（环境工程专业论文）白腐真菌胞外聚合物的产量、组分及其对菌体吸附铅的机理研究.pdf

1 b y w a n gl i a n g b e ( u n i v e r s i t yo fs o u t hc h i n a ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g l n e n v i r o n m e n t a le n g e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r a s s o c i a t ep r o f e s s o rc h e n g u i q i u n o v e m b e r ，2 0 1 0 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 王 日期：州口年肛月8 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密硇。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名： 土劬 、童 导师签名：了尔t 乞秋 日期：加j o 年2 月占 日 日期： 矽o 年2 月8 日 i 白腐真菌胞外聚合物的产量、组分及其对菌体吸附铅的机理研究 摘要 由于白腐真菌对异生物质的独特降解能力，研究者们对其与重金属的相互 作用规律的研究正成为新的热点。由糖类和蛋白质组成的白腐真菌胞外聚合物 ( e p s ) ，在废水重金属处理过程中发挥了重要的作用。目前尚未关于白腐真 菌胞外聚合物的产量、组成及其对菌体吸附铅微观机理的研究报道。本论文研 究了不同培养基条件下，白腐真菌( p h a n e r o c h a e t ec h r y s o s p o r i u m ) 菌体对铅的 吸附影响，从而获得最适宜的培养基和e p s 提取方法；并研究胞外聚合物产量， 分析其组成；最后通过电镜、红外等技术手段探索白腐真菌菌体吸附p b 2 + 的微 观机理。 通过比较铅离子存在下，不同培养基对白腐真菌的生长影响。发现采用土 豆培养基能够获得更多的白腐真菌菌丝球。铅离子的抑制作用影响了白腐真菌 菌体的正常生长。利用土豆培养基，最佳培养时间为7 8 h ，吸附效率和吸附量 分别为6 0 和16 2 3 m g g ；而采用葡萄糖培养基，吸附效率和吸附量分别为3 7 和11 9 3 5 m g g 。两种培养基培养下，白腐真菌对铅的胞外吸附量均较小。 通过优化培养基和e p s 提取方法，研究了白腐真菌生长过程中的生物量干 重和e p s 产量变化规律。结果表明白腐真菌e p s 的分泌与其生长有着非常紧密的 联系。培养1 1 3 h 后，获得最大的生物量干重1 6 1 2 9 l 和e p s 产量1 2 5 5 m g l 。糖 类和蛋白质占7 8 以上。白腐真菌提取e p s 后，菌体对铅的吸附量明显降低， 幅度在2 1 2 - 7 7 3 m g g 之间。利用带能谱仪的环境扫描电镜( e s e m e d x ) 表征 e p s 提取前后及铅吸附前后自腐真菌菌体表面变化，发现菌体表面结构发生了 显著改变。在菌体吸附p b 2 + 后，茵体表面产生了大量微米级的球状含p b 颗粒物。 傅立叶红外变换光谱( f t i r ) 表明在吸附铅的过程中，菌体胞外的o h 起着主要 的吸附作用。 以上研究表明，通过适宜的培养基和提取方法，能够获得大量的白腐真菌 e p s 。白腐真菌能够利用e p s 所含的蛋白质类物质，形成微米级含p b 颗粒物，固 定p b 2 + ，提高对铅离子的耐受性。此研究对进一步深入探讨重金属生物吸附机 制具有重要意义。 