礦產(chǎn)資源微生物技術(shù)-7微生物對重金屬離子的吸附

礦產(chǎn)資源微生物技術(shù)MicrobiologicalTechniquesofMineralResources微生物技術(shù)應(yīng)用之三

在治理工業(yè)廢水中重金屬離子的應(yīng)用

主要內(nèi)容一、背景知識(shí)

二、吸附試驗(yàn)材料和方法三、草分枝桿菌對重金屬離子吸附規(guī)律研究四、苦味諾卡氏菌對重金屬離子吸附規(guī)律研究五、細(xì)菌吸附重金屬離子機(jī)理研究六、重金屬的微生物吸附技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)研究七、結(jié)論重金屬廢水來源（一）一、電鍍行業(yè)重金屬廢水

1、含銅廢水：酸性鍍銅過程的廢水中含銅濃度在100mg/L以下，pH值為2~3；焦磷酸鍍銅過程的廢水含銅濃度在50mg/L以下，pH值在7左右。2、含鋅廢水：堿性鋅酸鹽鍍鋅過程的廢水中含鋅濃度在50mg/L以下，pH值為9；鉀鹽鍍鋅過程的廢水中含鋅濃度在100mg/L以下，pH值為6左右；硫酸鋅鍍鋅過程的廢水中含鋅濃度在100mg/L以下，pH值為6~8；氨鹽鍍鋅過程的廢水中含銅濃度在100mg/L以下，pH值為6~9。3、含鎳廢水：一般廢水中含鎳濃度在100mg/L以下，pH值在6左右。4、含鉻廢水：一般廢水中含六價(jià)鉻濃度在200mg/L以下，pH值為4~6。一、背景知識(shí)重金屬廢水來源（二）二、鋼鐵和有色金屬冶煉和采礦重金屬廢水采礦和冶煉需耗用大量的水，其排放的廢水中重金屬離子成分比較復(fù)雜，因大部分有色金屬和礦石中有伴生元素存在，所以廢水中一般含有汞、鎘、砷、鉛、銅、鋅等。以葫蘆島鋅廠為例，其廢水排放量為每年21.9萬噸。廢水中含有Zn、Hg、Cu、Cd等，從生產(chǎn)線下來的廢水重金屬離子濃度為，Zn153.00mg/L、Hg0.87

mg/L、Cu

4.45mg/L、Cd18.70mg/L（引自2002年葫蘆島鋅廠西部污水處理站污染情況表）。重金屬廢水來源（三）三、其他行業(yè)的重金屬廢水

染料行業(yè)排放的廢水含有鉛、銅、砷、鎘等，陶瓷行業(yè)排放的廢水含有砷、鉻等，墨水制造業(yè)排放的廢水含有汞、鉛、銅、鎳、鎘等，照相行業(yè)排放的廢水含有銀、鉛、銅、鉻、鎘等，造紙行業(yè)排放的廢水含有鉻、汞、銅、鎳等，制藥行業(yè)排放的廢水含有銅、鐵、汞、錫等，肥料行業(yè)排放的廢水含有汞、鉻、鉛、銅、砷、鎘、鎳等，氯堿制造業(yè)排放的廢水含有鉛、銅、砷、鎘等，涂料行業(yè)排放的廢水含有鉛、鈦、鋅、鉻等，玻璃行業(yè)排放的廢水含有鉬、鉛、鎳、鋇等，紡織行業(yè)排放的廢水含有汞、鉻、鉛、鎳、砷、鎘等。重金屬最高允許排放濃度

國標(biāo)GB－8978－1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了重金屬最高允許排放濃度。其中Hg2+、Pb2+、Ni2+、Cr(VI)、Cd2+為國標(biāo)規(guī)定的第一類污染物，即能在環(huán)境或動(dòng)植物體內(nèi)蓄積，對人體健康產(chǎn)生長遠(yuǎn)不良影響的污染物；而Cu2+、Zn2+為第二類污染物，是指其長遠(yuǎn)影響小于第一類的污染物質(zhì)。重金屬污染物HgPbNiCdCrZnCu最高允許排放濃度（mg/L）0.050.051.00.11.55.02.0治理重金屬廢水的各種技術(shù)一、化學(xué)法：化學(xué)沉淀法、氧化還原法、鐵氧體法。二、離子交換樹脂法

