生物還原/生物吸附法處理放射性廢水

當濃度超過一定值后，放射性核素對于微生物會產生毒害作用.但對于低濃度、數量大、成分復雜且有機污染嚴重的放射性廢水，生物處理是一種具有研究價值的方法.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，許多好氧和厭氧細菌利用基于細胞色素的呼吸鏈和還原酶，通過不同的底物轉移電子，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，人們關于真核微生物轉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，使微生物具有吸附能力.大量研究結果表明，一些微生物，如細菌、真菌、酵母和藻類等，對金屬有很強的吸附能力.生物質吸附金屬的機理十分復雜，它們對重金屬的作用可以分為生物吸附和生物積累兩個不同的生物化學過程.生物積累僅發生在活細胞內，當活細胞生存在環境中時，它可以通過多種機理，包括運輸以及細胞內外的吸附來“提高”本身的金屬含量.已提出的金屬運送機制有脂類過度氧化、復合物滲透、載體協助及離子泵等.生物積累是一個主動過程，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行的.由于這一過程和細胞代謝直接相關，因此，許多影響生物活性的因素都能影響金屬的吸附.隨著生物技術的發展，對微生物與重金屬及放射性核素之間相互作用機制的研究不斷深入，人們逐漸認識到利用微生物治理放射性廢水污染是一種極有應用前景的方法。

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，且不產生二次污染物，可以實現放射性廢物的減量化目標，為核素的回收利用或地質處置創造有利條件.據報道，Geobactersulfurreducens細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，再經固液分離，達到凈化目的.這種新方法，適宜處理廢水量大、濃度低的放射性廢水，具有、廉價的特點，受到廣泛關注.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，甚至直接達到排放要求.近年來，作者所在課題組生物吸附領域里進行了積極的探索性工作，研究成果得到國內外廣泛關注。