关键词：白腐真菌；胞外聚合物；培养基；提取；生物吸附；p b ；球状颗粒 i l 硕士学位论文 a bs t r a c t b e c a u s ew h i t e r o t f u n g ih a v et h eu n i q u ea b i l i t yi nt h ed e g r a d a t i o nt h e x e n o b i o t i c s ，m a k i n gc l e a ri t si n t e r a c t i o n sw i t hh e a v ym e t a l si sb e c o m i n gan e w h o t s p o t d u r i n g h e a v y m e t a lw a s t e w a t e r t r e a t i n gp r o c e s s ，t h e e x t r a c e l l u l a r p o l y m e r i cs u b s t a n c e so nt h ec e l ls u r f a c e s ，w h i c hc o n t a i n e ds u g a ra n dp r o t e i n ， p l a y ea ni m p o r t a n tr o l e io nt h ei o n sa b s o r p t i o n t h e r ew a sn or e p o r ta b o u tt h ee p s y i e l d ，c o m p o s i t i o na n dm i c r o m e c h a n i s m so fp b 什b i o s o r p t i o n i nt h i sa r t i c l e ， e x t r a c e l l u l a rb i o s o r p t i o nc a p a c i t yw e r es t u d i e du n d e rd i f f e r e n tc u l t u r em e d i u m si n o r d e rt og e tt h em o s ta p p r o p r i a t em e d i u ma n de p se x t r a c t i o nm e t h o d s t h ey i e l d a n dc o m p o s i t i o no fe p sw e r ea n a l y s i s e d t h e i rm i c r om e c h a n i s m so nl e a d a b s o r p t i o nw e r ei n v e s t i g a t e du s i n gs e ma n df t i rt e c h n o l o g i e s m o r ew h i t e r o tf u n g ib i o m a s sc a nb eg o ti np a t a t oc u l t u r em e d i u mt h a no t h e r s t h eg r o w t ho fb i o m a s sw a sa f f e c t e db yp b z 十u n d e rp a t a t om e d i u m ，t h eb e s tc u l t u r e t i m ew a s7 8 ha n dt h ea d s o r p t i o ne f f i c i e n c ya n da d s o r p t i o nc a p a c i t yw e r e6 0 a n d 16 2 3 m g g u n d e r g l u c o s em e d i u m ，t h ev a l u e s w e r e37 a n d1 19 35 m g g r e s p e c t i v e l y t h ee x t r a c e l l u l a rb i o s o r p t i o nc a p a c i t yw a sl i t t l ew i t ht w om e d i u m s d r yc e l lw e i g h ta n de p sy i e l dw e r ed e t e r m i n e db yo p t i m i z i n gt h ec u l t u r e m e d i u ma n de p se x t r a c t i o nm e t h o d s r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ee p ss e c r e t i o nh a d c l o s el i n k sw i t ht h eg r o w t ho fw h i t e r o tf