矿产资源微生物技术-7微生物对重金属离子吸附

1、矿产资源微生物技术矿产资源微生物技术Microbiological Techniques of Microbiological Techniques of Mineral ResourcesMineral Resources微生物技术应用之三在治理工业废水中重金属离子的应用 主要内容一、背景知识 二、吸附试验材料和方法 三、草分枝杆菌对重金属离子吸附规律研究 四、苦味诺卡氏菌对重金属离子吸附规律研究 五、细菌吸附重金属离子机理研究六、重金属的微生物吸附技术应用基础研究 七、结论 重金属废水来源（一）一、一、 电镀行业重金属废水电镀行业重金属废水1、含铜废水：酸性镀铜过程的废水中含铜浓度在100

2、 mg/L以下，pH值为23；焦磷酸镀铜过程的废水含铜浓度在50 mg/L以下，pH值在7左右。2、含锌废水：碱性锌酸盐镀锌过程的废水中含锌浓度在50 mg/L以下，pH值为9；钾盐镀锌过程的废水中含锌浓度在100 mg/L以下，pH值为6左右；硫酸锌镀锌过程的废水中含锌浓度在100 mg/L以下，pH值为68；氨盐镀锌过程的废水中含铜浓度在100 mg/L以下，pH值为69。3、含镍废水：一般废水中含镍浓度在100 mg/L以下，pH值在6左右。4、含铬废水：一般废水中含六价铬浓度在200mg/L以下，pH值为46。一、背景知识重金属废水来源（二）二、二、 钢铁和有色金属冶炼和采矿重金属废水

3、钢铁和有色金属冶炼和采矿重金属废水 采矿和冶炼需耗用大量的水，其排放的废水中重金属离子成分比较复杂，因大部分有色金属和矿石中有伴生元素存在，所以废水中一般含有汞、镉、砷、铅、铜、锌等。 以葫芦岛锌厂为例，其废水排放量为每年21.9万吨。废水中含有Zn、Hg、Cu、Cd等，从生产线下来的废水重金属离子浓度为，Zn 153.00 153.00 mg/L、Hg 0.870.87 mg/L、Cu 4.454.45 mg/L、Cd 18.70 18.70 mg/L（引自 2002 年葫芦岛锌厂西部污水处理站污染情况表）。 重金属废水来源（三）三、其他行业的重金属废水三、其他行业的重金属废水 染料染料行业

4、排放的废水含有铅、铜、砷、镉等，陶瓷陶瓷行业排放的废水含有砷、铬等，墨水墨水制造业排放的废水含有汞、铅、铜、镍、镉等，照相照相行业排放的废水含有银、铅、铜、铬、镉等，造纸造纸行业排放的废水含有铬、汞、铜、镍等，制药制药行业排放的废水含有铜、铁、汞、锡等，肥料肥料行业排放的废水含有汞、铬、铅、铜、砷、镉、镍等，氯碱氯碱制造业排放的废水含有铅、铜、砷、镉等，涂料涂料行业排放的废水含有铅、钛、锌、铬等，玻璃玻璃行业排放的废水含有钼、铅、镍、钡等，纺织纺织行业排放的废水含有汞、铬、铅、镍、砷、镉等。 重金属最高允许排放浓度 国标GB89781996 污水综合排放标准中明确规定了重金属最高允许排放浓度。

5、 其中Hg2+、Pb2+、Ni2+、Cr(VI)、Cd2+为国标规定的第一类污染物，即能在环境或动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响的污染物；而Cu2+、Zn2+为第二类污染物，是指其长远影响小于第一类的污染物质。重金属污染物 HgPbNiCdCrZnCu最高允许排放浓度 （mg/L ） 0.050.051.00.11.55.02.0治理重金属废水的各种技术一、化学法化学法：化学沉淀法、氧化还原法、铁氧体法。二、离子交换树脂法离子交换树脂法 三、电解法电解法 四、膜分离技术膜分离技术：电渗析、反渗透、液膜分离技术等。五、蒸发浓缩法蒸发浓缩法 六、吸附法吸附法：有腐殖酸树脂吸附法、斜发沸石

