第四章应用一生物吸附

微生物吸附技术

在治理工业废水中重金属离子的应用

主要内容

一、前言

二、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

2

一、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100tng/L以下，pH值为2~3;

焦磷酸镀铜过程的废水含铜浓度在50mg/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50mg/L以下，pH值为9；

钾盐镀锌过程的废水中含锌浓度在100mg/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100mg/L以下，pH值为6~8；

氨盐镀锌过程的废水中含铜浓度在100mg/L以下，pH值为6~9。

3、含锲废水：

一般废水中含镇浓度在100mg/L以下，pH值在6左右。

4、含铭■废水：

一般废水中含六价铭■浓度在200tng/L以下，pH值为4~6。

重金属废水来源（一）

3

参看：

安成强，崔作兴.电镀三废治理技术[M],北京：国防工业出版社，2002,33〜269.

三、其他行业的重金属废水

染料行业排放的废水含有铅、铜、碑、镉等，

陶瓷行业排放的废水含有种、铝等，

墨水制造业排放的废水含有汞、铅、铜、锲、镉等，

照相行业排放的废水含有银、铅、铜、络、镉等，

造纸行业排放的废水含有辂、汞、铜、锲等，

制药行业排放的废水含有铜、铁、汞、锡等，

肥料行业排放的废水含有汞、辂、铅、铜、碑、镉、锲等，

氯碱制造业排放的废水含有铅、铜、珅、镉等，

涂料行业排放的废水含有铅、钛、锌、铭等，

玻璃行业排放的废水含有锢、铅、银、领等，

纺织行业排放的废水含有汞、辂、铅、锲、碑、镉等。

重金属废水来源（三）

4

二、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、碑、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，Zn153.00mg/L、Hg0.87mg/L、Cu

4.45mg/L、Cd18.70mg/L（5|g2002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（二）

5

国标GB—8978—1996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。

其中Hg2+、Pb2+、Ni2+、Cr（VD、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。

重金属最高允许排放浓度

重金属HgPbNiCdCrZnCu

污染物

最高允许0.050.051.00.11.55.02.0

排放浓度

(mg/L)

6

一、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

三、电解法

四、膜分离技术：电渗析、反渗透、液膜分离技术等。

五、蒸发浓缩法

六、吸附法：有腐殖酸树脂吸附法、斜发沸石吸附法、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。

治理重金属废水的各种技术

7

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

8

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。

选择微生物技术的原因

9

为什么选择生物吸附技术？

微生物吸附技术的特点

与常规的技术相比，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。

10

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

素卦(Pu)。

11

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的研究指出少根根曲(Rhizopusarrhizus)

对牡和铀有很高的吸附量；

1984年Hosea等人发现普通小球藻(Chlorellavulgaris)

对Au3+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

12

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：

*HolanZR等人用褐藻(A.nodosum)吸附Co2+;

*HuangChinpin用米曲霉(A.oryzac)吸附Zn2+；

*Volesky用Saccharomycescerevisiae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；

*李清彪等人研究了用Phanerochaetechrysosporium菌对Pb2+的吸附；

*刘月英等人用Bacilluslichcniformis菌吸附Pd2+；

*刘瑞霞等人研究了用Micrococcusluteus菌吸附Cu2+。

生物吸附研究与应用概况

13

生物吸附机理研究不断深入：

*Trccn-Scars认为微生物对金属的吸附于其细胞壁含有

的磷酸基与竣基的比例有关，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。

生物吸附研究与应用概况

14

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

15

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。

生物吸附技术的存在的问题

16

试验材料

Mycobacteriumphlci,草分枝杆菌，代号为AS.4.1180;

Norcardiaamarac,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。

二试验材料和方法

17

微生物培养方法

微生物量的计量方法

细菌的革兰氏染色法

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(1~13)

18

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

19

按照这些实验方法可以重复我们的实验.

