随着工业的发展，有毒重金属废水对生态环境危害极大。重金属废水主要来自矿山坑道排水、废石场淋滤水、选矿场尾矿排水、有色金属冶炼厂除尘排水、有色金属加工厂酸洗废水、电镀厂镀件洗涤水、钢铁厂酸洗排水及电解等各种工业。它们进入环境后，不能被生物降解，大都参与食物链循环，并在生物体内积累，破坏生物体正常生理代谢活动，危害人体健康。重金属废水常用处理方法归结起来包括：沉淀法、氧化还原法、气浮法、电解法、生物法、蒸发和凝固法、离子交换法、吸附法、溶剂萃取法、液膜法、反渗透和电渗析法等〔1〕。

　　随着科学技术的发展，人们在重金属废水治理技术的基础上寻找各种治理重金属废水的材料，其中生物质材料是一种能有效处理重金属废水的可再生资源。工业废液排放前经过生物质材料的处理，可以减少对环境的污染。生物质是指任何可再生的或可循环的有机物质，包括专用的能源作物与能源林木，粮食作物和饲料作物残留物，树木和木材废弃物及残留物，各种水生植物、草、残留物、纤维和动物废弃物、城市垃圾和其它废弃材料。

　　1动物类生物质材料

　　1.1甲壳素和壳聚糖衍生物

　　甲壳素又名甲壳质、几丁质，广泛存在于虾、蟹等甲壳类动物外壳中。除此之外，菌类、藻类的细胞，昆虫的表皮，贝类、软体动物的骨骼内也含有丰富的甲壳素。甲壳素是自然界含量仅次于纤维素的第二大xx有机高分子化合物，壳聚糖则是甲壳素脱乙酰化产物。甲壳素，特别是壳聚糖衍生物能与重金属离子形成稳定鳌合物的原因在于壳聚糖分子结构中含有大量的伯氨基〔2〕，此基团中N上的孤对电子，可投入到重金属离子的空轨道中，通过配位键结合，形成极好的五环状鳌合聚合物，使直链的壳聚糖形成交链的高聚物，能吸收许多重金属离子如Zn2+、Cu2+、Cd2+、Ag+、Cr3+、Ni2+、Hg2+、Pb2+等。近年来我国对以甲壳素、壳聚糖衍生物作为金属离子吸附剂(鳌合剂)、水处理絮凝剂及分离膜材料应用于水处理的研究很活跃〔3〕。

　　壳聚糖的吸附能力受重金属离子的浓度、pH值、温度、时间及配比等因素影响。对无机汞和高毒性有机汞(如：CH3HgCl等)有很好的捕集效果〔4〕,当Hg2+浓度低于200mg/L，pH＜7，壳聚糖与Hg2+的比值为113时，Hg2+的去除率为9981%，剩余的Hg2+浓度低于国家废水排放标准。罗道成等〔5〕研究了用改性壳聚糖VCG(用香草醛与壳聚糖聚合)吸收重金属离子用于处理电镀废水的新方法，吸收重金属离子的顺序是：Pb2+＞Zn2+＞Ni2+＞Cu2+＞Cr3+。陈天等〔6〕利用壳聚糖为絮凝剂回收模拟工业废水中Pb2+、Cr3+、Cu2+,在离子浓度是100mg/L的200mL废水中加入10mg壳聚糖,处理后溶液中Cr3+、Cu2+浓度都小于01mg/L，Pb2+浓度小于1mg/L，得到令人满意的结果。

　　1.2皮革胶原纤维

　　皮革胶原纤维是一种水体中重金属的富集材料。廖学品等〔7〕根据制革化学原理，研究了皮革胶原纤维固化单宁的制备方法，证实了通过醛类化合物交联作用，将缩合类单宁固化在皮胶原纤维上，获得的固化单宁吸附材料对水体中Cu2+和UO2+2具有很好的吸附作用，利用改性皮革胶原纤维分离富集水体中Cd2+、Cr3+、Pb2+、Ni2+、Co2+等痕量重金属离子（浓度约为20μg/L），得出在pH4～7的酸性和中性的条件下,该材料对重金属离子的富集量{zd0}。

　　2植物类生物质材料

　　2.1木质素

　　木质素是与纤维素及半纤维素一起形成植物骨架三大成分之一。木质素不仅是树木的重要组分（约占20%~30%），而且甘蔗、竹子、果核、花生壳、棉籽壳、棉杆、玉米杆、芦苇、稻草等也都含有相当丰富的木质素。木质素是一种芳香类生物聚合物，由苯丙烷基通过碳氧键和碳碳键连接构成，共有3种基本结构(非缩合型结构)，即愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构，这些结构单元的酚羟基、甲氧基和苯环上活性位置都具有化学反应能力。木质素是一种含有负电基团的多环高分子有机物，对重金属离子吸附能力的大小与其酚羟基、羧基、氨基等配位基含量和空间网络结构有关〔8〕，其中影响{zd0}的是羟基含量，木质素的分子中存在1/3的自由酚羟基和邻苯二酚基，能与金属离子发生鳌合作用，生成多种鳌合物和络合物。此外，木质素含有痕量还原型的铁和其他金属，它们可与那些电化学序列中排在其后的金属反应，引起金属在木质素表面的沉积。Srivastava等〔9〕研究了木质素对Pb2+和Zn2+的吸附作用，研究表明在30℃时木质素对Pb2+和Zn2+的吸附能力分别为1587mg/g和73mg/g，在40℃时分别增加为1865mg/g和95mg/g。