6、吸附法、麦饭石吸附法、硅藻土吸附法、膨润土吸附法、活性炭吸附法、生物吸附法等。 辽宁省是国家重工业生产基地，有着石油化工、冶金、建材、造纸和电力等传统基础产业。多少年来这些企业为国家及辽宁省经济的发展做出了贡献；但是在发展的同时，也给环境带来了严重的污染。针对辽宁省水体污染现状，解决实际问题，提出了治理重金属水污染的课题。急需解决的实际问题 如今人们比以往任何时候都更加崇尚自然、善待自然，与环境相协调的绿色理念已经渗透到新技术的开发中。 微生物吸附作为治理重金属污染的一项新技术，由于其环保特色而有着其他技术所不可比拟的独特优点。“美丽中国”选择微生物技术的原因微生物吸附技术的特点 与常规的技术

7、相比，微生物吸附技术，具有以下优点：（1）可以选择性地去除某种重金属离子；（2）处理效率高，不引起二次污染；（3）pH值范围较宽；（4）易于分离回收金属。 生物吸附研究与应用概况 生物吸附技术是利用廉价的生物细胞体吸附重金属离子，从而达到去除水体中有害重金属离子的目的。生物吸附概念最早是由Ruchhoft在1949年提出来的，它利用活性污泥去除水中的放射性元素钋（Pu）。 生物吸附重金属研究的真正兴起还是在二十世纪八十年代. 1982年Teszos的研究指出少根根酶（Rhizopus arrhizus）对钍和铀有很高的吸附量； 1984年Hosea等人发现普通小球藻（Chlorella vul

8、garis）对Au有很高的亲和力； 1986年Norbeng等人发现动胶菌（Z.ramigera）对 Cu2+具有较高的选择性吸附能力； 生物吸附研究与应用概况 从上个世纪九十年代到现在，国内外有关这个领域的研究发展很快。 生物吸附材料不断涌现:* Holan Z R 等人用褐藻（A.nodosum）吸附Co2+；* Huang Chinpin用米曲霉（A.oryzae）吸附Zn2+；* Volesky用Saccharomyces cerevisiae吸附Cd2+；* 牛慧等人利用非生长产黄青霉素对重金属离子的吸附；* 李清彪等人用Phanerochaete chrysosporium菌对Pb

9、2+的吸附；* 刘月英等人用Bacillus licheniformis菌吸附Pd2+；* 刘瑞霞等人研究了用Micrococcus luteus菌吸附Cu2+。 生物吸附研究与应用概况 生物吸附机理研究不断深入: TreenSears认为微生物对金属的吸附与其细胞壁含有 的 磷 酸 基 与 羧 基 的 比 例 有 关 ， 并 认 为 在 快 速 吸 附 过 程中，离子交换起了主要作用。 Muraleedharan等通过试验同样说明了几丁质和蛋白质 在吸附过程中的不同角色，而且指出带有自由基的 细胞壁介质才是在吸附过程中起最重要作用的物质。目前，生物吸附技术的研究还只是处于实验室阶段，在实用化

10、和工业化过程中还存在着许多有待进一步深入研究的问题。 生物吸附研究与应用概况 生物吸附技术的存在的问题 为了使生物吸附金属技术推广应用，还必须考虑以下一些因素：（1）如何进一步提高生物吸附剂的吸附效率；（2）生物吸附剂应易于得到；（3）降低吸附剂的制造成本；（4）吸附剂应使用方便，易于操作等。 试验材料 Mycobacterium phlei，草分枝杆菌，代号为AS.4.1180；Norcardia amarae，苦味诺卡氏菌，代号为AS.4.1126；啤酒酵母泥:试验用啤酒酵母泥，由沈阳雪花啤酒厂提供； 硅藻土: 吉林长白硅藻土。 二、吸附试验材料和方法微生物培养方法 微生物量的计量方法 细