草分枝杆菌

对Hg2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+

的吸附规律研究

=试验结果

20

草分枝杆菌

草分枝杆菌自然显微形态(图中标尺为500nm)

草分枝杆菌(Mycobacteriumphlci)

属原核生物界，细菌门，放线菌目

(Actinomycetales),分枝杆菌科

(Mycobacteriaccac),草分枝杆

菌属(Mycobacterium)0

21

草分枝杆菌的生长曲线

22

草分枝杆菌不同生长时期

对重金属离子的吸附效果影响

2+

2+

2+

2+

2+

23

吸附时间对吸附效果的影响

2+

2+

2+

2+

2+

24

溶液pH值对吸附效果的影响

2+

2+

2+

Ni2+

Cu2+

25

温度对吸附过程的影响

Hg2+

Pb2+

Cu2+

Zn2+

Ni2+

26

草分枝杆菌

对不同初始浓度重金属离子的吸附能力

Pb2+

Hg2+

Cu2+

Zn2+

Ni2+

27

四试验结果

苦味诺卡氏菌

对Hg2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+

的吸附规律研究

28

苦味诺卡氏菌

苦味诺卡氏菌(Nocardiaamarae),

原核生物界，细菌门，放线菌目

(Actinomycetales),诺卡氏菌科

(Norcardia),诺卡氏菌属

(Nocardia)[51]o

苦味诺卡氏菌自然显微形态(图中标尺为500nm)

