重金属是天然水环境中常见的一类污染物，由于具有毒性、不易降解性和生物积累效应而备受关注。重金属在水环境中的迁移转化行为、生物可利用性以及对水生生物的毒性受很多因素的影响，主要的影响因素有两大类，一类是天然水水溶液的性质，如溶液的pH值、氧化还原条件、水中各种离子的种类和浓度等；第二类是水中各种固相表面的性质和构成，这些固相表面由于其吸附和结合特征而对重金属在水环境中的迁移转化起到至关重要的作用。由微生物及其分泌物、天然有机质、金属氧化物等矿物质和其他一些物质组成的生物膜广泛存在于天然水环境中各种固相表面，是影响自然水体中重金属的行为的重要因素。生物膜具有较高的表面反应活性和丰富的吸附面积，对水环境中的重金属、有机物等污染物具有明显的吸附、富集作用。水溶液pH值是影响水环境中重金属与固相表面结合作用的最主要因素，它直接影响溶液中固相表面的电荷和各组分的形态，决定阴阳离子在液相和固相间的分配，进而影响它们的移动性、反应活性、生物可利用性、生物积累特征以及毒性。重金属在水环境中固相表面上吸附速率的大小直接反映其在一定水环境条件下的迁移性能，溶液pH值是控制痕量重金属与水环境中固相结合能力的最主要变量，铅、镉是天然水环境中常见的重金属污染物，且容易被各种固相表面的生物膜所吸附，因此本文以铅、镉为例，着重模拟溶液pH值对生物膜吸附铅、镉动力学过程的影响，为自然水体环境评价和预测提供理论依据。污染物在生物膜上的吸附过程是吸附与解吸同时并存的动态平衡过<WP=51>程，进入水体的重金属污染物可以被水中固相表面的生物膜所吸附，又会由于环境条件的变化或生物作用而重新释放到水中，造成水体的二次污染，故本文对被生物膜吸附的铅、镉在不同pH值条件下解吸的动力学过程也进行了研究，希望能更深入地了解生物膜吸附重金属的作用机制以及pH值对重金属在水环境中相分配的影响。本文研究了不同pH值条件下生物膜吸附和解吸铅、镉的动力学过程。将生物膜放入含铅、镉浓度均为2.0 μmol/L的MMS溶液中进行吸附反应，溶液pH值分别为5.0、6.0、7.0、8.0、9.0±0.1，保持温度为20±1oC，用磁力搅拌器连续搅拌吸附12 h，间隔一定时间取样，测溶液中铅、镉离子的浓度，用差减法计算被生物膜吸附的铅、镉的量。解吸实验中将在一定条件下（铅、镉初始浓度均为2.0 μmol/L ，pH=6.0±0.1，温度20±1oC，吸附24h）吸附铅、镉已达平衡的生物膜分别放入pH值为5.0、6.0、7.0、8.0、9.0±0.1的不含铅、镉的MMS溶液中，室温下用磁力搅拌器连续搅拌13 h进行解吸，间隔一定时间取样，测溶液中铅、镉离子的浓度。根据实验结果得出以下结论：溶质在固相表面的吸附要由溶液本体经外部扩散到达吸附剂表面，在此发生离子交换、表面络合等外层结合作用，然后由吸附剂表面向吸附剂内部扩散（又称粒子内扩散），向结合作用更加紧密的吸附位迁移，可能发生沉淀反应等慢速过程。吸附速率的大小即由以上过程中的反应速率和扩散速率共同决定。溶液pH值越高，生物膜吸附铅、镉的速率越慢。这是由于溶液pH值由低到高，重金属离子与生物膜之间较快速的络合反应和<WP=52>离子交换反应的比例逐渐减小，较慢的沉淀反应比例增大，又由于溶液pH值升高导致金属离子的形态发生变化，可能使金属离子在生物膜上的扩散速率也变慢。溶液pH值越高，生物膜解吸铅、镉越慢。这是由于pH值较高时，被吸附重金属离子的解吸主要通过慢速的扩散作用实现；溶液pH值较低时，则主要通过较快速的离子交换反应进行解吸，膜上组分的少量溶解也会促进解吸。相同pH值条件下，镉在生物膜上吸附和解吸的速率均快于铅，可能是因为镉以离子交换等快速吸附作用与生物膜结合的比例大于铅，因此镉的解吸速率可能也较快。同种金属离子在相同条件下的解吸速率远大于吸附速率（此处的吸附和解吸并非同一吸附过程的正逆两个反应方向，而是不同初始条件下相对独立的两个过程），这是由于解吸过程以快速的离子交换反应为主，而吸附过程还要包含一定比例的慢速的吸附剂内部传质作用，因此速率较小。同时解吸过程中离子的扩散速率也较快。文中的研究进一步揭示了水环境中重金属在生物膜上的吸附机制，同时探讨了环境条件变化对重金属迁移转化的影响，对于评估水体的自净能力，预测重金属的转移途径和归宿有着重要的理论与实践意义。