11、菌的革兰氏染色法 细菌生长曲线的测定方法 细菌对重金属耐性试验方法 吸附过程中常见离子的释放试验 重金属离子分析方法 试验方法（113）吸附试验方法 金属离子去除率Q计算方法 微生物吸附负载量L计算方法 细菌的电位测定方法 细菌的红外光谱测定方法扫描电镜生物样品的制备方法 试验方法（113）三、试验结果草分枝杆菌对Hg2、Pb2、Cu2、Zn2、Ni2 的吸附规律研究草分枝杆菌 草分枝杆菌自然显微形态 （图中标尺为500 nm）草分枝杆菌(Mycobacterium phlei)属原核生物界，细菌门，真细菌纲,放线菌目（Actinomycetales），分枝杆菌科（Mycobacteriace

12、ae），草分枝杆菌属（Mycobacterium）。00.10.20.30.40.50.6020406080100 120 140 160生长时间/h每百毫升细菌重量g草分枝杆菌的生长曲线 草分枝杆菌不同生长时期对重金属离子的吸附效果影响 010203040506070050100150200250细菌生长时间/ h金属离子吸附率PbZnCuHgNi2+2+2+2+2+01020304050607080051015202530吸附时间（min）金属离子吸附率 Q ( % )PbZnCuNiHg2+2+2+2+2+吸附时间对吸附效果的影响 0102030405060701357911pH金属离子

13、吸附率 Q ( % )Pb2+Zn2+Hg2+01020304050607013579pH金属离子吸附率 Q (%)Ni2+Cu2+溶液pH值对吸附效果的影响 010203040506070101520253035404550 T ( C )金属离子吸附率 Q (%)Pb2+Zn2+Hg2+Cu2+Ni2+温度对吸附过程的影响 0204060801000100200300400500 重金属离子浓度 （mg/L )金属离子吸附率 Q (%)Pb2+Hg2+Zn2+Cu2+Ni2+草分枝杆菌对不同初始浓度重金属离子的吸附能力 四、试验结果苦味诺卡氏菌对Hg2、Pb2、Cu2、Zn2、Ni2的吸附

14、规律研究苦味诺卡氏菌苦味诺卡氏菌（Nocardia amarae），原核生物界，细菌门，真细菌纲，放线菌目（Actinomycetales），诺卡氏菌科（Norcardia），诺卡氏菌属（Nocardia）。 苦味诺卡氏菌自然显微形态 （图中标尺为500 nm）苦味诺卡氏菌的生长曲线 00.10.20.30.40.50.6020406080 100 120 140 160 180生长时间/h每百毫升细菌重量g苦味诺卡氏菌不同生长时期对重金属离子的吸附效果影响 0102030405060708090100050100150200细菌生长时间/h金属离子吸附率Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2

15、+ 吸附时间对吸附效果的影响 0204060801001200510152025吸附时间 ( m in )金属离子吸附率 （）Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+溶液pH值对吸附效果的影响 020406080100135791113pH金属离子吸附率 ( % )Hg2+Pb2+ Cu2+Zn2+Ni2+温度对吸附过程的影响 204060801000102030405060吸附温度 ( C )金属离子吸附率 ( % )Pb2+Hg2+Cu2+Zn2+Ni2+苦味诺卡氏菌对不同初始浓度重金属离子的吸附能力 02040608010002004006008001000重金属离子浓度 ( m g /

16、 L )重金属离子吸附率 （）Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+五、细菌吸附重金属离子机理研究 静电吸附机理； 表面配合机理； 离子交换机理； 细胞酶促机理。细菌微粒的表面电位测定 -0.6-0.4-0.200.20.413579pH电位/ mV草 分 枝 杆 菌苦 味 诺 卡 氏 菌pH3.89pH2.1草分枝杆菌pH曲线0102030405060701357911pH金属离子吸附率 Q (%)Pb2+Zn2+Hg2+Pb2+Zn2+Hg2+草分枝杆菌pH曲线01020304050607013579pH金属离子吸附率 Q (%)Ni2+Cu2+Ni2+Cu2+苦味诺卡氏菌pH曲线020

