死生物量吸附重金屬中文

1、生物吸附工業(yè)廢水中的重金屬通過(guò)反硝化嗜熱桿菌摘要反硝化嗜熱桿菌的金屬綁定能力使金屬脫離從達(dá)莫德?tīng)柡又?，印度被評(píng)估使用合成的金屬溶液和工業(yè)廢水。通過(guò)芽孢桿菌死生物量來(lái)判斷生物吸附對(duì)于人工配制的金屬溶液含量?jī)?yōu)先順序是Fe3+ > Cr3+ > Co2 +> Cu2+ > Zn2+ > Cd2+ > Ag+ > Pb2+。它們?cè)贔e+3 (91.31%)，Cr+3 (80.80%), Co+2 (79.71%), Cu+2 (57.14%), Zn+2 (55.14%), Cd+2 (49.02%), Ag+ (43.25%) and Pb+2 (36.86

2、%)濃度下在不同的PH下減少（720min），這個(gè)應(yīng)用在工業(yè)廢水中優(yōu)先吸附的順序是Fe+3 > Cr+3 > Cd+2 > Pb+2 > Cu+2 > Co+2 > Zn+2 > Ag+。濃度減少了43.94%，Cr+3減少了39.2%，Cd+2減少了35.88%，Pb+2減少了18.22%，Cu+2減少了13.03%，Co+2減少了11.43%，Zn+減少了9.02%，Ag減少了7.65%在溶液中120min。1.引言水是一種寶貴的資源，它在全球需求增加但也伴隨著大量的污染來(lái)源。行業(yè)如采礦、鋼鐵和電鍍、排放水廢水含有相對(duì)高濃度的重金屬如銀、鎘、銅、鈷

3、、鉻、鋅、鐵和鉛。從這些生產(chǎn)過(guò)程中未經(jīng)處理的廢水對(duì)環(huán)境有不利影響和我們有必要進(jìn)行補(bǔ)救。 廣泛的地質(zhì)因素，如硫沉積、全球氣候變化等人為修飾符像酸洗液的金屬電鍍行業(yè)，其他加熱排放、河岸植被的減少、河流等熱環(huán)境的影響造成溶解金屬的濃度增加。物理和化學(xué)方法可用于去除金屬離子的工業(yè)廢水，但這些都在商業(yè)上不可行，因?yàn)楦甙旱倪\(yùn)營(yíng)成本或困難的治理產(chǎn)生的固體廢物。生物吸附，生物沉淀，和通過(guò)生物聚合物吸收、凈化從微生物細(xì)胞提供替代清潔工業(yè)廢水的方法。各種生物材料已經(jīng)檢查了他們生物吸附屬性和不同類型的生物量表現(xiàn)出足夠高的金屬吸收水平值得進(jìn)一步研究。除了這些生物吸附，利用各種農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品如甜菜漿、麥麩、甘蔗蔗渣和天然材

4、料包括真菌、藻類和酵母。各種天然細(xì)菌表現(xiàn)出高的金屬綁定能力。完整的微生物細(xì)胞生存或死亡他們的產(chǎn)品可以有效在生物體內(nèi)累積都具有可溶性，形成顆粒形式的金屬。 各種微生物物種屬桿菌已被證明是有效的在生物體內(nèi)積累的鉻、鐵、銅和其他金屬離子污染廢水中固定化細(xì)胞和動(dòng)員狀態(tài)。嗜熱反硝化桿菌可以脫氮硝酸鹽氮(氣)。它以前被認(rèn)為屬于菌種B 嗜熱鏈球菌，現(xiàn)在是G嗜熱鏈球菌。本研究的目的是建立G嗜熱反硝化桿菌的生物吸附和清除有毒金屬的能力在水溶液中通過(guò)成批處理系統(tǒng)。2.材料與方法2.1樣品收集點(diǎn)Damodar河是西孟加拉邦一個(gè)重要的河流，為印度及其支流提供各種各樣的用途包括飲酒、娛樂(lè)、農(nóng)業(yè)和工業(yè)。XX點(diǎn)是一個(gè)重要的

5、點(diǎn)源污染物，在那里主要是一些鋼鐵行業(yè)的未經(jīng)處理的污水，鑄鐵廠和電鍍行業(yè)排放污水到Damodar河。由于凈化系統(tǒng)的低效率，浪費(fèi)水會(huì)變得嚴(yán)重的危險(xiǎn)，導(dǎo)致有毒的金屬離子的積累在接收水體在生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重后果。有一些重要參數(shù)的影響河流水質(zhì)。以前的文獻(xiàn)表明，河的點(diǎn)源Kalajharia 的Damodar河具有很高的污染和一些參數(shù)指示如表一2.2水樣采集抽樣的河水是來(lái)自XX工業(yè)排水口。在靜止的水平面15cm以下，一式三份和混合得到混合樣品。水儲(chǔ)存在2L容量的高檔塑料瓶中。存于冰箱，把所有的樣品瓶都存儲(chǔ)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。微生物分析，500毫升的水樣本取自選定站點(diǎn)使用無(wú)菌技術(shù)和存儲(chǔ)在無(wú)菌Whirlpak類型標(biāo)