三、電解法

四、膜分離技術(shù)：電滲析、反滲透、液膜分離技術(shù)等。五、蒸發(fā)濃縮法六、吸附法：有腐殖酸樹脂吸附法、斜發(fā)沸石吸附法、麥飯石吸附法、硅藻土吸附法、膨潤土吸附法、活性炭吸附法、生物吸附法等。

遼寧省是國家重工業(yè)生產(chǎn)基地，有著石油化工、冶金、建材、造紙和電力等傳統(tǒng)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。多少年來這些企業(yè)為國家及遼寧省經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)；但是在發(fā)展的同時(shí)，也給環(huán)境帶來了嚴(yán)重的污染。針對遼寧省水體污染現(xiàn)狀，解決實(shí)際問題，提出了治理重金屬水污染的課題。急需解決的實(shí)際問題如今人們比以往任何時(shí)候都更加崇尚自然、善待自然，與環(huán)境相協(xié)調(diào)的綠色理念已經(jīng)滲透到新技術(shù)的開發(fā)中。

微生物吸附作為治理重金屬污染的一項(xiàng)新技術(shù)，由于其環(huán)保特色而有著其他技術(shù)所不可比擬的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)?！懊利愔袊边x擇微生物技術(shù)的原因微生物吸附技術(shù)的特點(diǎn)與常規(guī)的技術(shù)相比，微生物吸附技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可以選擇性地去除某種重金屬離子；（2）處理效率高，不引起二次污染；（3）pH值范圍較寬；（4）易于分離回收金屬。生物吸附研究與應(yīng)用概況生物吸附技術(shù)是利用廉價(jià)的生物細(xì)胞體吸附重金屬離子，從而達(dá)到去除水體中有害重金屬離子的目的。生物吸附概念最早是由Ruchhoft在1949年提出來的，它利用活性污泥去除水中的放射性元素釙（Pu）。生物吸附重金屬研究的真正興起還是在二十世紀(jì)八十年代.

1982年Teszos的研究指出少根根酶（Rhizopusarrhizus）對釷和鈾有很高的吸附量；

1984年Hosea等人發(fā)現(xiàn)普通小球藻（Chlorellavulgaris）對Au有很高的親和力；1986年Norbeng等人發(fā)現(xiàn)動(dòng)膠菌（Z.ramigera）對Cu2+具有較高的選擇性吸附能力；生物吸附研究與應(yīng)用概況從上個(gè)世紀(jì)九十年代到現(xiàn)在，國內(nèi)外有關(guān)這個(gè)領(lǐng)域的研究發(fā)展很快。

生物吸附材料不斷涌現(xiàn):*HolanZR等人用褐藻（A.nodosum）吸附Co2+；*HuangChinpin用米曲霉（A.oryzae）吸附Zn2+；*Volesky用Saccharomycescerevisiae吸附Cd2+；*牛慧等人利用非生長產(chǎn)黃青霉素對重金屬離子的吸附；*李清彪等人用Phanerochaetechrysosporium菌對Pb2+的吸附；*劉月英等人用Bacilluslicheniformis菌吸附Pd2+；*劉瑞霞等人研究了用Micrococcusluteus菌吸附Cu2+。

生物吸附研究與應(yīng)用概況生物吸附機(jī)理研究不斷深入:

Treen－Sears認(rèn)為微生物對金屬的吸附與其細(xì)胞壁含有的磷酸基與羧基的比例有關(guān)，并認(rèn)為在快速吸附過程中，離子交換起了主要作用。Muraleedharan等通過試驗(yàn)同樣說明了幾丁質(zhì)和蛋白質(zhì)在吸附過程中的不同角色，而且指出帶有自由基的細(xì)胞壁介質(zhì)才是在吸附過程中起最重要作用的物質(zhì)。目前，生物吸附技術(shù)的研究還只是處于實(shí)驗(yàn)室階段，在實(shí)用化和工業(yè)化過程中還存在著許多有待進(jìn)一步深入研究的問題。生物吸附研究與應(yīng)用概況生物吸附技術(shù)的存在的問題為了使生物吸附金屬技術(shù)推廣應(yīng)用，還必須考慮以下一些因素：（1）如何進(jìn)一步提高生物吸附劑的吸附效率；（2）生物吸附劑應(yīng)易于得到；（3）降低吸附劑的制造成本；（4）吸附劑應(yīng)使用方便，易于操作等。試驗(yàn)材料Mycobacteriumphlei，草分枝桿菌，代號為AS.4.1180；Norcardiaamarae，苦味諾卡氏菌，代號為AS.4.1126；啤酒酵母泥:試驗(yàn)用啤酒酵母泥，由沈陽雪花啤酒廠提供；