17、406080100135791113pH金属离子吸附率 ( % )Hg2+Pb2+ Cu2+Zn2+Ni2+Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+微生物细胞的表面形态 ( 放大35000倍, 图中标尺为500 nm ) ( 放大24000倍, 图中标尺为500 nm ) 图5-1 草分枝杆菌的形态 图5-2 苦味诺卡氏菌的形态吸附汞离子后的细胞表面形态 ( 放大10000倍, 图中标尺为1 m ) ( 放大10000倍, 图中标尺为1 m ) 图5-3吸附Hg2+后草分枝杆菌的形态 图5-4 吸附Hg2+后苦味诺卡氏菌的形态 吸附铅离子后的细胞表面形态 ( 放大10000倍, 图中标尺为1

18、m ) ( 放大10000倍, 图中标尺为1 m ) 图5-5吸附Pb2+后草分枝杆菌的形态 图5-6吸附Pb2+后苦味诺卡氏菌的形态 表面相关糖 脂磷壁酸 磷壁酸 表面相关蛋白 细菌外壁层结构吸附发生的主要场所质 膜肽聚糖层内嵌蛋白孔蛋白糖脂和甘油二酯磷脂荚膜 细胞外部细胞内部草分枝杆菌的红外光谱4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500Wavenumber cm-1Transmittance %4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 苦味诺卡氏菌的红外光谱Wavenumber cm-1Transmittance %两种

19、菌的红外光谱对比（一） 草分枝杆菌草分枝杆菌 的红外光谱的红外光谱 苦味诺卡氏菌苦味诺卡氏菌 的红外光谱的红外光谱 可能存在基团可能存在基团 3303.67 cm-1附近有一强而宽的吸收带 向右偏移3.46 cm-1, 吸收带更宽, 强度增大 -OH、 NH (NH2) 2989.34 cm-1附近有弱双峰吸收带 向右偏移24.75 cm-1， 吸收带略宽，强度略大 -SH 1659.17 cm-1附近有一强而窄的吸收带 向左偏移28.08 cm-1，吸收带宽度、强度接近 C=O (-COOH)、 NH (NH2)弯曲振动 1557.01 cm-1附近有一中强而窄的吸收带 向左偏移3.01 c

20、m-1，吸收带宽度、强度接近 S=O、 N-H (NH2)剪式振动 草分枝杆菌 的红外光谱 苦味诺卡氏菌 的红外光谱 可能存在基团 1360.99 cm-1附近 有一中强而窄的吸收带 位置相同，吸收带宽度接近、强度明显增大 -OH变形振动、C-O1257.68 cm-1附近 有一弱而窄的吸收带 位置相同，吸收带宽度接近、强度明显减弱 C-O、C-N 1059.17 cm-1附近有一中强吸收带 向左偏移13 cm-1，吸收带强度明显增大 P-O-C、 -OH面外弯曲振动 778561cm-1附近有一弱而宽的吸收带 吸收带强度明显增大 C-S、P=S、 P-O-C、S-O 两种菌的红外光谱对比（二

21、）4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500Wavenumbers cm-1Transmittance %吸附了Pb2的草分枝杆菌 的红外光谱草分枝杆菌的红外光谱吸附了Zn2的草分枝杆菌 的红外光谱Transmittance %4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500Wavenumbers cm-1吸附了Pb2的诺卡氏菌 红外光谱图吸附了Zn2的诺卡氏菌 红外光谱图诺卡氏菌的红外光谱吸附了Pb2、Zn2后的草分枝杆菌体红外光谱分析 草分枝杆菌的红外光谱 吸附Pb2后草分枝杆菌 的红外光谱 吸附Zn2后草分枝杆菌 的红外光谱

