钝顶螺旋藻粉对重金属镉离子的吸附作用研究

胡肖容

（长沙环境保护职业技术学院，长沙 410004）

钝顶螺旋藻粉对重金属镉离子的吸附作用研究

胡肖容

（长沙环境保护职业技术学院，长沙 410004）

藻类具有独特的生理特性及结构，因此具有较强的耐受和富集重金属的能力。本文通过钝顶螺旋藻对重金属镉离子的吸附试验，研究CaCl2预处理过的钝顶螺旋藻粉和未处理过的钝顶螺旋藻粉与镉的吸附关系。结果表明，在pH为6.0，未处理藻粉生物量添加量为1.0 g/L，CaCl2预处理过的藻粉添加量为2.0 g/L，吸附时间为90 min左右时，钝顶螺旋藻粉对重金属镉离子的吸附效果最好。

钝顶螺旋藻粉；镉离子；吸附率；pH；生物量；吸附时间

湘江为长江第二大支流，是洞庭湖水系最大的河流，素来有湖南人民“母亲河”的美誉。湖南省环保厅的监测数据显示，湘江水体从20世纪90年代以来就呈现出恶化的趋势，以微生物复合污染、重金属污染最为显著。刘耀驰等对湘江衡阳段的4个断面进行监测，监测数据显示，As、Hg、Pb、Cd超标严重，其中松柏断面中的Cd超标27.16%，As、Hg、Pb分别超标13.58%、8.94%、2.32%，对湘江干流及其主要支流的36个断面的历年数据进行统计[1]。统计表明，最主要的重金属污染物为Hg、Pb、Cd，分别有10个、8个、8个断面超标，其中Cd污染涉及的江段最广泛。

水体中的初级生产者是藻类，众多的数据研究显示，藻类对很多重金属有很强的吸附能力，而且运用藻类进行重金属污染修复具有环保、低耗、高效的特点[2]。极大钝顶螺旋藻、钝顶螺旋藻、盐泽螺旋藻是目前国内外主要应用于生产的三种藻类。钝顶螺旋藻是一种优良的生物吸附剂，能有效吸附工业污水中的重金属。Tsezos等对比了活性和非活性藻体的吸附性能，研究显示，非活性藻体具有和活体相同甚至更佳的吸附性能，且非活性的藻体不会造成二次污染[3]。故本文运用未处理过的钝顶螺旋藻粉和CaCl2处理过的钝顶螺旋藻粉针对重金属镉离子进行吸附试验，旨在比较这两种藻粉的吸附性能以及一些物理因素对其吸附性能的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

藻粉制备：钝顶螺旋藻粉打粉备用。

CaCl2预处理的藻粉制备：钝顶螺旋藻粉用CaCl2溶液处理，调节pH至5.0，用磁力搅拌器搅拌处理，离心后去除上清液，洗涤3～4次至上清液澄清，将离心后的藻泥烘干、破碎备用。

主要仪器设备：磁力搅拌器；酸度计（pHS-3型）；回旋式振荡器；低速自动平衡离心机（TDZ4A-WS）；原子吸收分光光度计（TAS-986）。

1.2 试验方法

重金属镉离子溶液用蒸馏水配制成50 mg/L的母液，使用时稀释成所需浓度，将pH调至所需值。试验过程中取重金属镉离子溶液100 mL装入三角瓶中，向每个三角瓶中加入试验设计所需量的藻粉，在室温下运用试验设计的时间进行震荡4 h，取20 mL溶液在4 000 r/min的速度下离心，用滤纸过滤后，用原子吸收分光光度法测定滤液中重金属镉离子的浓度，并计算出钝顶螺旋藻粉对重金属镉离子的吸附量以及吸附率。重金属镉离子的吸附量M和吸附率P可通过式（1）、式（2）计算[4]。

式中，C0表示溶液初始浓度（mg/L），C1表示吸附平衡浓度（mg/L），V表示溶液体积（L），ms表示藻生物量（g），M表示吸附量（mg/g），P表示吸附率（%）。

2 结果与分析

2.1 pH对两种形态的藻粉吸附重金属镉离子的影响

取50 mg/L的镉离子重金属溶液100 mL，分两批次加入相同量的两种藻粉0.2 g，调其pH值为1～7，震荡后测定结果如表1所示。

表1 pH对两种形态的藻粉吸附重金属镉离子的影响

表1数据显示，当pH为6时，两种形态的藻粉吸附率都达到最高，CaCl2预处理过的藻粉吸附率达到了89.3%，未处理过的藻粉吸附量也达到了87.8%。同时，结果显示两种形态的藻粉受pH的影响比较大，当pH＜4时，两种形态的藻粉吸附率随着pH值的增加而增加，但增加幅度不大，吸附率比较接近；当pH为5～6时，两种形态的藻粉吸附率都大幅度的提高；当pH为7时，两种形态的藻粉的吸附率同时下降，说明两种形态的藻粉最适pH应该在6左右。无论pH怎么变化，CaCl2预处理过的藻粉的吸附率都高于未处理过的藻粉。