　　木质素分子结构中含有的芳香基、酚羟基、醇羧基、羰基、甲氧基、羧基、共扼双键等活性基团，可以进行氧化、还原、水解、醇解、酸解、光解、生物降解、酰化、磺化、烷基化、卤化、硝化、缩聚或接枝共聚等反应〔10〕，由此改变木质素的化学性质以改善其亲水性和反应活性〔11〕。木质素的改性产物表现出对重金属离子的良好鳌合性能，与污水中的重金属生成次级键，从而将重金属离子固定，分离，除去。木质素与氨基酸的Mannich反应〔12〕或木质素胺的氰甲基化反应在木质素中都可以引入＝N－CH2COOH，能对金属离子产生鳌合作用，在净化处理含有金属离子的污水以及从工业废液中回收有用金属等方面有巨大的潜力。在一定条件下，木质素与丙烯酰胺易发生接枝改性〔13〕从而增强木质素的鳌合能力。潘学军等〔14〕以麦草木质素为原料，通过酚化，与甘氨酸、酪氨酸、天冬氨酸等氨基酸的Mannich反应以及羧甲基化反应等一系列反应，制备了氨基酸型木质素鳌合树脂，具有良好的鳌合性，并对Cu2+表现出选择亲和性，{zg}鳌合容量可达119mmol/g。此外，Stephen等〔15〕利用木质素胺与甲醛和氰化钠通过氰甲基化反应，在木质素胺的胺基上引入－CH2CN基团，水解后的产物也是一种性能较好的金属离子鳌合剂。Goncalves〔16〕等发现木质素经氧化后，其鳌合能力比未经氧化的木质素提高110%。

　　2.2活性炭

　　活性炭是一种非极性吸附剂，由木材、煤炭或农林加工剩余物如果壳、棉杆、麻杆等制备，由于活性炭比表面积高达700～1500m2/g，对废水中污染物吸附能力极强。活性炭吸附重金属的机理为:一是重金属离子在活性炭表面可发生离子交换反应；二是重金属离子与活性炭表面的含氧官能团发生化学吸附；三是重金属离子在活性炭表面沉积而发生的物理吸附。pH值和活性炭投加量是影响活性炭从水中吸附重金属的主要因素。王桂芳等〔17〕研究了活性炭对水中重金属离子的去除效果；张建策等〔18〕讨论了表面改性对活性炭吸附重金属性能的影响。活性炭一般用于处理低浓度含重金属废水，可使含汞01～10mg/L的废水净化到001～005mg/L，含铬20～30mg/L的废水经活性炭吸附后，出水含铬量可降低到1mg/L。随着吸附分离技术的发展以及吸附成本的考虑，颗粒活性炭、粉状活性炭、活性炭纤维、炭分子筛、含碳的纳米材料相继问世。

　　2.3竹炭

　　由于xx林保护工程的实施，木基活性炭资源受到一些限制，人们开始把目光转向快速繁殖的竹子。竹材由纤维素、半纤维素和少量木质素组成，竹炭就是由这三种物质在高温下热解后形成的，其机械强度较高，孔结构发达，可以用作吸附剂。王桂仙和张启伟〔19，20〕的研究表明竹炭可作为理想的除锌和除铅吸附材料，用水和微波加热的方法对吸附后的竹炭进行再生，竹炭的吸附能力可恢复到原来的97%以上。

　　2.4植物单宁

　　植物单宁又称植物多酚，是一种资源丰富价廉易得的xx高分子化合物，广泛存在于植物中，含有各种活性官能团(酚羟基、羧基等)，表现出较活泼的化学性质。单宁分子中的多个邻位酚羟基结构，可以作为一种多基配体与有毒金属离子发生络合反应。两个相邻的酚羟基能以氧负离子的形式与有毒金属离子形成稳定的五元环鳌合物，邻苯三酚结构中的第三个酚羟基虽然没有参与络合，但可以促进另外两个酚羟基的离解，从而促进络合物的形成及稳定。单宁分子具有多个活性基团，在与重金属离子接触时，可能生成的络合物分子量大，疏水性强，易于从水中分离出去，而在絮凝生成矾花的过程中又由于卷带网捕，吸附架桥等作用使更多的金属离子一同沉淀下来，获得满意的去除效果。汪青梅、张力平等〔21，22〕分别研究化香单宁和落叶松单宁去除水中有毒重金属离子的效果，去除率可达到65%～90%。橡碗单宁是从栎树果实的壳斗中提取，其分子结构很复杂，根据其主要起作用的官能团可简写为T-OH(酚羟基)或T-COOH，李琳等〔23〕用它处理了水中Pb2+、Cd2+、Cr3+、Zn2+、Mn2+、Fe2+等有毒重金属离子，在中性或微碱性条件下，几种金属离子的{zj0}去除率分别可达806%、922%、853%、914%、850%、860%。