22、3303.67 cm-1附近有一强而宽的吸收带 向右偏移21.36 cm-1, 吸收带更窄, 强度明显减弱 向右偏移25.41 cm-1, 吸收带更窄, 强度明显减弱 2989.34 cm-1附近有弱双峰吸收带 向右偏移41.08 cm-1, 吸收带宽度、强度接近 向右偏移61.25 cm-1, 吸收带宽度、强度接近 1659.17 cm-1附近有一强而窄的吸收带 向右偏移16.02 cm-1, 吸收带宽度、强度接近 向右偏移3.28cm-1, 吸收带宽度、强度接近 1544.36 cm-1附近有一中强而窄的吸收带 向右偏移9.64 cm-1, 吸收带宽度接近、强度减弱 向右偏移0.53cm-

23、1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 吸附了Pb2、Zn2后的草分枝杆菌体红外光谱分析（二） 草分枝杆菌的红外光谱草分枝杆菌的红外光谱 吸附吸附Pb2后草分枝杆菌后草分枝杆菌 的红外光谱的红外光谱 吸附吸附Zn2后草分枝杆菌后草分枝杆菌 的红外光谱的红外光谱 1360.99cm-1附近有一中强而窄的吸收带向左偏移39.27 cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 向左偏移35.30cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 1257.68cm-1附近有一弱而窄的吸收带向右偏移7.11cm-1, 吸收带宽度、强度接近 向右偏移8.65cm-1, 吸收带宽度接近、强度减弱 1059.17cm-1附近

24、有一中强吸收带向左偏移17.09 cm-1, 吸收带宽度接近、强度减弱 向左偏移10.84 cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 778.91cm-1附近有一弱而宽的吸收带向右偏移28.65 cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 向右偏移32.6 cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 561.01cm-1附近有一弱而宽的吸收带向左偏移19.67cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 向左偏移49.48cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 吸附了Pb2、Zn2后的苦味诺卡氏菌体红外光谱分析（一） 诺卡氏菌的红外光谱诺卡氏菌的红外光谱 吸附吸附PbPb2 2后诺卡氏菌后诺卡氏菌

25、的红外光谱的红外光谱 吸附吸附ZnZn2 2后诺卡氏菌后诺卡氏菌 的红外光谱的红外光谱 3300.21 cm-1附近有一强而宽的吸收带 向左偏移113.38 cm-1, 吸收带更窄, 强度明显减弱 向左偏移29.94 cm-1, 吸收带更窄, 强度明显减弱 2964.59 cm-1附近有弱双峰吸收带 向右偏移41.08 cm-1, 吸收带宽度、强度接近 向右偏移34.08 cm-1, 吸收带宽度、强度接近 1687.25 cm-1附近有一强而窄的吸收带 向右偏移3.28cm-1, 吸收带宽度、强度接近 向左偏移0.2 cm-1, 吸收带宽度、强度接近 1560.02 cm-1附近有一中强而窄的

26、吸收带 向右偏移8.46cm-1, 吸收带宽度、强度接近 向右偏移8.46cm-1, 吸收带宽度、强度接近 1453.14cm-1附近有一弱而窄的吸收带 位置相同，吸收带宽度、 强度略微减弱 位置相同，吸收带宽度、 强度略微减弱 吸附了Pb2、Zn2后的苦味诺卡氏菌体红外光谱分析（二） 诺卡氏菌的红外光谱诺卡氏菌的红外光谱 吸附吸附Pb2后诺卡氏菌后诺卡氏菌 的红外光谱的红外光谱 吸附吸附Zn2后诺卡氏菌后诺卡氏菌 的红外光谱的红外光谱 1360.91cm-1附近有一中强而窄的吸收带位置未变, 吸收带宽度接近、强度明显减弱向左偏移35.32 cm-1, 吸收带宽度接近、强度略微减弱 1299.