硅藻土:吉林長白硅藻土。二、吸附試驗(yàn)材料和方法微生物培養(yǎng)方法微生物量的計(jì)量方法細(xì)菌的革蘭氏染色法細(xì)菌生長曲線的測定方法細(xì)菌對重金屬耐性試驗(yàn)方法吸附過程中常見離子的釋放試驗(yàn)重金屬離子分析方法

試驗(yàn)方法（1～13）吸附試驗(yàn)方法金屬離子去除率Q計(jì)算方法微生物吸附負(fù)載量L計(jì)算方法細(xì)菌的ζ電位測定方法細(xì)菌的紅外光譜測定方法掃描電鏡生物樣品的制備方法試驗(yàn)方法（1～13）三、試驗(yàn)結(jié)果草分枝桿菌對Hg2＋、Pb2＋、Cu2＋、Zn2＋、Ni2＋的吸附規(guī)律研究草分枝桿菌

草分枝桿菌自然顯微形態(tài)（圖中標(biāo)尺為500nm）草分枝桿菌(Mycobacteriumphlei)屬原核生物界，細(xì)菌門，真細(xì)菌綱,放線菌目（Actinomycetales），分枝桿菌科（Mycobacteriaceae），草分枝桿菌屬（Mycobacterium）。草分枝桿菌的生長曲線

草分枝桿菌不同生長時(shí)期

對重金屬離子的吸附效果影響2+2+2+2+2+2+2+2+2+2+吸附時(shí)間對吸附效果的影響

溶液pH值對吸附效果的影響

溫度對吸附過程的影響

草分枝桿菌

對不同初始濃度重金屬離子的吸附能力

四、試驗(yàn)結(jié)果

苦味諾卡氏菌對Hg2＋、Pb2＋、Cu2＋、Zn2＋、Ni2＋的吸附規(guī)律研究苦味諾卡氏菌苦味諾卡氏菌（Nocardiaamarae），原核生物界，細(xì)菌門，真細(xì)菌綱，放線菌目（Actinomycetales），諾卡氏菌科（Norcardia），諾卡氏菌屬（Nocardia）。

苦味諾卡氏菌自然顯微形態(tài)（圖中標(biāo)尺為500nm）苦味諾卡氏菌的生長曲線

苦味諾卡氏菌不同生長時(shí)期

對重金屬離子的吸附效果影響

吸附時(shí)間對吸附效果的影響

溶液pH值對吸附效果的影響

溫度對吸附過程的影響

苦味諾卡氏菌

對不同初始濃度重金屬離子的吸附能力

五、細(xì)菌吸附重金屬離子機(jī)理研究

靜電吸附機(jī)理；表面配合機(jī)理；離子交換機(jī)理；細(xì)胞酶促機(jī)理。細(xì)菌微粒的表面ζ電位測定

pH＝3.89pH＝2.1草分枝桿菌－pH曲線Pb2+Zn2+Hg2+草分枝桿菌－pH曲線Ni2+Cu2+苦味諾卡氏菌－pH曲線Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+微生物細(xì)胞的表面形態(tài)

(放大35000倍,圖中標(biāo)尺為500nm)(放大24000倍,圖中標(biāo)尺為500nm)圖5-1草分枝桿菌的形態(tài)圖5-2苦味諾卡氏菌的形態(tài)吸附汞離子后的細(xì)胞表面形態(tài)

(放大10000倍,圖中標(biāo)尺為1m)

(放大10000倍,圖中標(biāo)尺為1m)圖5-3吸附Hg2+后草分枝桿菌的形態(tài)圖5-4吸附Hg2+后苦味諾卡氏菌的形態(tài)吸附鉛離子后的細(xì)胞表面形態(tài)

(放大10000倍,圖中標(biāo)尺為1m)(放大10000倍,圖中標(biāo)尺為1m)圖5-5吸附Pb2+后草分枝桿菌的形態(tài)

圖5-6吸附Pb2+后苦味諾卡氏菌的形態(tài)