u n g i a t113 h ，t h em a x i m u my i e l do fe p s a n dd r yc e l lw e i g h tw e r e12 5 5 m g la n d1 612 9 lr e s p e c t i v e l y , w h i c hc o n t a i n e d m o r et h a n7 8 o f s u g a ra n dp r o t e i n t h ec o n t r o lt e s tr e s u l t sa f t e re p se x t r a c t i o n d i s p l a y e d ad e c r e a s eo f b i o s o r p t i o nc a p a c i t yo fp b 计a m o n g2 12 - 7 7 3 m g g t h er e s u l t so fe n v i r o n m e n t s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ( e s e m ) s h o w e dt h a tt h ec e l lw a l l so fw h i t e r o tf u n g i h a dr e m a r k a b l ec h a n g e sa f t e re p se x t r a c t i o n a f t e rp b 计b i o s o r p t i o n ，m a n ym i c r o n w e l l r e g u l a t e dp b p r o t e i nb a l lp a r t i c l e sw e r eo b s e r v e dw h i c ha d h e r e dt ot h e s u r f a c eo fc e l lw a l l r e s u l t so ff o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o s c o p y ( f t i r ) o n u n l o a d e da n dl e a d l o a d e dc e l l sd e m o n s t r a t e dt h a t h y d r o x y lg r o u po nc e l l w a l l s u r f a c es e e m e dt ob et h em a i nb i n d i n gs i t e s a l ls t u d i e sa b o v ei n d i c a t e dt h a te p so fw h i t e r o t f u n g ic a nb eo b t a i n e d t h r o u g ha p p r o p r i a t ec u l t u r ec o n d i t i o n sa n de x t r a c t i o nm e t h o d s t h ew h i t e r o t f u n g ic a ni n c r e a s et h et o l e r a n c et op b 2 + b yf o r m a t i o no fm i c r o np a r t i c l e sw i t ht h e i i i 叫 一 白腐真菌胞外聚合物的产量、组分及其对菌体吸附铅的机理研究 e p sw h i c hc o n t a i n e dp r o t e i n i tw a s v e r yu s e f u lf o rf u r t h e rs t u d yo nh e a v ym e t a l b i o s o r p t i o nm e c h a n i s m k e yw o r d s ：w h i t e r o tf u n g i ；e x t r a c e l l u l a rp o l y m e r i cs u b s t a n c e s ( e p s ) ；c u l t u r e m e d i u m ；e x t r a c t i o n ；b i o s o r p t i