27、57cm-1附近有一弱而窄的吸收带该吸收带几乎消失 该吸收带几乎消失 1257.69cm-1附近有一弱而窄的吸收带位置未变, 宽度、强度接近 位置未变, 宽度、强度接近 1072.17cm-1附近有一中强吸收带向左偏移1.42 cm-1, 吸收带宽度略宽、 强度明显减弱 向左偏移3.1cm-1, 吸收带宽度接近、 强度明显减弱 778.24cm-1附近有一弱而宽的吸收带向左偏移1.03 cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱向右偏移2.88 cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 561.75cm-1附近有一弱而宽的吸收带向左偏移34.49 cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 向左偏

28、移21.73 cm-1, 吸收带宽度接近、强度明显减弱 红外光谱结果已经证实细胞外壁含有的主要官能团包括：-OH、 -SH、 -NH2、-OP、-COOH、 C=O、 P=O、S=O等基团，这些多糖中的氮、氧、硫、磷等原子都可以提供孤对电子与金属离子配位。红外光谱结论配合物累积稳定常数数据59（25C） 氨基酸主链配体 配体 NH3（氨基） COO（羧酸基） 金属离子 HgPbCuZnNiHgPbCuZnNipK稳 19.34.48.7413.39.465.432.010.462.31.20氨基酸侧链配体：丝氨酸或苏氨酸的羟基、半胱氨酸的硫醇基 配体 HO（羟基） SH（硫醇基） 金属离子 H

29、gPbCuZnNiHgPbCuZnNipK稳 35.614.611.318.517.637.78.513.516.319.0螯合物累积稳定常数数据59（25C） 配体 氨基三乙酸 氨基丙酸 金属离子 HgPbCuZnNiHgPbCuZnNipK稳 12.711.811.313.110.58.4212.715.59.32配体 氨基乙醇甘氨酸金属离子 HgPbCuZnNiHgPbCuZnNipK稳 17.37.67.315.29.419.28.915.016.39.96 螯合物累积稳定常数数据59（25C） 配体 R2PO4乳酸金属离子 HgPbCuZnNiHgPbCuZnNipK稳 17.53.

30、12.083.22.43.82.224.853.97 配合物的累积稳定常数值较大，也说明细胞表面与重金属离子之间可能存在配合作用。结 论微生物细胞表面的能量分析谱 苦味诺卡氏菌吸附Hg2微生物细胞表面的能量分析谱 苦味诺卡氏菌吸附Pb2离子交换机理 当重金属离子溶液加入到细菌悬液中时，重金属被微生物体吸附到菌体表面，而微生物体内的常见的离子K、Na、Mg2、Ca2有可能被置换下来，发生离子交换。草分枝杆菌吸附重金属离子前后K、Na、Mg2、Ca2离子含量变化C (mg/L) KNaMg2Ca2重金属 1-Hg+14.4+0.86+0.82+1.24-114.0 2-Pb+5.98+0.39+0

31、.01+0.02-127.1 3-Cu+18.17+0.27+0.38+0.63-61.44 4-Zn+18.96+0.28+0.08+0.84-54.99 5-Ni+11.65+0.58+0.22+1.39-50.10C (mg/L)C C0 其中: C0 为吸附前溶液中离子浓度(mg/L) ；C 为吸附后溶液中离子浓度(mg/L)苦味诺卡氏菌吸附重金属离子前后K、Na、Mg2、Ca2离子含量变化 C (mg/L) KNaMg2Ca2重金属 1-Hg+15.65+1.302+0.758+0.921-180.0 2-Pb+16.71+0.214-0.0210.197-170.15 3-Cu+1

32、0.98+0.145+0.281+0.586-96.64 4-Zn+11.08+1.012+0.078+0.645-81.25 5-Ni+15.89+1.054+0.174+1.113-69.69C (mg/L)C C0 其中: C0 为吸附前溶液中离子浓度(mg/L) ；C 为吸附后溶液中离子浓度(mg/L)试验结论有K、Na、Mg2、Ca2离子从细胞上被交换下来；但被交换下来的K、Na、Mg2、Ca2离子的量与重金属离子的吸附量相比非常小，说明离子交换机理在吸附机理中占较次要的地位。 K、Na、Mg2、Ca2从细胞上被交换下来有两种可能： （1）与有机基团键合的离子 nNaL + Hg2+