29

苦味诺卡氏菌的生长曲线

30

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

Hg2+

Pb2+

Cu2+

Zn2+

Ni2+

31

吸附时间对吸附效果的影响

Hg2+

Pb2+

Cu2+

Zn2+

Ni2+

32

溶液pH值对吸附效果的影响

Hg2+

Pb2+

Cu2+

Zn2+

Ni2+

33

温度对吸附过程的影响

Pb2+Hg2+

Cu2+

Zn2+

Ni2+

34

苦味诺卡氏菌

对不同初始浓度重金属离子的吸附能力

Hg2+

Pb2+

Cu2+

Zn2+

Ni2+

35

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。

36

综述文章里推测的吸附机理最常见的有以上四种机理。

首先让我们来看看静电吸附机理。要想了解是否发生静电吸附，需要考察细胞的带电情况,

为此我们测定了在不同pH值下的细胞Zeta电位。翻下一页。

细菌微粒的表面（电位测定

37

后有结论

草分枝杆菌一pH曲线

Pb2+

Zn2+

Hg2+

38

在我们进行的吸附试验中，除pH曲线以外，PH都在细胞等电点以上，即说明吸附试验所

用细胞都带负电。

下面看一看PH曲线的实验结果与电位测定是否吻合。翻下一页。两种菌的PH曲线。

草分枝杆菌一pH曲线

Ni2+

Cu2+

39

苦味诺卡氏菌一pH曲线

Hg2+

Pb2+

Cu2+

Zn2+

Ni2+

40

等电点PH=2.1吸附实验结果与电位测定结果基本吻合，即细胞表面带负电多，吸附效果

好。

可以得出两条结论：

一、静电吸附是吸附的原因之一；

二、但不排除，局部不吻合的地方，原因是静电吸附不是唯一的吸附机理。下面考察表面络

合机理。首先让我们看看微观世界里细胞的形态。翻下一页。

微生物细胞的表面形态

（放大35000倍，图中标尺为500nm）（放大24000倍，图中标尺为500nm）

图5-1草分枝杆菌的形态图5-2苦味诺卡氏菌的形态

41

草分枝杆菌为杆状，苦味诺卡氏菌为球状。强调这是吸附前的状态。说明：1、细菌为单细

胞生物，

一个细菌即一个细胞。2、微生物是指不借助显微镜用肉眼看不见的微小生物。

它包括（1）病毒；（2）细菌；（3）真菌；（4）原生动物；（5）某些藻类。

细菌只是其中的一种。微生物和细菌有时可以互相替代有时就不能互相替换。

酵母菌属于真菌类，它不是细菌。下面请看吸附后细胞形态。

吸附汞离子后的细胞表面形态

（放大10000倍，图中标尺为1m）（放大10000倍，图中标尺为1tn）

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

42

吸附铅离子后的细胞表面形态

（放大10000倍，图中标尺为1m）（放大10000倍，图中标尺为1m）

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

43

吸附前后比较，粘连、重金属离子起到键合作用？不能说明任何问题。下面请看细菌的红外

光谱测定，

它能测定细菌表面的有机基团种类与多少。

表面相关糖脂磷壁酸磷壁酸表面相关蛋白

细菌外壁层结构一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

44

草分枝杆菌的红外光谱

40003500300025002000

Wavenumbercm-1

Transmittance%

45

40003500300025002000

苦味诺卡氏菌的红外光谱

Wavenumbercm-1

Transmittance%

46

两种菌的红外光谱对比（一）

草分枝杆菌苦味诺卡氏菌可能不

的红外光谱的红外光谱团

-1

3303.67cm附近向右偏移3.46cm：吸收带更-OH、N-

有一强而宽的吸收带宽，强度增大

-1

2989.34cm附近向右偏移24.75cm；吸收带-SH

有弱双峰吸收带略宽，强度略大

1659.17cm'附近向左偏移28.08cm；吸收带C=O(-(

有一强而窄的吸收带宽度、强度接近N-H(NHJ

动

-1

1557.01cm附近向左偏移3.01cm，吸收带S=O>

有一中强而窄的吸收带宽度、强度接近N-H(NH)英

47

草分枝杆菌苦味诺卡氏菌可能吊

的红外光谱的红外光谱团

1360.99cm1附近位置相同，吸收带宽度接近、-OH变形振Z

有一中强而窄的吸收带强度明显增大

1257.68cm1附近位置相同，吸收带宽度接近、C-O、

有一弱而窄的吸收带强度明显减弱

-1-1

1059.17cm附近向左偏移13cm，吸收带强度P-（

有一中强吸收带明显增大-OH面外弯

778〜561cmi附近吸收带强度明显增大C-S、

有一弱而宽的吸收带P-O-C

两种菌的红外光谱对比（二）

48

下面请看由此得出的结论。强调这是吸附前的细胞的谱图。

400035003000250020001500

1000500

Wavenumberscm-1

Transmittance%

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

49

Transmittance%

4000350030002500200015001000

500

Wavenumberscm-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

50

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2+2+

吸附Pb后草分枝杆菌吸附Zn后

的红外光谱6

-1、

3303.67cm附近向右偏移21.36cm：吸收带向右偏移254

有一强而宽的吸收带更窄，强度明显减弱更窄，强度明」

-1-1

2989.34cm附近向右偏移41.08cm,吸收带向右偏移612

有弱双峰吸收带宽度、强度接近度、强度接近

-1-1

1659.17cm附近向右偏移16.02cm,吸收带向右偏移3.28(

有一强而窄的吸收带宽度、强度接近度、强度接近

-1、

1544.36cm附近向右偏移9.64cm：吸收带向右偏移0.53(

有一中强而窄的吸收带宽度接近、强度减弱度接近、强度

51

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2+2+

吸附Pb后草分枝杆菌吸附Zn后

的红外光谱

-1-1

1360.99cm附近向左偏移39.27cm,吸收带向左偏移35.3(

有一中强而窄的吸收带宽度接近、强度明显减弱度接近、强度

-1-1

1257.68cm附近向右偏移7.11cm,吸收带宽向右偏移8.65(