　　2.5农林废弃物

　　农业废弃物原料包括制糖甜菜废丝、甘蔗渣、稻草、大豆壳、花生皮、玉米芯、树皮等，它们中含有的聚合物如纤维素、半纤维素、果胶、木素和蛋白质具有xx交换能力和吸收特性，其结合重金属离子的活性部位是巯基、氨基、邻醌和邻酚羟基。通过共聚和交联作用等化学改性方法可以提高其对重金属的结合能力。

　　林业废弃物包括锯末、树皮和树叶等。树皮中含有聚酚类化合物(通常称为蹂酸类)，在适宜的温度和pH值条件下具有从废水中吸附大量金属阳离子的能力。Randall等〔24〕研究了多种树皮对金属离子的吸附性能,发现水杉、赤杨、黑樱桃、威斯康星红槭、糖槭、黑松、水杉、银枞和西特喀杉等树皮均具有优良的金属离子吸附能力。Vazquez等〔25〕在50℃及酸性条件下用甲醛处理磨碎的松树皮，用以固定单宁等多羟基酚类化合物，处理后的树皮对溶液中的Cd2+和Hg2+具有良好的吸附性能。农林废弃物具有下列性质：成本低、不需要再生，采用氧化的方法可回收重金属和热能；细胞的毛细管结构使其具有高的表面积(多孔性)；有较高化学活性，易产生高浓度的吸附金属离子的活性基团，更容易化学改性；比纤维材料更加容易交联，不易溶于水；对于重金属离子含量低的废水(如0~100×10-6)更加有效。

　　3微生物类生物质材料

　　发酵工业或各种活性污泥〔26〕中可利用的微生物包括xx、酵母、xx和藻类等，在去除水中重金属方面有广阔的应用前景。利用微生物的活性原则和重金属与微生物的亲和作用，把重金属转化为较低毒性的产物，从而达到去除低浓度重金属废水的目的。微生物细胞壁化学功能团(氨基、羟基、磷酸基等) 与所吸附的重金属离子形成离子或共价键来达到吸附金属离子的目的。由于废水中要去除的重金属离子大多是有毒、有害的，若浓度较高会抑制生物的活性，甚至使其中毒死亡。目前微生物的新陈代谢作用受温度、pH值、能源等诸多因素的影响。因此，生物积累在实际应用中受到很大限制。但是，优点也很明显，用微生物絮凝法处理废水安全方便xx、不产生二次污染、絮凝效果好，且微生物生长快、易于实现工业化等特点。此外，微生物可以通过遗传工程、驯化或构造出具有特殊功能的菌株。因此微生物类生物质材料具有广阔的发展前景。

　　4重金属废弃物的处置

　　重金属废水的处理方法是一种污染转移，将废水中溶解的重金属转化成沉淀或是更加易于处理的形式，重金属废物必须很好地处理与处置，否则会造成二次污染。关于重金属废物的最终处置，除了其中一部分可回收利用外，其余大部分都需进行稳定化以及减量化处理,以达到无害化目的。生物质材料处理重金属离子后的废弃物处理大致可以采用以下两种方法：一、焚烧，对于体积庞大的生物质材料在吸附重金属离子后，可通过焚烧的方法既能产热又能大幅度减少体积，{zh1}收集残留的灰烬进行填埋，或者将灰烬中的重金属溶出实现富集，再进行电解达到资源化利用的目的，这种方法可省却化学沉淀剂或吸附剂的使用，且可继续利用生物质材料的热值，实现可再生资源的循环利用；二、固定化技术，木质素磺酸盐、单宁类物质可用于水泥、混凝土等建筑材料中作外加剂〔27〕。木质素磺酸盐、单宁类生物质材料处理重金属离子后的沉淀物，处理体积小且热值低，不适用于焚烧处理，则可添加到建筑材料如水泥、沥青中进行固化，既可实现重金属离子的无害化，又可作为外加剂使用。

　　5结束语

　　由于生物质材料来源方便、费用低、选择性好，因此在处理重金属废水方面有广阔的应用前景，尤其对低浓度重金属（含量在100mg/L以下）水体处理效果明显。如果能合理开发利用易得、廉价的生物质材料，通过改性等方法进一步提高其处理重金属废水的能力，可以实现废水回用和重金属回收的双重目的，为重金属废水处理找到新出路，必能产生巨大的社会和经济效益。