表面相關(guān)糖脂磷壁酸磷壁酸表面相關(guān)蛋白

細(xì)菌外壁層結(jié)構(gòu)—吸附發(fā)生的主要場所質(zhì)

膜肽聚糖層內(nèi)嵌蛋白孔蛋白糖脂和甘油二酯磷脂莢膜

細(xì)胞外部細(xì)胞內(nèi)部草分枝桿菌的紅外光譜4000350030002500200015001000500Wavenumbercm-1Transmittance%4000350030002500200015001000500苦味諾卡氏菌的紅外光譜Wavenumbercm-1Transmittance%兩種菌的紅外光譜對比（一）草分枝桿菌的紅外光譜苦味諾卡氏菌的紅外光譜

可能存在基團(tuán)

3303.67cm-1附近有一強(qiáng)而寬的吸收帶

向右偏移3.46cm-1,

吸收帶更寬,強(qiáng)度增大

-OH、N–H(NH2)2989.34cm-1附近有弱雙峰吸收帶

向右偏移24.75cm-1，

吸收帶略寬，強(qiáng)度略大

-SH1659.17cm-1附近有一強(qiáng)而窄的吸收帶

向左偏移28.08cm-1，吸收帶寬度、強(qiáng)度接近

C=O(-COOH)、N–H(NH2)彎曲振動(dòng)

1557.01cm-1附近有一中強(qiáng)而窄的吸收帶

向左偏移3.01cm-1，吸收帶寬度、強(qiáng)度接近

S=O、N-H(NH2)剪式振動(dòng)

草分枝桿菌的紅外光譜苦味諾卡氏菌的紅外光譜可能存在基團(tuán)1360.99cm-1附近有一中強(qiáng)而窄的吸收帶位置相同，吸收帶寬度接近、強(qiáng)度明顯增大-OH變形振動(dòng)、C-O1257.68cm-1附近有一弱而窄的吸收帶位置相同，吸收帶寬度接近、強(qiáng)度明顯減弱C-O、C-N1059.17cm-1附近有一中強(qiáng)吸收帶向左偏移13cm-1，吸收帶強(qiáng)度明顯增大P-O-C、-OH面外彎曲振動(dòng)778～561cm-1附近有一弱而寬的吸收帶吸收帶強(qiáng)度明顯增大C-S、P=S、P-O-C、S-O兩種菌的紅外光譜對比（二）4000350030002500200015001000500Wavenumberscm-1Transmittance%吸附了Pb2＋的草分枝桿菌的紅外光譜草分枝桿菌的紅外光譜吸附了Zn2＋的草分枝桿菌的紅外光譜Transmittance%4000350030002500200015001000500Wavenumberscm-1吸附了Pb2＋的諾卡氏菌紅外光譜圖吸附了Zn2＋的諾卡氏菌紅外光譜圖諾卡氏菌的紅外光譜吸附了Pb2＋、Zn2＋后的草分枝桿菌體紅外光譜分析

草分枝桿菌的紅外光譜吸附Pb2＋后草分枝桿菌的紅外光譜吸附Zn2＋后草分枝桿菌的紅外光譜3303.67cm-1附近有一強(qiáng)而寬的吸收帶向右偏移21.36cm-1,吸收帶更窄,強(qiáng)度明顯減弱向右偏移25.41cm-1,

吸收帶更窄,強(qiáng)度明顯減弱2989.34cm-1附近有弱雙峰吸收帶向右偏移41.08cm-1,吸收帶寬度、強(qiáng)度接近向右偏移61.25cm-1,吸收帶寬度、強(qiáng)度接近1659.17cm-1附近有一強(qiáng)而窄的吸收帶向右偏移16.02cm-1,吸收帶寬度、強(qiáng)度接近向右偏移3.28cm-1,吸收帶寬度、強(qiáng)度接近1544.36cm-1附近有一中強(qiáng)而窄的吸收帶向右偏移9.64cm-1,吸收帶寬度接近、強(qiáng)度減弱向右偏移0.53cm-1,吸收帶寬度接近、強(qiáng)度明顯減弱吸附了Pb2＋、Zn2＋后的草分枝桿菌體紅外光譜分析（二）