有一弱而窄的吸收带度、强度接近度接近、强度

-1、

1059.17cm附近向左偏移17.09cm\吸收带向左偏移108

有一中强吸收带宽度接近、强度减弱度接近、强度

1

778.91cm附近向右偏移28.65cm：吸收带向右偏移32.6

有一弱而宽的吸收带宽度接近、强度明显减弱度接近、强度

-1

561.01cm附近向左偏移19.67cm\吸收带向左偏移494

有一弱而宽的吸收带宽度接近、强度明显减弱宽度接近、强

52

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2+2-4-

吸附Pb后诺卡氏菌吸附Zn后

的红外光谱t

-1-1

3300.21cm附近向左偏移”3.38cm,吸收向左偏移299

有一强而宽的吸收带带更窄，强度明显减弱窄，强度明显力

2964.59cm'附近向右偏移41.08cm：吸收带向右偏移340

有弱双峰吸收带宽度、强度接近度、强度接近

1687.25cm,附近向右偏移3.28cm",吸收带向左偏移0.2c

有一强而窄的吸收带宽度、强度接近度、强度接近

-1

1560.02cm附近向右偏移&46cm：吸收带向右偏移8.46（

有一中强而窄的吸收带宽度、强度接近度、强度接近

-1,

1453.14cm附近位置相同，吸收带宽度、位置相同，

有一弱而窄的吸收带强度略微减弱强度

53

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2+2+

吸附Pb后诺卡氏菌吸附Zn后

的红外光谱t

-1

1360.91cm附近位置未变，吸收带宽度接近、向左偏移35.3：

有一中强而窄的吸收带强度明显减弱度接近、强度

-1

1299.57cm附近该吸收带几乎消失该吸收带几乎

有一弱而窄的吸收带

-1、

1257.69cm附近位置未变，宽度、强度接近位置未变，宽」

有一弱而窄的吸收带

-1-1

1072.17cm附近向左偏移1.42cm,吸收带向左偏移3.1cr

有一中强吸收带宽度略宽、强度明显减弱接近、强度切

-1

778.24cm附近向左偏移1.03cm\吸收带向右偏移2.88

有一弱而宽的吸收带宽度接近、强度明显减弱度接近、电

-1-1

561.75cm附近向左偏移34.49cm,吸收带向左偏移21.7：

有一弱而宽的吸收带宽度接近、强度明显减弱度接近、里

54

了解了细胞表面各种有机基团的种类更觉得吸附时会发生表面络合机理。

那么我们来分析一下，有没有可能发生配合反应。

说明：络合、配合、与螯合的区别。请看下一页。

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、氯、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

55

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"（较酸基）

金属HgPbCuZnNiHgPbCu

离子

19.34.48.7413.39.465.432.010.46

卜pl<稳

56

螯合物累积稳定常数数据[59]（25C）

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HgPbCuZnNiHgPbCu

离子

35.614.611.318.517.637.78.513.5

卜pl<稳

57

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HgPbCuZnNiHgPbCu

离子

12.711.811.313.110.58.4212.7

Fpl<稳

58

螯合物累积稳定常数数据[59](25C)

配体氨基乙醇甘氨酸

金属HgPbCuZnNiHgPbCu

离子

17.37.67.315.29.419.28.915.0

FpK稳

59

螯合物累积稳定常数数据[59]（25C）

配体RP乳酸

204"

金属HgPbCuZnNiHgPbCu

离子

17.53.12.083.22.43.82.22

卜pl<稳,

60

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

61

微生物细胞表面的能量分析谱

苦味诺卡氏菌吸附Hg2+

62

要说明做能量分析谱的过程。

（1）细菌悬浮液离心分离，（2）蒸德水洗涤、再离心分离，（3）戊二醛浸泡固定、再离心

分离（4）磷酸二氢钾缓冲溶液洗涤、、再离心分离（5）蒸储水洗涤、再离心分离，（6）

30%乙醇脱水、再离心分离，（7）、（8）、（9）、（10）、（11）无水乙醇脱水。涂布于铝片上，

阴干。经过11遍蹂蹒！日本岛津SuperScanSSX-550型扫描电子显微镜的探头打在细胞表面

上存在重金属峰。说明还存在重金属，重金属与细胞表面有机基团结合得很牢固！

微生物细胞表面的能量分析谱

苦味诺卡氏菌吸附Pb2+

63

解释上面的峰除C、O、P等外还有K、Ca、Na、Mg等

下面看看离子交换机理。

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。

64

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十+2+2+重金属

KNaMgCa

(mg/L)

1-Hg+14.4+0.86+0.82+1.24-114.0

2-Pb+5.98+0.39+0.01+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+1.39-50.10

△C(mg/L)=C-CO

其中CO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)

65

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++2+2+重金属

KNaMgCa

(mg/L)

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+10.98+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+1.113-69.69

AC(mg/L)=C-CO

其中CO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)

66

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+=[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.