o n ；l e a d ；p a r t i c l e i v 硕士学位论文 目录 学位论文原创性声明i 学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 目录v 插图索引一v i i i 附表索引i x 第1 章绪论_ 1 1 1 重金属废水污染与处理技术概述_ l 1 1 1重金属废水污染的来源及种类1 1 1 2 重金属废水污染的特点、危害2 1 1 3 重金属废水的传统处理技术4 1 1 4 处理重金属废水的吸附技术5 1 1 5 其他处理重金属废水新技术1 l 1 2 真菌胞外聚合物的研究进展1 5 1 2 1真菌胞外聚合物的提取方法及产量影响因素16 1 2 2 真菌胞外聚合物的组成和结构1 7 1 3 真菌胞外聚合物与重金属的作用机制研究进展18 1 3 1真菌胞外聚合物与重金属的吸附和络合机制18 1 3 2 真菌胞外聚合物与重金属的胞外草酸盐微沉淀机制2 0 1 3 3真菌胞外聚合物与重金属的胞外还原机制2 1 1 4 本研究的内容及意义2 2 第2 章培养基类型对白腐真菌活菌体吸附铅的影响2 4 2 1 前言2 4 2 1 1 传代培养保藏法2 4 2 1 2 液体石蜡覆盖保藏法2 5 2 1 3 载体保藏法2 5 2 1 4 寄主保藏法2 6 v 白腐真菌胞外聚合物的产量、组分及其对菌体吸附铅的机理研究 2 1 5 冷冻保藏法2 6 2 1 6 冷冻干燥保藏法2 7 2 2 实验用菌种保藏2 7 2 3 菌种活化2 8 2 4 材料与方法2 8 2 4 1主要设备2 8 2 4 2 主要材料2 8 2 4 3 培养基2 9 2 4 4 实验方法2 9 2 5 结果与分析3 0 2 5 1 不同液体培养基中的黄孢原毛平革菌生长形态3 0 2 5 2土豆培养基对黄孢原毛平革茵活菌体吸附铅的影响3 1 2 5 3 土豆培养基对黄孢原毛平革菌胞外吸附铅的影响3 2 2 5 4葡萄糖培养基对黄孢原毛平革菌活菌体吸附铅的影响3 4 2 5 5 葡萄糖培养基对黄孢原毛平革菌胞外吸附铅的影响3 5 2 6 讨论3 6 2 7 结论3 7 第3 章自腐真菌胞外聚合物的产量与组成研究3 8 3 1 前言3 8 3 2 试验材料与方法3 9 3 2 1 主要设备3 9 3 2 2 主要材料3 9 3 2 3 培养基3 9 3 2 4 实验方法4 0 3 3 结果与分析4 0 3 3 1白腐真菌的生长与e p s 产量4 0 3 3 2 白腐真菌胞外聚合物组成性质一4 1 3 4 讨论4 3 3 5 结论4 4 第4 章白腐真菌胞外聚合物对菌体吸附铅的影响4 5 4 1 前言4 5 4 2 材料与方法4 5 4 2 1 主要设备4 5 4 2 2主要材料4 5 v i 硕十学位论文 4 2 3培养基4 6 4 2 4 实验方法4 6 4 3 结果与分析4 6 4 3 1白腐真菌胞外聚合物对生物吸附量的影响4 6 4 3 2白腐真菌胞外聚合物对菌体表面的影响4 7 4 3 3铅浓度对菌体表面胞外聚合物成球的影响4 9 4 3 4白腐真菌吸附铅的红外机理5 0 4 4 讨论5 2 4 5 结论5 2 第5 章结论与展望5 3 5 1 结论5 3 5 2 展望5 3 参考文献一5 5 致谢6 9 附录a攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录7 0 附录b攻读硕士学位期间所申请国家发明专利目录7 1 v l i 自腐真菌胞外聚合物的产量、组分及其对菌体吸附铅的机理研究 插图索引 图1 1 水合t i 0 2 对c u ( i i ) 的吸附机理9 图1 。2 聚合物强化超滤技术( p s u ) 技术机理1 2 图1 3 电渗析机理1 3 图1 4 电渗析修复污泥中镉污染原理1 4 图1 5t i 0 2 光催化降解污染物反应通道1 4 图1 6 柑橘葡萄座腔真菌胞外多糖链式结构18 图1 7 脉射菌pr a d i a t a 形成的草酸盐晶体图2 l 图1 8 黄孢原毛平革菌菌丝体表面a g 纳米颗粒2 2 图1 9 蛋白质层包裹的银纳米颗粒电镜图及示意图2 2 图2 1 不同液体培养基中黄孢原毛平革菌的生长形态3 1 图2 2 培养时间对吸附效率的影响 3 2 图2 3 培养时间对吸附量的影响3 2 图2 4 生物吸附的胞外吸附模型3 3 图2 5 