草分枝桿菌的紅外光譜

吸附Pb2＋后草分枝桿菌的紅外光譜

吸附Zn2＋后草分枝桿菌的紅外光譜

1360.99cm-1附近有一中強(qiáng)而窄的吸收帶向左偏移39.27cm-1,吸收帶寬度接近、強(qiáng)度明顯減弱

向左偏移35.30cm-1,吸收帶寬度接近、強(qiáng)度明顯減弱

1257.68cm-1附近有一弱而窄的吸收帶向右偏移7.11cm-1,吸收帶寬度、強(qiáng)度接近

向右偏移8.65cm-1,吸收帶寬度接近、強(qiáng)度減弱

1059.17cm-1附近有一中強(qiáng)吸收帶向左偏移17.09cm-1,吸收帶寬度接近、強(qiáng)度減弱

向左偏移10.84cm-1,吸收帶寬度接近、強(qiáng)度明顯減弱

778.91cm-1附近有一弱而寬的吸收帶向右偏移28.65cm-1,吸收帶寬度接近、強(qiáng)度明顯減弱

向右偏移32.6cm-1,吸收帶寬度接近、強(qiáng)度明顯減弱

561.01cm-1附近有一弱而寬的吸收帶向左偏移19.67cm-1,吸收帶寬度接近、強(qiáng)度明顯減弱

向左偏移49.48cm-1,吸收帶寬度接近、強(qiáng)度明顯減弱

吸附了Pb2＋、Zn2＋后的苦味諾卡氏菌體紅外光譜分析（一）

諾卡氏菌的紅外光譜吸附Pb2＋后諾卡氏菌的紅外光譜吸附Zn2＋后諾卡氏菌的紅外光譜3300.21cm-1附近有一強(qiáng)而寬的吸收帶向左偏移113.38cm-1,

吸收帶更窄,強(qiáng)度明顯減弱向左偏移29.94cm-1,吸收帶更窄,強(qiáng)度明顯減弱2964.59cm-1附近有弱雙峰吸收帶向右偏移41.08cm-1,吸收帶寬度、強(qiáng)度接近向右偏移34.08cm-1,吸收帶寬度、強(qiáng)度接近1687.25cm-1附近有一強(qiáng)而窄的吸收帶向右偏移3.28cm-1,吸收帶寬度、強(qiáng)度接近向左偏移0.2cm-1,吸收帶寬度、強(qiáng)度接近1560.02cm-1附近有一中強(qiáng)而窄的吸收帶向右偏移8.46cm-1,吸收帶寬度、強(qiáng)度接近向右偏移8.46cm-1,吸收帶寬度、強(qiáng)度接近1453.14cm-1附近有一弱而窄的吸收帶位置相同，吸收帶寬度、強(qiáng)度略微減弱位置相同，吸收帶寬度、強(qiáng)度略微減弱吸附了Pb2＋、Zn2＋后的苦味諾卡氏菌體紅外光譜分析（二）

諾卡氏菌的紅外光譜

吸附Pb2＋后諾卡氏菌的紅外光譜

吸附Zn2＋后諾卡氏菌的紅外光譜

1360.91cm-1附近有一中強(qiáng)而窄的吸收帶位置未變,吸收帶寬度接近、強(qiáng)度明顯減弱向左偏移35.32cm-1,吸收帶寬度接近、強(qiáng)度略微減弱

1299.57cm-1附近有一弱而窄的吸收帶該吸收帶幾乎消失

該吸收帶幾乎消失

1257.69cm-1附近有一弱而窄的吸收帶位置未變,寬度、強(qiáng)度接近

位置未變,寬度、強(qiáng)度接近

1072.17cm-1附近有一中強(qiáng)吸收帶向左偏移1.42cm-1,吸收帶寬度略寬、

強(qiáng)度明顯減弱

向左偏移3.1cm-1,吸收帶寬度接近、

強(qiáng)度明顯減弱

778.24cm-1附近有一弱而寬的吸收帶向左偏移1.03cm-1,吸收帶寬度接近、強(qiáng)度明顯減弱向右偏移2.88cm-1,吸收帶寬度接近、強(qiáng)度明顯減弱