6、準(zhǔn)收集和存儲(chǔ)后密封塑料袋。所有微生物分析都是遵守?zé)o菌操作。2.3從工業(yè)廢水分離菌株樣品被接種在營(yíng)養(yǎng)肉湯和培養(yǎng)在65C 48 h。增長(zhǎng)的最佳溫度和pH值分別為65C和 6.5。獲得純培養(yǎng)物通過(guò)單菌落的隔離在營(yíng)養(yǎng)瓊脂中，進(jìn)一步純化通過(guò)重復(fù)上述步驟在瓊脂板上劃紋。分離出30份菌落，觀察他們的形態(tài)特征和用斜面培養(yǎng)法在4C直到進(jìn)一步識(shí)別實(shí)驗(yàn)再使用。2.4被隔離的菌株的表征分離菌株通過(guò)其形態(tài)特征，細(xì)胞生長(zhǎng)在65C 的LB培養(yǎng)基介質(zhì)里培養(yǎng)(mLB)。在4、12、24、48小時(shí)間隔分別采樣。細(xì)菌的生產(chǎn)監(jiān)控通過(guò)分光光度計(jì)量，通過(guò)測(cè)量吸光度是600nm。xx和xx的對(duì)菌株的進(jìn)行了鑒定和表征。結(jié)果被解釋使用系統(tǒng)細(xì)菌

7、學(xué)Bergey手冊(cè)。鑒定結(jié)果被證實(shí)通過(guò)微生物技術(shù)研究所(IMTECH)。2.5制備了G的嗜熱反硝化桿菌死生物量.分離菌株接種到100毫升mLB在500毫升錐形燒瓶和孵化瓶在100 rpm 48 h 65C。細(xì)胞生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期后期，由離心收獲(雷米、印度)在9000 rpm 30分鐘4C和結(jié)團(tuán)用去離子水清洗三次。死細(xì)胞懸濁液的生物量濃度測(cè)定通過(guò)一個(gè)干燥可以稱重的鋁箔容器中將樣品取整在80C。2.6 評(píng)估重金屬的吸收從人工合成的金屬溶液通過(guò)G嗜熱反硝化死生物量。2.6.1制備人工的金屬溶液. 人工合成的金屬溶液分別由稀釋硫酸鉻(III)的1000 mg/L，鐵(III)氯化銅(II)硫酸、氯化鎘(II

8、)、硝酸銀(I)、鋅(II)硫酸、硝酸鈷(II)和硝酸鉛(2)溶液與去離子水所需的濃度范圍25到175 mg/L。初始濃度的金屬溶液和樣品生物吸附處理后測(cè)定使用原子吸收分光光度法(AAS、PerkinElmer模型2360)。2.6.2最佳PH的確定為了確定最佳pH值不同金屬離子的生物吸附的細(xì)菌，50毫克的死亡生物的G嗜熱反硝化細(xì)菌被用于包含不同金屬離子的水溶液與不同的pH值(175毫克/升)，PH從3至9，720分鐘在旋轉(zhuǎn)瓶(100 rpm)。溶液的pH值通過(guò)使用0.1N鹽酸和0.1N氫氧化鈉調(diào)整適當(dāng)?shù)腜H值在混合微生物之前。然后，進(jìn)行了必要的分析。2.6.3分批生物吸附研究實(shí)驗(yàn)用8不同金屬

9、離子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)在8個(gè)不同的時(shí)間。每一個(gè)金屬離子分別控制不同濃度從0mg / L、25mg / L、50mg / L、75mg / L、100mg / L、125mg / L、150mg / L和175 mg / L在錐形的玻璃瓶(150毫升)和混合著死亡50毫克的生物質(zhì)G嗜熱反硝化桿菌與最佳pH值為各種接觸時(shí)間(0、60、120、120、180和720分鐘)65±1C和最后搖動(dòng)720分鐘旋轉(zhuǎn)瓶。沒(méi)有微生物的控制測(cè)試每個(gè)樣本同時(shí)進(jìn)行避免混淆生物吸附和可能的金屬沉淀。這些實(shí)驗(yàn)都是一式三份為每個(gè)金屬離子。樣品最后被篩選通過(guò)14-網(wǎng)眼的英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)篩(BSS)并存儲(chǔ)在塑料瓶4C來(lái)減少存儲(chǔ)樣品被蒸發(fā)