67

下面看看是否发生酶促机理。

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。

68

要想分析细胞的酶促机理，得先看看吸附过程细胞是活还是死。

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

69

实验条件见论文。采用的是最大金属离子浓度。

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

70

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

71

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(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

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苦味诺卡氏菌吸附重金属后的活性情况(-)

(1)无菌培养基(2)接种了吸附Hg2+后的菌

73

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

74

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

75

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

76

都活着！为什么会发生酶促机理？动力是什么？

静电吸附的动力是正负电荷相吸。配合吸附的动力是一个有孤电子对、一个有空轨道、且K

稳比较大。

酶促机理的动力是什么？请看下一页，

几种金属离子的生物功能

金属功能金属功育

加氢酶、水解酶钠电荷载体、渗透压平衡

铜氧化酶、双氧输运钙结构、触发剂、电荷携

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

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要想了解酶促机理，还得了解：死细菌和活细菌吸附重金属离子能力是否有差异。翻下一页。

重金属离子的生物功能。

苦味诺卡氏菌死菌体的吸附特性

吸附率％2+2+2+2+2+

HgPbCuZnNi

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

78

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％2+2+2+2+2+

HgPbCuZnNi

死菌体90.282.372.562.150.9

活菌体90.482.175.665.848.4

79

试验结论

从实验结果可以看出，草分枝杆菌和苦味诺

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。

80

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。

结论

81

细胞内金属离子的浓度不能够无限制地

增加，这也限制了蹲促反应的进行，这

也决定酶促机理在吸附过程中，不会占

有重要地位。

结论

82

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。

83

带正电的细菌与重金属离子相遇

84

不带电的细菌与重金属离子相遇

85

带负电的细菌与重金属离子相遇

86

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

87

细胞吸附重金属离子的机理示意图

肽

聚

糖

层

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

88

重金属的微生物

吸附技术应用基础研究

一、啤酒酵母泥

一吸附重金属离子的吸附剂

二、硅藻土

—微生物的吸附助滤剂

89

啤酒酵母泥对重金属离子吸附实验研究

吸附时间对吸附效果的影响

Hg2+

Pb2+

Cu2+

Zn2+

Ni2+

90

溶液的pH值对吸附效果的影响

啤酒酵母泥对重金属离子吸附实验研究

Hg2+

Pb2+

Cu2+

Zn2+

Ni2+

91

啤酒酵母泥对重金属离子的不同初始浓度的吸附能力

Hg2+

Pb2+

Cu2+

Zn2+

Ni2+

92

重金属离子初始浓度对吸附负载量的影响

Hg2+

Pb2+

Cu2+

Zn2+

Ni2+

93

吸附工艺

啤酒

醵母

干燥

生物

吸附

柱的

制备

吸

附

柱

(2)

吸

附

柱

⑶

吸

附

柱

(1)

进水

出水

出水

其中：⑴为一级处理柱⑵为二级处理柱(3)为换料备用二级处理柱

94

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0.6m、高1.2m为

例，可填充干燥的啤酒酵母颗粒约150kgo根据第6.1.1节测定的啤酒酵母泥的吸附负载量

最小Zn2+20.56mg/g,最大Hg2+88.80mg/g来计算，150kg干燥的啤酒薛母可处理含量为

100mg/L的污水30.84〜133.20吨废水。

经济效益与环境效益分析

95

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［61］。

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。

96

第二部分

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一助滤剂。

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。

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硅藻土表面形态

(1)圆筛藻