561.75cm-1附近有一弱而寬的吸收帶向左偏移34.49cm-1,吸收帶寬度接近、強(qiáng)度明顯減弱

向左偏移21.73cm-1,吸收帶寬度接近、強(qiáng)度明顯減弱

紅外光譜結(jié)果已經(jīng)證實(shí)細(xì)胞外壁含有的主要官能

團(tuán)包括：-OH、-SH、

-NH2、-OP、-COOH、C=O、

P=O、S=O等基團(tuán)，這些多糖中的氮、氧、硫、磷等

原子都可以提供孤對電子與金屬離子配位。紅外光譜結(jié)論配合物累積穩(wěn)定常數(shù)數(shù)據(jù)[59]（25C）

氨基酸主鏈配體

配體

—NH3＋（氨基）

—COO－（羧酸基）

金屬離子

HgPbCuZnNiHgPbCuZnNipK穩(wěn)

19.34.48.7413.39.465.432.010.462.31.20氨基酸側(cè)鏈配體：絲氨酸或蘇氨酸的羥基、半胱氨酸的硫醇基配體

HO—（羥基）

—SH（硫醇基）

金屬離子

HgPbCuZnNiHgPbCuZnNipK穩(wěn)

35.614.611.318.517.637.78.513.516.319.0螯合物累積穩(wěn)定常數(shù)數(shù)據(jù)[59]（25C）

配體

氨基三乙酸

氨基丙酸

金屬離子

HgPbCuZnNiHgPbCuZnNipK穩(wěn)

12.711.811.313.110.58.4212.715.59.32配體

氨基乙醇甘氨酸金屬離子

HgPbCuZnNiHgPbCuZnNipK穩(wěn)

17.37.67.315.29.419.28.915.016.39.96螯合物累積穩(wěn)定常數(shù)數(shù)據(jù)[59]（25C）

配體

R2PO4—

乳酸金屬離子

HgPbCuZnNiHgPbCuZnNipK穩(wěn)

17.53.12.083.22.43.82.224.853.97配合物的累積穩(wěn)定常數(shù)值較大，也說明細(xì)胞表面與重金屬離子之間可能存在配合作用。結(jié)論微生物細(xì)胞表面的能量分析譜

苦味諾卡氏菌吸附Hg2＋微生物細(xì)胞表面的能量分析譜

苦味諾卡氏菌吸附Pb2＋離子交換機(jī)理

當(dāng)重金屬離子溶液加入到細(xì)菌懸液中時(shí)，重金屬被微生物體吸附到菌體表面，而微生物體內(nèi)的常見的離子K＋、Na＋、Mg2＋、Ca2＋有可能被置換下來，發(fā)生離子交換。草分枝桿菌吸附重金屬離子前后

K＋、Na＋、Mg2＋、Ca2＋離子含量變化ΔC(mg/L)K＋Na＋Mg2＋Ca2＋重金屬1-Hg+14.4+0.86+0.82+1.24-114.02-Pb+5.98+0.39+0.01+0.02-127.13-Cu+18.17+0.27+0.38+0.63-61.444-Zn+18.96+0.28+0.08+0.84-54.995-Ni+11.65+0.58+0.22+1.39-50.10ΔC(mg/L)＝C－C0其中:

C0為吸附前溶液中離子濃度(mg/L)；C為吸附后溶液中離子濃度(mg/L)苦味諾卡氏菌吸附重金屬離子前后

K＋、Na＋、Mg2＋、Ca2＋離子含量變化ΔC(mg/L)K＋Na＋Mg2＋Ca2＋重金屬1-Hg+15.65+1.302+0.758+0.921-180.02-Pb+16.71+0.214-0.0210.197-170.153-Cu+10.98+0.145+0.281+0.586-96.644-Zn+11.08+1.012+0.078+0.645-81.255-Ni+15.89+1.054+0.174+1.113-69.69ΔC(mg/L)＝C－C0其中:

C0為吸附前溶液中離子濃度(mg/L)；C為吸附后溶液中離子濃度(mg/L)試驗(yàn)結(jié)論有K＋、Na＋、Mg2＋、Ca2＋離子從細(xì)胞上被交換下來；但被交換下來的K＋、Na＋、Mg2＋、Ca2＋離子的量與重金屬離子的吸附量相比非常小，說明離子交換機(jī)理在吸附機(jī)理中占較次要的地位。K＋、Na＋、Mg2＋、Ca2＋從細(xì)胞上被交換下來有兩種可能：（1）與有機(jī)基團(tuán)鍵合的離子

nNaL+Hg2+＝[HgLn]-n+2+nNa+（2）游離存在的離子(物理吸附)與重金屬離子競爭吸附過程中被交換下來.酶促機(jī)理

細(xì)菌為了某一具體目的,

而需要一個(gè)特定金屬離子的時(shí)候，在酶的作用下，通過細(xì)胞內(nèi)的驅(qū)動(dòng)能量過程來富集金屬離子，這就是酶促反應(yīng)?；罹?？死菌？草分枝桿菌吸附重金屬后的活性情況（一）