10、的風(fēng)險(xiǎn)。2.6.4金屬吸附量不同濃度用來(lái)生物吸附的金屬離子使用50毫克的G嗜熱反硝化桿菌的死亡生物量在本研究進(jìn)行25毫升的每個(gè)金屬溶液。溶液濃度變化從25到175 mg / L和搖動(dòng)(100 rpm)瓶720分鐘超過(guò)足夠的吸附平衡時(shí)間。定期采集確定它們最后的金屬離子溶液的濃度。用平衡方程計(jì)算金屬吸附量(q)(Eq(1)。 (1)q是每克死生物質(zhì)的吸附金屬離子吸附量(毫克/克)；Ci是初始濃度(毫克/升)；Cf是吸附后的濃度(毫克/升)；V是瓶?jī)?nèi)金屬溶液體積(mL)；m是生物吸附劑的重量(g)。實(shí)驗(yàn)一式三份完成每個(gè)并排金屬離子和平均值用于這項(xiàng)研究。樣本后適當(dāng)?shù)姆趸瘯r(shí)間分析了不同金屬離子的濃度用原

11、子吸收分光光度法。朗繆爾吸附等溫線和弗33一般用于模型生物吸附研究基于金屬濃度。朗繆爾方程給出(2) 朗繆爾方程轉(zhuǎn)換到線性化形式(3) 其中qe是金屬離子吸附量(毫克/克)；Ce是金屬離子的溶液的平衡濃度的(mg / L)；qmax是最大數(shù)量的生物吸附劑吸附金屬離子的量 (毫克/克)，KL是朗繆爾常數(shù)(L /毫克)。弗方程描述溶質(zhì)的吸附是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系從液體到固體表面。該模型的一般形式為(4) 這可以通過(guò)雙方采取對(duì)數(shù)線性化方程為: （5）Kf和1/n是弗常數(shù)。2.7通過(guò)死生物量評(píng)估工業(yè)廢水重金屬吸附量2.7.1樣本收集來(lái)自工業(yè)廢水水樣收集的方法如2.2節(jié)所述的一樣。2.7.2金屬生物吸附研究生物

12、吸附實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一式三份的pH值6.5(抽樣工業(yè)廢水的pH值)和接觸時(shí)間120分鐘服用25毫升的工業(yè)廢水樣品50毫克的G嗜熱反硝化桿菌的死生物物質(zhì)。遵循同樣的2.6.4方法中描述的部分。2.8統(tǒng)計(jì)分析獲得的數(shù)據(jù)在不同金屬的吸附在不同的時(shí)間間隔，通過(guò)細(xì)菌G.嗜熱反硝化桿菌受到事后圖基測(cè)試分析金屬之間的吸附率的差異。統(tǒng)計(jì)分析是使用SPSS 10版本軟件完成的。3.1 菌株的隔離性三十種形態(tài)學(xué)不同的金屬耐受力強(qiáng)的細(xì)菌菌株被篩選從研究現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)金屬耐受限度（數(shù)據(jù)沒(méi)有顯示）。隔離的殖生地的頻率和他們的形態(tài)學(xué)屬性被總結(jié)在表2. 所有的隔離群。最常見(jiàn)的菌株中分離細(xì)菌進(jìn)行選擇和編碼BAC-1 (13.33%),

13、BAC-2 (33.33%),BAC-6 (6.66%), BAC-7 (6.66%), BAC-8 (10.00%) 和 BAC-9 (20.00%).他們中只有(BAC-2)可能容忍不同重金屬的高濃度聚合物。3.2 隔離的菌株的識(shí)別和描述隔離的BAC-2是桿狀的、能動(dòng)的、內(nèi)生孢子組成、革蘭氏陽(yáng)性、厭氧細(xì)菌，被確認(rèn)為G。形態(tài)和生理特征和生化資料顯示，殖生地是不規(guī)則的、平面的; 邊緣是根狀的和顏色是白色。細(xì)胞革蘭氏陽(yáng)性棒2.5-5.0米長(zhǎng)橢圓形孢子在末端和成長(zhǎng)在35 - 73 C pH值在5 9、 2 - 4%氯化鈉降低硝酸鹽氮?dú)怏w; 在厭氧條件下。它能夠利用葡萄糖、果糖、半乳糖、麥芽糖、甘露

