不断深入，人

们逐渐认识到利用微生物治理放射性铀废水污染是一种极有应用前景的方法。用微生物菌体作

为生物处理剂，吸附存在于水溶液中的铀等放射性核素，具有效率高、成本低廉、耗能少等诸

多优点，可以实现放射性废物的减量化目标，为核素的回收利用或地质处置创造有利条件。因

而在含铀废水处理领域受到了人们的日益重视和青睐[16-19].

2铀废水转化菌种类及转化机理

早在20 世纪 80 年代，就有人发现一些微生物的吸附容量比一些吸附剂还高，如当溶液中的

铀、钍质量浓度均为5 mg/L 时，少根根霉菌对铀、钍的吸收容量分别为 80、140 mg/g,而离子

交换树脂（IRA-400 ）分别为 31、3 mg/g,活性炭（F-400 ）分别为 15、20 mg/g[20].目前随着对

铀废水研究的深入，国内外学者发现，与铀的富集作用有密切关系的微生物已达数十种，包括

细菌、放线菌和真菌等。

微生物结构的复杂性意味着生物除铀可能有多种方式，目前研究发现的机理主要包括生物表面

吸附、体内富集、氧化还原及生成无机微沉淀等方式。这些机理可以单独起作用，也可以与其

他机理结合在一起发挥作用，这取决于全过程的反应条件。国内外学者对生物处理含铀废水进

行了大量研究，并取得了很多可喜的研究成果[21-23].

2.1 表面吸附

生物表面吸附是一个物理化学过程，废水中的铀与生物表面发生静电吸附或与生物细胞壁上的

-COOH、-NH、-OH、PO43-和-SH 等官能团的化学络合，达到降低其迁移性的目的。这种方法

适宜处理废水量大、浓度低的放射性废水，具有快速、廉价的特点[24].阳海斌等[25]研究了红

树林内源真菌对铀的富集特性，结果表明受试菌吸附铀的吸附平衡时间为60 min,常温常压下吸

附最佳条件为pH4.0, 铀的初始质量浓度为 50 mg/L, 铀的吸附容量为 15.46 mg/g.

刘明学等[26]应用扫描电子显微镜、傅立叶红外光谱、和电子能谱等方法研究了酿酒酵母菌与

铀酰离子的相互作用，结果表明，酵母菌细胞表面有大量铀结晶，UO22+离子与细胞表面发生

了显著的吸附作用，并且吸附量随铀浓度增加和作用时间延长而加大。另外，王宝娥等[27]研

究表明，死体微生物富集金属的能力并不比活体微生物差，其利用灭活啤酒酵母菌研究吸附铀

的能力，试验结果证明在pH 值为6.0 时，灭活啤酒酵母菌吸附速率较快，吸附量大，由吸附

模型可以得出理论最大吸附量可达 196.1 mg/g.