（1）無菌培養(yǎng)基（2）接種了吸附Hg2＋后的菌草分枝桿菌吸附重金屬后的活性情況（二）

（3）接種了吸附Pb2＋后的菌（4）接種了吸附Cu2＋后的菌草分枝桿菌吸附重金屬后的活性情況（三）

（5）接種了吸附Zn2＋后的菌（6）接種了吸附Ni2＋后的菌草分枝桿菌吸附重金屬后的活性情況（四）

（7）接種了吸附高濃度（8）接種了吸附低濃度9）接種了吸附Cu2＋Hg2＋后的菌Hg2＋后的菌后的菌苦味諾卡氏菌吸附重金屬后的活性情況（一）

（1）無菌培養(yǎng)基（2）接種了吸附Hg2＋后的菌苦味諾卡氏菌吸附重金屬后的活性情況（二）

（3）接種了吸附Pb2＋后的菌（4）接種了吸附Cu2＋后的菌苦味諾卡氏菌吸附重金屬后的活性情況（三）

（5）接種了吸附Zn2＋后的菌（6）接種了吸附Ni2＋后的菌苦味諾卡氏菌吸附重金屬后的活性情況（四）

（7）接種了吸附致死（8）接種了吸附低濃度（9）接種了吸附濃度Hg2＋后的菌Hg2＋后的菌Zn2＋后的菌幾種金屬離子的生物功能

金屬功能金屬功能鎳加氫酶、水解酶鈉電荷載體、滲透壓平衡銅氧化酶、雙氧輸運(yùn)鈣結(jié)構(gòu)、觸發(fā)劑、電荷攜帶鋅結(jié)構(gòu)、水解酶鎂結(jié)構(gòu)、水解酶、異構(gòu)酶鉀電荷載體、滲透壓平衡鐵氧化酶、雙氧輸運(yùn)、電子轉(zhuǎn)移苦味諾卡氏菌死菌體的吸附特性

吸附率％Hg2＋

Pb2＋Cu2＋Zn2＋Ni2＋死菌體57.061.445.240.336.5活菌體57.261.248.842.633.1表3-1死活菌體的重金屬離子吸附率對比

草分枝桿菌死菌體的吸附特性

表4-1死活菌體的重金屬離子吸附率對比

吸附率％Hg2＋

Pb2＋Cu2＋Zn2＋Ni2＋死菌體90.282.372.562.150.9活菌體90.482.175.665.848.4試驗(yàn)結(jié)論從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，草分枝桿菌和苦味諾卡氏菌與重金屬離子的吸附過程中，細(xì)菌始終處于活性狀態(tài)，因此就不能排除細(xì)菌細(xì)胞中的酶參與吸附過程的反應(yīng)。細(xì)菌的新陳代謝過程需要部分金屬離子。細(xì)菌為了某一具體目的而需要一個(gè)特定金屬離子的時(shí)候，在酶的作用下，會(huì)通過細(xì)胞內(nèi)的驅(qū)動(dòng)能量過程來富集金屬離子。細(xì)胞內(nèi)金屬離子的濃度不能夠無限制地增加，這也限制了酶促反應(yīng)的進(jìn)行，這也決定酶促機(jī)理在吸附過程中，不會(huì)占有重要地位。結(jié)論細(xì)胞吸附重金屬離子的微觀過程模型

第一步在帶電細(xì)胞所產(chǎn)生的電場中，重金屬離子被吸引，促成了兩種微粒的接觸；這個(gè)過程是多分子層的物理吸附，存在解吸現(xiàn)象。帶正電的細(xì)菌與重金屬離子相遇