14、糖、纖維二糖、等作為唯一碳源。在這種壓力下可以與過(guò)氧化氫酶和氧化酶積極的反應(yīng)和消極地與吲哚,甲基紅和Voges-Proskauer進(jìn)行試驗(yàn)。淀粉、明膠。此類型菌株已存入微生物類型培養(yǎng)物儲(chǔ)存。編號(hào)MTCC 8341. 3.3重金屬的吸附合成金屬溶液通過(guò)G死的生物量3.3.1 .PH的影響圖1顯示了pH值對(duì)不同金屬的吸附的影響通過(guò)G反硝化嗜熱桿菌死去的生物量。分析了吸附容量(q)在pH值范圍3.0-9.0。很明顯從金屬吸附的結(jié)果來(lái)看pH值的曲線函數(shù)可以得出。隨著pH值的增加從3.0到9.0，所有的重金屬吸附容量從最初開(kāi)始增加。在我們的實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)死去G的生物量來(lái)反應(yīng)金屬吸附。反硝化嗜熱桿菌對(duì)PH非

15、常敏感，最大的吸附作用分別是在6.5for Fe+3 , 7.0 for Cr+3, 4.5 for Co+2, 7.5 for Cu+2, 5.0 for Zn+2, 6.0 for Cd+2, 7.5 for Ag+ and 4.5 for Pb+2實(shí)驗(yàn)之外的最佳pH值對(duì)不同金屬?zèng)]有攜帶的金屬沉淀在pH值高于最適pH值。不同金屬最大吸附能力(mg/g)順利通過(guò)G反硝化嗜熱桿菌的死生物量是79.9 mg/g for Fe+3 (at pH 6.5) > 70.7 mg/g for Cr+3(at pH 7.0) > 69.76 mg/g for Co+2 (at pH 4.5)

16、> 50.0 mg/g for Cu+2 (atpH 7.5) > 48.26 mg/g for Zn+2 (at pH 5.0) > 42.9 mg/g for Cd+2 (at pH6.0) > 37.86 mg/g for Ag+ (at pH 7.5) > 32.26 mg/g for Pb+2 (at pH4.5). pH值是生物吸附效率的主要因素之一通過(guò)不同的生物體(39-44)。不同的pH值綁定配置文件對(duì)不同金屬離子的性質(zhì)是由于金屬與細(xì)菌細(xì)胞的化學(xué)相互作用。溶液pH值的影響細(xì)胞表面金屬吸附位點(diǎn)，這些離子與細(xì)菌的相互作用可能主要是靜電。pH值影響生物細(xì)

17、胞(特別是革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌)的表面負(fù)電荷的網(wǎng)狀物和化學(xué)的墻壁，以及物理化學(xué)和金屬的水解。3.3.2 最初的金屬濃度的影響溶液pH值的影響細(xì)胞表面金屬吸附位點(diǎn)，這些離子與細(xì)菌的相互作用可能主要是靜電。pH值影響生物細(xì)胞(特別是革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌)的表面負(fù)電荷的網(wǎng)狀物和化學(xué)的墻壁，以及物理化學(xué)和金屬的水解。金屬吸附的增強(qiáng)可能是由于靜電相互作用的增加，涉及的位點(diǎn)逐步降低金屬離子的親和力。Macaskie和Strandberg 等人。49提供的詳細(xì)描述金屬微生物相互作用機(jī)制。Tobin等表明，離子有一個(gè)較小的離子半徑可以更迅速地吸附到吸附劑的一個(gè)固定的領(lǐng)域。目前的研究表明，在單一金屬溶液的生物吸附Fe+ 3

18、比其他金屬多通過(guò)生物量。離子半徑的鐵+ 3(73.8點(diǎn))是最小的，其他分別為Cr+3 (75.5 pm), Co+2 (83.8 pm), Cu+2 (87 pm),Zn+2 (88 pm), Cd+2 (109 pm), Ag+ (129 pm) and Pb+2 (133 pm). 基于離子半徑生物吸附Fe3+更高其次是其他金屬。xx和xx等人的朗格繆爾（圖3)和弗蘭德里希 (圖4)吸附等溫式用于模型基于金屬離子濃度的生物吸附研究。朗繆爾模型擬合Cu+ 2和Zn+ 2最好的模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，弗蘭德里希作為代表常量的值和R2(表3)3.4 吸附重金屬的工業(yè)廢水通過(guò)G.嗜熱反硝化桿菌的死生物量微生物金屬非生物細(xì)胞所吸收，這是新陳代謝被動(dòng)綁定細(xì)胞壁(吸附),和其他外部表面，通常被認(rèn)為是一個(gè)快速的過(guò)程，發(fā)生在幾分鐘內(nèi)。G的生物質(zhì)吸收鐵(III)離子從工業(yè)廢水更容易比其他離子在120分鐘(圖5)。實(shí)驗(yàn)表明，吸附平衡達(dá)到更快的工業(yè)廢水樣品(120分鐘)相比，合成金屬溶液(720分鐘)使用同一生物吸附劑。 這可能是由于合成金屬離子的存在在工業(yè)廢水中21。從工業(yè)廢水吸附百分比是按照以下順序: F