培养时间对胞外吸附量的影响3 4 图2 6 培养时间对吸附效率的影响3 5 图2 7 培养时间对吸附量的影响3 5 图2 8 培养时间对胞外吸附量的影响3 6 图3 1d c w 和e p s 量随着培养时间的变化4 1 图3 2e p s 中糖类和蛋白质含量随培养时间的变化4 2 图3 3 总糖浓度标准曲线4 3 图2 4 蛋白质浓度标准曲线4 3 图4 1 白腐真菌e p s 与其吸附p b 的关系4 7 图4 2 菌丝球环境电镜扫描图4 8 图4 3 区域a 、b 和颗粒c 、d 的x 射线光散射能谱图4 9 图4 4 不同铅浓度下的菌丝球环境扫描电镜图5 0 图4 5 吸附前红外光谱图5 0 图4 6 吸附前红外光谱图5 l v i l l 硕士学位论文 附表索引 表1 1 废水排放重金属浓度国家标准1 表1 2 危险重金属最高污染物水平标准3 表1 3 细菌生物吸附剂吸附重金属的吸附容量6 表1 4 真菌生物吸附剂吸附重金属的吸附容量7 表1 5 藻类生物吸附剂吸附重金属的吸附容量8 表1 6e p s 提取方法比较1 6 表1 7 不同培养时间内，冬虫夏草e p s 主要组分含量18 表1 8 真菌胞外吸附主要作用官能团2 0 表2 1 培养基中的孢子悬液数和培养基体积数3 0 表2 2 土豆液体培养基中培养时间对吸附率和吸附量的影响3 l 表2 3 土豆液体培养基中培养时间对胞外吸附量的影响3 3 表2 4 普通液体培养基中培养时间对吸附率和吸附量的影响3 4 表2 5 土豆液体培养基中培养时间对胞外吸附量的影响3 6 表3 1 黄孢原毛平革菌的生长状况4 1 表4 1 元素组成变化4 9 i x 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1重金属废水污染与处理技术概述 1 1 1重金属废水污染的来源及种类 重金属废水污染源可分为天然污染源和人为污染源两类。前者包括岩石风 化、土壤侵蚀和火山活动等、然后通过雨雪洗刷、表面径流等进入水体；后者 包括采矿行业、冶炼行业、化工行业等废水的不达标排放等人为因素。根据国 家的相关排放标准，各重金属排放浓度如表1 1 所示。 表1 1 废水排放重金属浓度国家标准 大多数情况下，天然存在的重金属水平对水体环境并不具有任何危险、也 不会危害水生生物。由重金属或其化合物引起的的水环境重金属污染，主要是 由人为因素等造成的。产生含重金属离子工业废水的企业来自不同行业，主要 包括机械加工业、矿产开采业、钢铁及其他有色金属的冶炼如铜、铅、锌等， 以及部分化工企业。 机械加工企业的废水主要来自各自机械加工工厂的酸洗车间，电镀车间、 电泳车间等。危害性较大的机械工业废水主要是含铅废水以及电镀废水。含铅 废水主要来自铅蓄电池制造厂，以及铅蓄电池维修站、废电池回收站、电瓶车 库等的生产排水。另外，电镀车间镀铅、电泳涂漆中的染料和烧制铅玻璃等过 程中的排水也会有少量的铅或者铅离子。电镀废水的水质、水量与电镀生产的 工艺、生产负荷、操作管理以及用水方式等因素相关。电镀及各种金属表面保 护应用过程( 电镀、化学沉积、转化涂层、阳极氧化清洁、铣、蚀刻) 中产生 的废水中，含有大量重金属，如镉、锌、铅、铬、镍、铜、钒、铂、银和钛【l 】。 矿山和有色金属行业，在采矿与冶炼过程中需要耗用大量的水，而我国由 于技术的限制，每吨产品所需要的新鲜水耗远远大于欧美等发达国家。有色金 白腐真菌胞外聚合物的产量、组分及其对菌体吸附铅的机理研究 属采选或冶炼排水中含有的重金属离子成分复杂，这是因为大多数的有色金属 和矿石有伴生元素的存在，所以在废水中一般含有汞、镉、砷、铅、铍、铜、 锌、氟、氰等。这些污染成分排放到环境中去只能改变形态或被转移、稀释、 积累，却不能降解，因而危害较大。有色冶金排放的废水中尽管重金属离子的 浓度较低，但是废水量巨大，因此向环境排放的绝对量较大。 其他行业虽然不是重金属离子工业废水的主要来源，但也有排放重金属废 水的可能。如化工行业在生产合成无机盐类时会有含重金属的废水的排放，其 排放废水量虽然不大，但排放浓度高，品种多，处理比较复杂。 此外，印刷电路板的制造、木材加工行业中的防腐、无机颜料制造生产、 化工工艺中催化剂的使用等也会产生含重金属的废水。 1 1 2重金属废水污染的特点、危害 1 1 2 1重金属废水污染的特点 重金属废水污染主要有以下特点： ( 1 ) 天然水环境中的微量重金属离子就可能产生毒性效应。