2.2 藻粉添加量对两种形态的藻粉吸附重金属镉离子的影响

取50 mg/L的镉离子重金属溶液100 mL，pH=6.0，分别加入不同重量的CaCl2处理后的藻粉和未处理藻粉，使两种藻粉的浓度梯度分别为0.1 g/L、0.5 g/L、1.0 g/L、1.5 g/L、2.0 g/L，震荡后测定结果如表2所示。

表2 藻粉投入量对两种藻体吸附镉的影响

从表2数据可以看出，两种形态的钝顶螺旋藻粉的投入量对其吸附重金属镉离子的量是有影响的。从数据中人们可以看出，CaCl2预处理过的藻粉吸附重金属镉离子的量随着藻粉的添加量增加而增加，达到2.0 g/L时吸附量最大，但其吸附量与1.5 g/L的吸附量接近，所以推测此种藻粉添加量达到2.0 g/L是比较合理的。未处理的藻粉其吸附重金属镉离子的量在1.0 g/L、1.5 g/L和2.0 g/L时吸附率比较接近，这说明未处理藻粉添加量只需1.0 g/L时即可达到吸附效果。当吸附量超过1.5 g/L时，CaCl2预处理过的藻粉吸附量大于未处理藻粉的吸附量。

2.3 吸附时间对两种形态的藻粉吸附重金属镉离子的影响

取50 mg/L的镉离子重金属溶液100 mL，pH=6.0，投入藻粉1.5 g/L，振荡器振荡时间设定为15 min、30 min、45 min、60 min、90 min、120 min，振荡后测定结果如表3所示。

表3 吸附时间对两种藻体吸附镉的影响

从表3可以看出，两种不同形态的藻粉对重金属镉离子的吸附量随着时间的增长而增加，达到90 min时吸附量达到最大。此外，两种形态的藻粉在吸附时间为15 min之前的吸附速度最快，15 min后的吸附趋向缓慢，CaCl2预处理藻粉吸附时间达到120 min，出现了降低的情况，其应该出现了解析的情况。

3 结论

藻类具有独特的生理特性及结构，其细胞内重金属螯合蛋白及液泡区室化作用、胞外产物和细胞壁功能集团等，赋予了藻类较强的耐受和富集重金属的能力[5]。影响钝顶螺旋藻吸附重金属的关键因素是pH、藻粉投入量和吸附时间。pH的影响关键在于酸度较高的情况下，大量的H+和重金属溶液中的镉离子对螺旋藻细胞壁上的吸附位点形成了竞争关系，从而降低了溶液中重金属镉离子的浓度。藻粉添加量的影响主要取决于其细胞壁吸附位点的多少。从吸附时间角度来看，生物吸附有一个快速吸附阶段[6]，第一个阶段的快速吸附阶段吸附速度非常迅速，之后进入吸附缓慢阶段，最后达到平衡。经过CaCl2处理过的藻粉因其不是活性藻体，主要通过螯合、络合、离子交换等物理化学作用完成对重金属镉离子的吸附，所以它不需要消耗能量，吸附速度更快。

1 刘耀驰，高 栗，李志光，等.湘江中金属污染现状、污染原因分析与对策探讨[J].环境保护科学，2010，36（4）：26-29.

2 陈 峰，姜 悦.微藻生物技术[M].北京：中国轻工业出版社，1999.

3 Tsezos，M，B Volesky.The mechanism of thorium biosorption by Rhizopus arrhizus[J].Biotechnology and Bioengineering，1982，24（2）：385-401.

4 陈勇生，孙启俊，陈 钧，等.重金属的生物吸附技术研究[J].环境科学进展，1997，（6）：34-43.

5 周文彬，邱保胜.藻类对重金属的耐性与解毒机理[J].湖泊科学，2004，16（3）：265-272.

6 赵 玲，尹平河，齐雨藻，等.海洋赤潮生物原甲藻对重金属的富集机理[J].环境科学，2001，22（4）：43-46.

Study on Adsorption of Heavy Metal Cadmium by Spirulina Powder

Hu Xiaorong
(Changsha Environmental Protection Vocational and Technical College,Changsha 410004,China)

The Algae have a unique physiological characteristics and structure,so it has a strong ability to withstand and enrich heavy metals.In this paper,the adsorption relationship of CaCl2pretreated Spirulina platensis and untreated Spirulina platensis was studied by adsorption of heavy metal cadmium ions.The results showed that when the pH was 6.0,the amount of untreated algae biomass was 1.0 g/L,the addition amount of CaCl2pretreated algae powder was 2.0 g/L,and the adsorption time was about 90 min.The adsorption of heavy metal cadmium ions is the best.

blunt spirulina powder; cadmium ion; adsorption rate; pH; biomass; adsorption time

O647.3

A

1008-9500(2017)11-0025-03

2017-09-27

本文系湖南省教育厅科学研究项目“钝顶螺旋藻对湘江重金属离子的生物吸附性研究”（项目编号：13C1002）的阶段性研究成果之一。

胡肖容（1982-），女，湖南邵阳人，硕士研究生，讲师，研究方向：微生物学。