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

二、吸附試驗材料和方法三、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：一般廢水中含六價鉻濃度在200mg/L以下，pH值為4~6。一、背景知識重金屬廢水來源（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，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，解決實際問題，提出了治理重金屬水污染的課題。急需解決的實際問題如今人們比以往任何時候都更加崇尚自然、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?！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：（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)用概況從上個世紀(jì)九十年代到現(xiàn)在，國內(nèi)外有關(guān)這個領(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+；*?；鄣热死梅巧L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驗室階段，在實用化和工業(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、吸附試驗材料和方法微生物培養(yǎng)方法微生物量的計量方法細(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方法吸附過程中常見離子的釋放試驗重金屬離子分析方法

試驗方法（1～13）吸附試驗方法金屬離子去除率Q計算方法微生物吸附負(fù)載量L計算方法細(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方法（1～13）三、試驗結(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期

對重金屬離子的吸附效果影響

吸附時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

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

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、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，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,

而需要一個特定金屬離子的時候，在酶的作用下，通過細(xì)胞內(nèi)的驅(qū)動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試驗結(jié)論從實驗結(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特定金屬離子的時候，在酶的作用下，會通過細(xì)胞內(nèi)的驅(qū)動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驗研究吸附時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驗研究溶液的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