重金属产生毒性 大小的浓度范围取决于该重金属的性质( 如价态、形态等) ，如汞、镉产生毒性 的浓度范围是o 0 0 1 o o l m g l ，六价铬的毒性将近三价铬的1 0 0 0 倍。 ( 2 ) 微生物不仅不能降解重金属，相反地某些重金属元素可在微生物作用下 转化为重金属有机化合物，产生更大的毒性。例如，厌氧菌甲烷形成菌 ( m e t h a n o e n i co m e l i a ) 在以合成的甲基钴氨素作为甲基供体，在有三磷酸腺苷 ( a t p ) 和中等还原剂的条件下能把无机汞转化成毒性更大的甲基汞或二甲基 汞，与此同时甲基钴氨素转化成羟基钻氨素。 ( 3 ) 生物体对重金属有富集作用。生物体从环境中摄取重金属，可经过食物 链的生物放大作用，逐级在较高的生物体内成千上万倍地富集起来。 ( 4 ) 重金属可通过食物、饮水、呼吸等多种途径进入人体，从而对人体健康 产生不利的影响，有些重金属对人体的积累性危害影响往往需要一二十年才显 示出来【2 1 。 1 1 2 2 重金属的毒性和危害 由于在水生环境中具有极高的溶解性，重金属很容易被生物所吸收。一旦 它们进入食物链，被人体吸收后，在人体中就可能积累大量的重金属离子。一 旦积累的浓度超过允许的范围，会造成严重的健康疾病。重金属能够引起严重 的健康问题，包括影响生长发育、癌症、器官损害、免疫系统损害，甚至死亡。 人体长期接触某些金属，如汞和铅，可能影响自身免疫的发育，导致免疫系统 攻击自身正常细胞。出现一些复杂的疾病如风湿性关节炎、肾脏疾病、循环系 硕士学位论文 统和免疫系统疾病以及胎儿脑损伤等。浓度较高时，这种对脑的损伤是不可挽 回的。 美国环境保护局( u s e p a ) 制定的各重金属毒性、最高污染物水平( m c l ) 标准如下表所示【3 1 。 表1 2 危险重金属最高污染物水平标准 下面就各种重金属离子对人体的危害做简要分析。 铬：铬有三价和六价之分。人们通常认为三价铬是生物所必需的微量元素， 有激活胰岛素的作用，可以增加对葡萄糖的利用【4 ，5 】。三价铬不易被消化道吸 收，在皮肤表层和蛋白质结合而形成稳定络合物，因此不易引起皮炎和铬疮。 六价铬的毒性较三价铬的毒性大很多，主要有以下几方面的危害：对皮肤有 刺激和过敏作用。在六价铬环境暴露下，手、腕等裸露部分可能出现皮炎；经 伤口进入皮肤，会因腐蚀作用而引起铬疮，愈合后会遗留下界线分明的圆形萎 缩性疤痕。对呼吸系统的损害，主要表现是鼻中隔膜穿孔、咽喉炎和肺炎。 对内脏的损害，六价铬经消化道侵入，会造成味觉和嗅觉消退甚至消失。在 侵入量较小时，也会腐蚀内脏，引起肠胃功能降低，出现胃痛，甚至肠胃道溃 疡，对肝脏还可能造成不良影响。潜在的致癌作用，主要是支气管癌。 镉：通过食物链进入人体后，镉主要分布在胃、肝、胰腺和甲状腺内，其 次是胆囊、睾丸和骨骼中。镉在人体内可存留3 9 年。众所周知的发生在日 本富山神通川流域的“骨痛病就是一种典型的由镉污染引起的环境污染公害 病，这是由于镉慢性中毒，导致镉代替了骨骼中的钙而使骨质变软，患者长期 卧床，营养不良，最后发生废用性萎缩、并发性肾功能衰竭和感染等合并症、 最终死亡。 铅：铅及其化合物对人体的很多系统都有毒性作用。急性铅中毒突出的症 状是腹绞痛、肝炎、高血压、周围神经炎、中毒性脑炎及贫血，慢性中毒常见 的症状是神经衰弱症。铅中毒引起的血液系统的症状，主要是贫血和铅溶。除 沉淀法、气浮、吸附、离子交换法和电化学沉积等。其中化学沉淀法是使用最 广泛的一种处理重金属废水的处理方法。化学沉淀的机理可以用以下平衡反应 方程式( 1 1 ) 解释。 m “+ 2 ( o h ) 一h m ( o h ) 2 上 ( 1 1 ) 其中，m 2 + 和o h 。表示溶解的金属离子和沉淀剂；m ( o h ) 2 表示不可溶的氢 氧化物沉淀。用化学沉淀法处理重金属废水，p h 等基本条件是影响处理效果的 主要因素。由于石灰和石灰石的实用性与低成本，在大多数国家成为最常用的 沉淀剂【7 1 。对于重金属浓度超过10 0 0 m g l 的废水，石灰沉淀法处理非常有效。 石灰沉淀法还有以下优点：工艺简单、设备要求简易、操作方便安全。然而， 化学沉淀法需要大量的化学药剂才能将重金离子降到排放标准的要求。此外化 学沉淀还会产生大量的污泥，需要进一步处理；金属沉淀物沉淀速度慢等不足 【8 】 o 另一种成功用于工业重金属废水的处理方法是离子交换法。离子交换剂具 有稳定地从周围环境中交换阳离子或者阴离子的能力。一般用于离子交换的母 体是人工合成的有机离子交换树脂。离子交换法的主要缺点是不能处理浓度较 高的废水，以及在废水中存在吸附能力较树脂强的有机物。此外，离子交换树 脂没有选择性以及对废水的p h 非常敏感。电解回收或者电泳也是众多被用来 处理重金属废水的方法之一。这些工艺利用放置在含重金属溶液中的阴极和不 可溶的阳极，通过电流驱动带正离子的重金属离子向带负电的阴极运动，形成 一层能够回收的金属膜。这种方法的主要缺点是电极容易腐蚀，在处理过程需 硕：学位论文 要经常更换电极【9 1 。 1 1 4处理重金属废水的吸附技术 1 1 4 1生物吸附重金属技术 生物吸附作用是指通过生物材料从溶液环境中吸附去除金属、非金属、化 合物和颗粒【l0 1 。活的或者死亡的生物以及细胞产物如聚合物都能够用来去除重 金属。 近年来，运用生物技术控制和处理重金属污染已经获得足够的重视，受到 越来越多的关注，由于其潜在的应用价值，逐渐成为重金属污染控制领域的研 究热点。生物吸附具有非选择性，能够利用各种各样的生物学有机质，包括细 菌、真菌、酵母菌、藻类等。这些生物吸附剂具有金属螯合能力，能够将溶液 中重金属离子浓度从p p m 降到p p b 的水平。因此生物吸附是一种理想的可以 用来处理大水量、低浓度的复杂废水【l l 】。 细菌是数量最大、种类最多的微生物，构成了陆生生物最重要的一部分。 早在1 9 8 0 年，研究就发现一些微生物具有很高的积聚金属元素的能力【1 2 】。由 于细菌体积微小、种类多、易变异、容易获得，能够在一定的条件下繁殖，对 各种环境具有很强的适应能力，因此被用来做生物吸附剂。如杆菌、假单胞菌、 链霉菌、埃希氏菌以及微球菌等已经被用来吸附重金属和有机物【1 3 】。表1 3 中 归纳了一些利用细菌作为生物吸附剂，吸附重金属过程中表现出来的吸附容 量。 真菌是一类种类众多、数量巨大的真核微生物，但具有应用价值的主要是 三大类：霉菌、酵母菌和蘑菇。霉菌是丝状真菌，酵母菌是单细胞真菌，它们 中的大部分属于子囊菌。在生物吸附领域，霉菌和酵母菌研究最为透彻，已经 有很多的研究报道。表1 4 归纳了文献报道中各种预处理后真菌的吸附能力。 但是，各种吸附容量的比较应该具有同样的吸附时间、重金属离子浓度以及菌 体预处理方式。而现在对预处理方式没有统一的标准，如干菌体在干燥过程中 的干燥时间和干燥温度。p a r k 等【3 2 l 采用的干酵母菌体是在7 0 ( 2 干燥至恒重， 而o z c r 等【”】利用的干酵母菌体是在1 0 0 干燥2 4 小时。 由于吸附容量高、在海洋中数量巨大，藻类正成为新的生物吸附材料研究 的热点。海洋中有丰富的藻类资源，包括多种大型海藻及海洋微藻。随着对生 物吸附技术研究的深入，人们将目光转向了海洋藻类，并取得了一系列研究成 果。远在3 0 多年前，人们就注意到了藻类具有富集重金属的作用，但是直到 8 0 年代，人们才展开了藻类在环境领域中应用的研究，利用藻类作为生物吸 附剂净化含重金属离子的废水，尤其近l0 年来有了较大程度的发展。对于海 洋资源丰富的国家和地区，发展海藻生物吸附技术并应用于环境领域，具有十 z n ( i i ) c u ( i i ) c d ( i i ) p s e u d o m o n a sp u t i d a s t r e p t o m y c e sr i m o s u s a p h a n o t h e c eh a l o p h y t i c a p s e u d o m o n a sp u t i d a s t r e p t o m y c e sr i m o s u s t h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n s s p h a e r o t i l u sn a t a n s s t r e p t o m y c e sc o e l i c o l o r a e r o m o n a sc a v i a e s t n p h y l o c o c c u sx y l o s u s s t r e p t o m y c e sr i m o s u s b a c i l l u sc o a g u l a n s 2 7 0 4 1 3 5 o 1 3 3 o 1 7 7 8 0 0 1 7 2 4 6 0 6 6 7 1 5 5 3 2 5 0 0 6 4 9 3 9 9 【19 】 【2 0 】 【2 l 】 【2 2 】 【2 3 】 【2 4 【2 5 】 【2 6 】 【2 7 】 【2 8 】 【2 9 】 【3 0 】 6 硕士学位论文 s a c c h a r o m y c e s c e r e v i s i a e p e n i c i l l i u mc a n e s c e n s p e n i c i l l i u mc h r y s o g e n u m p e n i c i l l i u m p u r p u r o g e n u m p e n i c i l l i u m s i m p l i c i s s i m u m p e n i c i l l i u mn o t a t u m a s p e r g i l l u sn i g e r p b ( i i ) z n ( i i ) h g ( i i ) n i ( i i ) p b ( i i ) z n ( i i ) p b ( i i ) n i ( i i ) c r ( v i ) p b ( i i ) c d ( i i ) p b ( i i ) c d ( i i ) h g ( i i ) a s ( i i i ) p b ( i i ) c d ( i i ) c u ( i i ) n i ( i i ) p b ( i i ) h g ( i i ) a s ( i i i ) p b ( i i ) c u ( i i ) c u ( i i ) z n ( i i ) c d ( i i ) p b ( 1 i ) c u ( i i ) p b ( i i ) c u ( i i ) c d ( i i ) 无预处理 溶胶凝胶技术固定 实验室培养，1 0 0 干 燥 乙醇脱水 无预处理 固定化处理 无预处理 无预处理 无预处理 n a o h 处理 无预处理 7 9 2 2 3 4 6 4 2 8 0 4 1 9 3 5 3 2 7 0 3 4 6 3 3 2 6 1 7 5 1 5 6 2 1 3 2 1 0 2 7 5 4 8 2 6 4 2 0 4 2 1 0 2 9 2 5 5 2 5 2 8 7 0 4 3 5 6 2 9 8 0 2 0 7 7 8 0 2 3 5 0 3 2 6 2 8 7 2 2 5 o 7 5 1 3 l 【3 4 】 【3 3 【3 5 】 【3 6 】 【3 8 】 【3 9 】 【4 0 】 【4 1 】 【4 2 】 【4 3 】 7 白腐真菌胞外聚合物的产量、组分及其对菌体吸附铅的机理研究 1 1 4 2改性自然物质吸附重金属技术 天然沸石等自然界吸附物质在废水处理中具有重要意义，是因为它们具有 离子交换能力。在研究得最多的天然沸石中，斜发沸石表现出了对特定重金属 的高度选择性，例如v b ( i i ) 、c d ( i i ) 、z n ( i i ) 和c u ( i i ) 。b a b e l 5 7 】和b o s e 等【5 8 】证 明斜发沸石的离子交换能力取决于预处理工艺，其条件的改变能够增强它的离 子交换能力和处理效率。b a s a l d e l l a 等【5 9 】利用n a a 沸石、r i o s 、b a r a k a t 等【6 0 , 6 1 】 利用低品位的高岭土脱羟基后合成的人工沸石，在中性条件下吸附三价铬，研 究各种人造沸石对重金属的去除能力，发现p h 对沸石选择性吸附重金属离子 硕士学位论文 至关重要。在p h 为中性和偏碱性条件下，沸石主要吸附z n ( i i ) 和c u ( i i ) ，而 c r ( v i ) 的吸附主要发生在p h 为酸性条件下，在p h 为强碱性时，沸石主要吸附 m n ( i v ) 。n a h 等【6 2 】利用氧化铁制备具有磁性的人工沸石m m z ，发现m m z 对 p b ( i i ) 具有很大的吸附容量l2 3 m g g ，以及优良的耐化学性，在p h 为5 1l 时 均能发挥较大的吸附容量。天然粘土矿物通过聚合化改性也能显著增加其对重 金属的吸附容量。v e n g r i s 等【6