33、 HgLn-n+2 + nNa+ （2）游离存在的离子(物理吸附)与重金属离子竞争吸附过程中被交换下来. 酶促机理 细菌为了某一具体目的, 而需要一个特定金属离子的时候，在酶的作用下，通过细胞内的驱动能量过程来富集金属离子，这就是酶促反应。活菌？ 死菌？ 草分枝杆菌吸附重金属后的活性情况（一） （1）无菌培养基 （2）接种了吸附Hg2后的菌草分枝杆菌吸附重金属后的活性情况（二） （3）接种了吸附Pb2后的菌 （4）接种了吸附Cu2后的菌草分枝杆菌吸附重金属后的活性情况（三） （5）接种了吸附Zn2后的菌 （6）接种了吸附Ni2后的菌草分枝杆菌吸附重金属后的活性情况（四） （7）接种了吸附高浓度

34、 （8）接种了吸附低浓度 9）接种了吸附Cu2 Hg2后的菌 Hg2后的菌 后的菌苦味诺卡氏菌吸附重金属后的活性情况（一） （1）无菌培养基 （2）接种了吸附Hg2后的菌苦味诺卡氏菌吸附重金属后的活性情况（二） （3）接种了吸附Pb2后的菌 （4）接种了吸附Cu2后的菌苦味诺卡氏菌吸附重金属后的活性情况（三） （5）接种了吸附Zn2后的菌 （6）接种了吸附Ni2后的菌苦味诺卡氏菌吸附重金属后的活性情况（四） （7）接种了吸附致死 （8）接种了吸附低浓度 （9）接种了吸附 浓度Hg2后的菌 Hg2后的菌 Zn2后的菌几种金属离子的生物功能 金属 功 能金属 功 能 镍加氢酶、水解酶 钠电荷载体、

35、渗透压平衡 铜氧化酶、双氧输运 钙结构、触发剂、电荷携带 锌结构、水解酶 镁结构、水解酶、异构酶 钾电荷载体、渗透压平衡 铁氧化酶、双氧输运、电子转移 苦味诺卡氏菌死菌体的吸附特性 吸附率Hg2 Pb2Cu2Zn2Ni2死菌体57.061.445.240.336.5活菌体57.261.248.842.633.1表 3-1 死活菌体的重金属离子吸附率对比 草分枝杆菌死菌体的吸附特性 表 4-1 死活菌体的重金属离子吸附率对比 吸附率Hg2 Pb2Cu2Zn2Ni2死菌体90.282.372.562.150.9活菌体90.482.175.665.848.4试验结论 从实验结果可以看出，草分枝杆菌和

36、苦味诺卡氏菌与重金属离子的吸附过程中，细菌始终处于活性状态，因此就不能排除细菌细胞中的酶参与吸附过程的反应。细菌的新陈代谢过程需要部分金属离子。细菌为了某一具体目的而需要一个特定金属离子的时候，在酶的作用下，会通过细胞内的驱动能量过程来富集金属离子。细胞内金属离子的浓度不能够无限制地增加，这也限制了酶促反应的进行，这也决定酶促机理在吸附过程中，不会占有重要地位。 结 论细胞吸附重金属离子的微观过程模型 第一步 在带电细胞所产生的电场中，重金属离子被吸引，促成了两种微粒的接触；这个过程是多分子层的物理吸附，存在解吸现象。 带正电的细菌与重金属离子相遇 不带电的细菌与重金属离子相遇 带负电的细菌与

37、重金属离子相遇 第二步 到达细胞表面的重金属离子被细胞表面的有机基团“捕捉”到，以配合或螯合的形式被“抓住”。同时伴生离子置换、或酶促反应，但这两种反应所占比例不大。这个过程是单分子层的化学吸附为主，细胞与重金属离子结合很牢固，很难被解吸下来。 生物吸附是这两个过程共同作用的结果。细胞吸附重金属离子的微观过程模型细胞吸附重金属离子的机理示意图 肽聚糖层质膜重金属离子重金属离子通过特殊通道在酶的作用下被输运进细胞内部细胞内部细胞外部磷脂螯合的重金属离子 静电吸附的 重金属离子六、重金属的微生物吸附技术应用基础研究一、啤酒酵母泥 吸附重金属离子的吸附剂二、硅藻土 微生物的吸附助滤剂啤酒酵母泥对重金