不帶電的細(xì)菌與重金屬離子相遇帶負(fù)電的細(xì)菌與重金屬離子相遇第二步到達(dá)細(xì)胞表面的重金屬離子被細(xì)胞表面的有機(jī)基團(tuán)“捕捉”到，以配合或螯合的形式被“抓住”。同時(shí)伴生離子置換、或酶促反應(yīng)，但這兩種反應(yīng)所占比例不大。這個(gè)過程是單分子層的化學(xué)吸附為主，細(xì)胞與重金屬離子結(jié)合很牢固，很難被解吸下來。

生物吸附是這兩個(gè)過程共同作用的結(jié)果。細(xì)胞吸附重金屬離子的微觀過程模型細(xì)胞吸附重金屬離子的機(jī)理示意圖肽聚糖層質(zhì)膜重金屬離子重金屬離子通過特殊通道在酶的作用下被輸運(yùn)進(jìn)細(xì)胞內(nèi)部細(xì)胞內(nèi)部細(xì)胞外部磷脂螯合的重金屬離子靜電吸附的重金屬離子六、重金屬的微生物吸附技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)研究一、啤酒酵母泥—吸附重金屬離子的吸附劑二、硅藻土

—微生物的吸附助濾劑啤酒酵母泥對重金屬離子吸附實(shí)驗(yàn)研究吸附時(shí)間對吸附效果的影響

Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+啤酒酵母泥對重金屬離子吸附實(shí)驗(yàn)研究溶液的pH值對吸附效果的影響

Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+啤酒酵母泥對重金屬離子的不同

初始濃度的吸附能力Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+重金屬離子初始濃度對吸附負(fù)載量的影響Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+吸附工藝啤酒酵母干燥生物吸附柱的制備

吸附柱(2)

吸附柱(3)

吸附柱(1)進(jìn)水出水出水其中:

(1)為一級處理柱(2)為二級處理柱(3)為換料備用二級處理柱

用廢棄的啤酒酵母泥吸附重金屬離子廢水，最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以回收重金屬離子。將吸附飽和的啤酒酵母泥焚燒，可得重金屬氧化物。將干燥的啤酒酵母顆粒填充在吸附柱中，以常規(guī)小型吸附柱：直徑0.6m、高1.2m為例，可填充干燥的啤酒酵母顆粒約150kg。根據(jù)第6.1.1節(jié)測定的啤酒酵母泥的吸附負(fù)載量最小Zn2+20.56mg/g，最大Hg2+88.80mg/g來計(jì)算，150kg干燥的啤酒酵母可處理含量為100mg/L的污水30.84～133.20噸廢水。經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益分析經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益分析

啤酒酵母泥是啤酒釀造車間的副產(chǎn)物，我國年產(chǎn)2000萬噸啤酒，大約有40萬噸廢棄酵母泥產(chǎn)生。其中2/3是主發(fā)酵酵母，這部分酵母質(zhì)量較好，雜質(zhì)少，少量用于回收作為菌種繼續(xù)使用；其余1/3是后酵酵母，在貯酒過程中酵母與其它少量雜質(zhì)如廢酒花糟、沉淀蛋白質(zhì)等共同沉淀于貯酒缸底，一般棄置不用，排放下水道而造成污染。如果將廢棄的啤酒酵母泥用做微生物吸附劑，不僅可以將廢棄資源再次利用，還降低了培養(yǎng)、分離細(xì)菌的成本。硅藻土—微生物的吸附助濾劑

微生物吸附重金屬技術(shù)中的固液分離研究采用硅藻土作為微生物與水體吸附－助濾劑。由此我們采用硅藻土作為微生物的吸附劑，系統(tǒng)研究了硅藻土與微生物的吸附情況。

硅藻土表面形態(tài)

(1)圓篩藻(2)小環(huán)藻放大倍數(shù)：8000圖中標(biāo)尺：2μm放大倍數(shù)：3500圖中標(biāo)尺：5μm

硅藻土對微生物吸附規(guī)律吸附時(shí)間與吸附效果的關(guān)系

硅藻土用量與吸附效果的關(guān)系

硅藻土對微生物吸附規(guī)律硅藻土對微生物吸附規(guī)律溶液初始pH與吸附效果的關(guān)系

硅藻土對微生物吸附規(guī)律吸附溫度與吸附效果的關(guān)系

活細(xì)菌吸附重金屬離子的靜態(tài)吸附工藝細(xì)菌培養(yǎng)菌體與培養(yǎng)基分離培養(yǎng)基回用生物吸附過程硅藻土助濾過濾機(jī)菌體含重金