含氰废水：工业废水中氰化物的生物去除技术

温度是影响氰化物生物降解的一个重要因素。氰化物降解酶通过土壤中分离的嗜中温微生物产生，最适温度范围为20～40  ℃[17，24-28]。pH是影响土壤中氰化物降解的最重要的因素。细菌和真菌生长的最适pH通常分别是6～8和4～5，并且氰化物降解酶的最适pH一般是6～9，因此极端的pH可能对生物降解产生重要影响。尽管如此，腐皮镰刀菌、尖孢镰刀菌、多孢木霉、嗜热串孢菌和青霉菌的混合真菌能在pH=4的条件下降解铁氰化物。

2.2 氰化物和腈类的降解途径

目前，关于几种常见氰化物的生物降解途径已报道。并且，具有氰化物降解能力的其他微生物的新途径仍然在持续报道[8，24]。氰化物的生物降解通常包含4种途径：水解反应、氧化反应、还原反应和替换/转化反应[8，30]。

2.2.1

水解反应。

水解反应由一些酶进行催化，如水合酶、腈水合酶、氢氰酸水解酶和腈水解酶。水合酶和氢氰酸水解酶对氰化氢起作用，而其他两种酶对腈类起作用。这些酶通过不同的反应降解氰化物。

2.2.2

氧化反应。氰化物生物降解的氧化反应产生氨和二氧化碳。一氧化物酶将氰化物转化成氰酸盐，然后氰酸盐被氰酸酶催化产生氨和二氧化碳。氰酸酶已经在多种细菌、真菌、植物和动物中被鉴定。另外，利用加双氧酶可直接催化氰化物形成氨和二氧化碳。

2.2.3

还原反应。还原反应是不常见的，该反应所需要的酶仅在稀有物种中发现。这些反应通过两种机理产生甲烷和氨。

2.2.4

替换/转化反应。

氰化物可以通过氰丙氨酸合酶催化形成β.氰丙氨酸或氰胺，随后水解释放氨气和酸[30]。此过程并没有直接要求存在氧气和醌氧化还原酶，也没有二氧化碳的释放。另一种途径由硫转移酶催化产生硫氰酸盐，毒性小于氰化物。该途径产生的硫氰酸盐后续可能由羰基途径和氰酸酯途径进一步生物降解。由羰基途径生物降解硫氰酸盐在硫氰酸水解酶存在情况下产生羰基硫。由氰酸酯途径生物降解硫氰酸盐在氰酸酶存在情况下产生硫酸和二氧化碳。两种途径中都产生氨。

已经在黄杆菌属和大肠杆菌属中发现了氰酸酶。

2.3 氰化物生物降解研究进展

Dursun等研究了荧光假单胞菌对亚铁氰化物的降解，发现这种微生物用亚铁氰化物作为唯一氮源，在pH=5和葡萄糖浓度0.465  g/L情况下，氰化物的去除效率达79%。Akcil等用铜矿废水中分离出的两种菌株降解100～400  mg/L的氰化物，发现生物处理法比化学处理法成本低、更环保，而且具有与化学法同样的处理效果。Babu等研究了恶臭假单胞菌对氰化物、氰酸盐和硫氰酸盐的降解，发现氰化物作为唯一的碳氮来源，降解的终产物是氨气和二氧化碳，并导致培养基pH下降[28]。研究表明，细胞的固定化能够改善氰化物的降解效率。各种固定化吸附剂可以像颗粒状活性炭、藻酸钙微珠和沸石一样，表现出非常高的降解效率。吸附和生物降解工艺是最新的氰化物去除技术。Dash等报道了固定化的荧光假单胞菌在该工艺中具有高的氰化物去除率。

除细菌外，几种真菌也具有降解氰化物的能力，它们能够以金属氰化物作为氮源进行生长。Dumestre等考察了腐皮镰刀菌在碱性条件下对氰化物的降解能力。该研究揭示了微生物在极端环境中的降解能力，是非常有意义的。木霉菌也具有降解氰化物的能力。Ezzi等发现该菌能将氰化物作为唯一碳氮来源，并指出葡萄糖的加入能将氰化物的降解效率提高3倍。

除了降解氰化物外，几种微生物如烟曲霉、黑曲霉、黑酵母菌、黑霉菌、串珠镰刀菌和冻土毛霉具有吸附氰化物的能力。生物降解和生物吸附过程能够联合使用去除氰化物，而且能达到很高的效率。

由横跨果达儿奎威河分离出的类产碱假单胞菌，能在碱性条件下以氰化物、氰酸盐、β.氰丙氨酸、氰基乙酰胺和硝普钠作为氮源，阻止挥发性氰化氢形成。该细菌也能在珠宝行业含重金属氰化物废水中生长。

除细菌和真菌外，海藻也能用于氰化物的降解[35]。极大节旋藻、小球藻和斜生栅藻在pH=10.3时能去除氰化物，去除率达99%。该研究揭示了海藻在极端条件下仍具有较高的氰化物去除效率。一项新的研究也已经证实了植物在氰化物生物降解中的应用。

2.4 氰化物生物处理的应用前景

电镀和采矿行业是含氰废水的来源。伴随车辆制造、装饰工作和金属材料使用等行业的快速发展，采矿业和金属镀层商店的数量在世界各地急剧上升。氰化物在各种工业的连续使用必将要求有效的和经济的修复技术。新的微生物种类在试验和现场条件下对各种废水中氰化物的降解能力正在被持续考察。尽管如此，氰化物生物降解的现场应用仅仅出现在由实验室富集培养或天然筛选得到的天然细菌中。在极端环境条件下(如较低和较高pH，存在其他污染物的毒害)，各种废水中氰化物的生物去除是经不起考验的。氰化物以外的各种污染物能抑制微生物的生长，导致生物降解能力下降。另外，污染土壤中的各种物理化学条件可能抑制微生物生长。因此，筛选的微生物不仅具有降解氰化物的能力，还要能承受各种其他压力，并且有效地与环境中的自主微生物种群进行竞争得到有效运营。氰化物生物降解技术的应用前景将集中在与现有技术在增值收益方面的竞争能力或处理特殊需求的废水。

3 结语

来自各种行业的氰化物污染不断积累，导致水体和土壤污染，要求新的处理方法缓解氰化物污染带来的严重环境后果。具有生物降解氰化物能力的大多数生物对氰化物的浓度比较敏感，超过氰化物浓度的特定阈值会导致生物的降解能力和生长能力下降。一些行业的废水中氰化物的浓度可能超过了大多数生物的降解能力范围，因此有些情况下生物处理可能并不是最佳选择。事实上，各种微生物的分解代谢活动能够被组合和修复去处理无机氰和腈类。生物降解氰化物技术的持续发展和应用主要受到物质和经济因素制约。尽管如此，这些生物系统的优化使用对废水和土壤都是必要的。而且，微生物处理要求在极端环境条件下(如低pH和存在毒性污染物)是有效的，确保该项技术能够与当前应用的降低氰化物污染的化学和物理方法竞争。新微生物的降解能力必须得到认同。在极端条件下能降解各种氰化复合物的重组菌，需要通过基因改造得到。

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