38、属离子吸附实验研究 吸附时间对吸附效果的影响 0204060801000510152025吸附时间 （min）吸附率（）Hg2+Pb2+Hg2+Pb2+051015202530350510152025吸附时间 ( min )吸附率 ( % )Cu2+Zn2+Ni2+Cu2+Zn2+Ni2+啤酒酵母泥对重金属离子吸附实验研究 溶液的pH值对吸附效果的影响 0204060801000246810pH吸附率 (%)Hg2+Pb2+Hg2+Pb2+01020304050607080901234567pH吸附率 (%)Cu2+Zn2+Ni2+Cu2+Zn2+Ni2+啤酒酵母泥对重金属离子的不同初始浓度的

39、吸附能力 02040608010002004006008001000重金属离子初始浓度 ( mg/L)重金属离子去除率 (%)Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+01020304050607080901000200400600800重金属离子初始浓度( g/L )吸附负载量( mg/g )Hg2+Pb2+Ni2+Cu2+Zn2+重金属离子初始浓度对吸附负载量的影响 Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+吸附工艺 啤酒酵母干燥生物吸附柱的制备吸附柱(2)吸附柱(3)吸附柱(1)进水出水出水其中: (1) 为一级处理柱 (2) 为二级处理柱 (3) 为

40、换料备用二级处理柱 用废弃的啤酒酵母泥吸附重金属离子废水，最大的优点就是可以回收重金属离子。将吸附饱和的啤酒酵母泥焚烧，可得重金属氧化物。 将干燥的啤酒酵母颗粒填充在吸附柱中，以常规小型吸附柱：直径0.6 m、高1.2 m为例，可填充干燥的啤酒酵母颗粒约150 kg。根据第6.1.1节测定的啤酒酵母泥的吸附负载量最小Zn2+ 20.56 mg/g，最大Hg2+ 88.80 mg/g来计算，150 kg干燥的啤酒酵母可处理含量为100 mg/L的污水30.84133.20吨废水。 经济效益与环境效益分析经济效益与环境效益分析 啤酒酵母泥是啤酒酿造车间的副产物，我国年产2000万吨啤酒，大约有40

41、万吨废弃酵母泥产生。其中2/3是主发酵酵母，这部分酵母质量较好，杂质少，少量用于回收作为菌种继续使用；其余1/3是后酵酵母，在贮酒过程中酵母与其它少量杂质如废酒花糟、沉淀蛋白质等共同沉淀于贮酒缸底，一般弃置不用，排放下水道而造成污染。 如果将废弃的啤酒酵母泥用做微生物吸附剂，不仅可以将废弃资源再次利用，还降低了培养、分离细菌的成本。 硅藻土微生物的吸附助滤剂微生物吸附重金属技术中的固液分离研究 采用硅藻土作为微生物与水体吸附助滤剂。 由此我们采用硅藻土作为微生物的吸附剂，系统研究了硅藻土与微生物的吸附情况。 硅藻土表面形态 (1) 圆筛藻 (2) 小环藻 放大倍数：8000 图中标尺：2m 放大倍数：3500 图中标尺：5m 硅藻土对微生物吸附规律 吸附时间与吸附效果的关系 010203040506070010203040吸附时间/min吸附率苦味诺卡氏菌酿酒酵母泥硅藻土用量与吸附效果的关系 010203040506001020304050硅藻土用量/ g/L吸附率/ %苦味诺卡氏菌酿酒酵母菌硅藻土对微生物吸附规律 硅藻土对微生物吸附规律 020406080246810 pH吸附率 / %苦味诺卡氏菌酿酒酵母泥溶液初始pH与吸附效果的关系 硅藻土对微生物吸附规律 吸附温度与吸附效果的关系 102030405051525354555吸附温度/ C吸附率/ %苦味诺卡氏