尽管生物吸附能快速的降低废水中的铀含量，但目前鲜见其应用于实际废水的处理，主要原因

在于生物吸附后产物非常不稳定，有研究表明[28]处理后期其解吸速度几乎与吸附速度一样

快。

2.2 生物体内富集

铀在生物体内富集往往发生在生物表面吸附后期，即首先是通过物理化学作用使金属被动地附

着在细胞表面 ;然后通过能量流动和信息传递等功能使金属在细胞内部富集[22].生物体内积累

仅发生在活细胞内，铀不是生物功能性元素，不参与细胞新陈代谢，细胞体内的铀含量可能是

由于铀的毒性改变细胞膜的渗透性后进入生物体内[29].Kazy 等[30]研究了假单胞菌对铀的沉淀

机制及化学特性，结果发现与铀作用的基团有磷酸基、羧基和酰胺基团，微沉淀是主要机制，

铀在细胞内形成稠密的胞内沉积物，随着铀的富集，细胞长度和宽度都有所增加，但细胞表面

没有被破坏。另外，其他学者[31,32]从铀污染场地筛选出假单胞菌对铀废液进行修复试验，结

果表明其对铀毒性有很好的耐受能力。

铀在生物体内积累是一个伴随着能量消耗的主动过程，由于其主要原理是通过与生物体内的磷

酸盐结合生成稳定的磷酸铀酰沉淀，因此目前仅发现假单胞菌等聚磷菌具有这一功能。该技术

有待于对生物体内富集效能、磷酸盐来源及生物活性等因素进一步研究。

2.3 生物还原

自Lovely 等[33] 在20 世纪 90 年代初期提出利用微生物地杆菌以氢为电子供体将地下水环境中

可溶性的 U（VI）还原转化为稳定的、溶解度较低的四价铀，进而防止其迁移扩散的设想，生

物还原除铀技术开始引起了国内外学者的关注。通过近10 余年的实验室试验证实，某些微生

物具有除铀能力，可以通过其还原作用将溶解性的 U（VI ）还原成不溶性的 U（IV）。微生物

学家们试验了用纯培养物或混合菌群来还原 U（VI）发现，多种微生物具有还原铀的功能，如

硫酸盐还原菌、地杆菌、厌氧黏细菌、希瓦氏菌及梭菌等[34-36].

硫酸盐还原菌是一种典型的金属还原菌，在 H2 或乳酸盐等电子供体存在的条件下，硫酸盐还

原菌可通过酶促作用直接将铀 U（VI）还原，并且其对铀具有良好的耐受能力和去除效果。易

正戟等[37] 采用硫酸盐还原菌处理地浸含铀废水中的铀，结果表明pH 值对铀生物沉淀存在显

著影响，在 pH 为6.0 时铀去除率高达 99.4%.谢水波等[38] 研究了共存离子 Mo（VI ）及

Ca2+ 对铀的去除效果影响，结果表明Mo（VI ）或 Ca2+ ≤ 初始浓度 5 mg/L 时，对硫酸盐还原菌

去除U（VI ）影响不大 ;但当其浓度达到 20 mg/L 时，U（VI）还原受到强抑制作用。周泉宇等

[39] 通过柱实验研究了硫酸盐还原菌和零价铁协同去除铀废水的潜力，结果表明U（VI）的去

除率可达 99.4%.Barlett 等[40]系统研究了铀污染生物修复中硫酸盐还原菌和地杆菌的相互关

系，结果发现Fe（III）浓度是影响地杆菌数量及活性的关键因素，并与铀的原位生物修复效果

密切相关。谢水波等[41] 研究发现腐败希瓦氏菌可以利用一些有机酸盐作为电子供体，以蒽醌 -

2- 磺酸钠作为电子穿梭载体，高效还原 U Ⅵ （）。而 Shi 等[42]对希瓦氏菌的研究发现，外膜

细胞色素及结构蛋白在铀的还原中发挥重要作用。另外，美国一些研究者们[43,44]也进行了微

生物还原 U（O）的土柱试验和现场原位固定试验。吴唯民等[45]总结了美国斯坦福大学和橡

树岭国家实验室等在美国能源部田纳西州橡树岭综合试验基地进行的铀污染原位微生物修复阶

段性试验结果，并通过加入溶解氧和硝酸盐来试验微生物原位修复后的地下水层中还原固定态

铀的稳定性，结果表明，固定化后的四价铀只有在厌氧条件下才是稳定的，溶解氧和硝酸盐侵

入地下水层后会使固定化的四价铀重新氧化为溶解态的六价铀。

文档加载中……请稍候！
如果长时间未打开，您也可以点击刷新试试。

下载文档到电脑，查找使用更方便

免费 4人已下载

立即下载

摘要：

含铀废水的生物处理技术研究随着我国铀矿冶的发展，铀资源被加速开发和利用，核燃料循环过程中所产生的放射性含铀废水种类及数量越来越多[1,2].由于铀具有重金属化学毒性和放射性辐射双重危害，不仅可以通过自身衰变而放射出的粒子直接对人体造成外辐照，而且可沿食物链被生物吸收、蓄积，最终造成人体积累和慢性中毒，危害生态环境和人类健康，造成严重的环境安全隐患[3-5].实际上，铀矿冶废水周边农业土壤、地下水和地表水中已经检测出铀的污染物[6-8].铀矿冶、铀加工过程中排放的废水铀质量浓度一般在5mg/L左右或以下，目前的技术对该类低浓度含铀废水处理效果不佳，难以达到国家规定允许排放的浓度（0.05mg/L...

展开>> 收起<<

含铀废水的生物处理技术研究.docx

共4页,预览2页

还剩页未读，继续阅读

含铀废水的生物处理技术研究

相关推荐

开通VIP享超值会员特权

作者详情

相关内容

推荐作者

热门标签

举报选择: