（环境工程专业论文）耐锌细菌的筛选、抗锌特性及其对苯酚的降解研究.pdf

东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 孓粉 e 1 期： - - - z , , of1 年月侈日 东华大学学位论文版权使用授权书 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 许论文被查阅或借阅。本人授权东华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 学位论文作者签名： 保密口，在年解密后适用本版权书。 不保密醴 圣莓夸 指导教师签名： 抑若彳l 日期：矽年月石日 日期： 少f 1 年堋哆臼 耐锌细菌的筛选、抗锌特性及其对苯酚的降解研究东华大学硕士学位论文 耐锌细菌的筛选、抗性研究及其对苯酚的降解研究木 摘要 随着工业的发展，重金属废水污染已经成为环境保护领域中的一 个突出问题。锌，作为对生态环境危害较大的一类重金属污染物，具 有持久性、毒性大、污染严重等特点，其一旦进入环境后不能被生物 降解，大多数将参与食物链循环，并最终在生物体内积累，破坏生物 体正常生理代谢活动，危害人体健康。近年来，利用生物法处理重金 属废水成为国内外一个新型的研究领域，以其高效率、无二次污染， 以及环境友好等特性引起了人们的广泛关注。 本文以德兴铜矿筛选得到的耐锌细菌为研究对象，考察新分离的 菌株( s t r a i nd x t 3 0 3 ) 对锌的吸附特性，并对菌株进行生理生化及1 6 s r d n a 分子鉴定，考察其生长及对重金属的耐受特性；同时，该菌不 仅具有强抗锌能力，并且能够降解高浓度苯酚，通过试验，摸索苯酚 最佳降解条件及苯酚与重金属在处理过程中的相互影响。 菌株d x 。t 3 0 3 对锌的抗性高达3 6 0 0m g l ，对该菌株进行形态 观察、1 6 sr d n a 序列分析，鉴定该菌归属为变形细菌q 亚类，鞘氨 醇单胞菌属( s p h i n g o m o n a ss p ) 。考察菌株d x t 3 0 3 生长及吸附锌的 基本特性，探索该菌对锌的抗性机理。菌株d x t 3 0 3 对链霉素无抗 性，对其它所试抗生素均具有抗性。其最适的生长与吸附锌的条件为： 温度3 5 0 c ，p h7 0 ，摇床转速为1 5 0r m i n ，吸附时间1h ，投菌量2 l 。 在此最优条件下，菌株对锌的吸附率高达8 0 9 3 。菌株d x t 3 0 3 吸附z n 2 + 的动力学过程可以用准二级动力学方程进行描述。应用 l a n g m u i r 和f r e u n d l i c h 吸附等温线研究，l a n g m u i r 吸附等温线更为 适合模拟该菌株的吸附过程，表明该菌对锌的吸附是既包括物理吸 附，又含有化学吸附的复杂过程。 通过红外光谱、s e m e d x 射线能谱及质粒研究对其吸附机理做 基金项目：全国优秀博士学位论文作者专项资金资助项目( 2 0 0 5 4 9 ) ，国家自然科学基金项目 ( 5 0 8 7 4 0 3 2 ) i 耐锌细菌的筛选、抗锌特性及其对苯酚的降解研究东华大学硕士学位论文 了初步探索，结果表明d x t 3 0 3 的细胞壁上参与积累作用的化学官 能团主要有一o h 、n h 2 、一c o o h 、一p 0 4 3 等；高浓度锌在细菌细胞表 面形成沉淀而达到对锌的富集与解毒；并且确定该菌的抗锌基因位于 质粒上。 通过对该菌降解苯酚能力的研究。结果表明，菌株d x t 3 0 3 具 有很高的降解苯酚能力，其降解苯酚的最适条件为3 0 。c ，p h7 0 ，转 速1 5 0r m i n ，接种量2 0 ，并且能在2 4h 内几乎完全降解6 0 0m g l 苯酚。重金属离子c u 2 + 、c d 2 + 、p b 2 + 和n i 2 + 对菌株降解苯酚有不同程 度的抑制作用，而z n 2 + 对该菌降解苯酚抑制作用不明显。代谢机制研 究表明，苯酚可诱导该菌合成邻苯二酚2 ，3 双加氧酶，通过间位途径 进行苯酚代谢。 关键词：重金属；耐受性；鞘氨醇单胞菌；生物吸附；生物降解 i i 耐锌细菌的筛选、抗锌特性及其对苯酚的降解研究东华大学硕士学位论文 s c r e e n i n go faz i n c t o l e r a n ts t r a i na n di t s c h a r a c t e r i s t i c si nr e s i s t i n gz i n ca n d d e g r a d a t i n gp h e n o l a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r y , w a s t ew a t e rw i t hh e a v ym e t a l sh a sb e c o m eap r o m i n e n t p r o b l e mi nt h ef i e l do fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n z i n c ，a sak i n do fh e a v ym e t a l s ，c a u s e ds e r i o u s p o l l u t i o na n dw a st o x i ct oe n v i r o n m e n t o n c ei te n t e r i n ge n v i r o n m e n tc o u l dn o tb eb i o d e g r a d a b l e t h em a j o r i t yw o u l da c c u m u l a t ei nt h ef o o dc h a i nc y c l e e v e n t u a l l ya f f e c tn o r m a lm e t a b o l i s m a n d b eh a r m f u lt oh u m a nh e a l t h u s i n gm i c r o b i a lt r e a t m e n tt e c h n o l o g yt or e m o v eh e a v ym e t a l sf r o m w a s t ew a t e rh a sb e c o m ean e wh o t s p o tr e c e n t l y i tn o to n l yh a st h ea d v a n t a g eo fh i g hs p e e db u t a l s od o e sn o tc r e a t et h es e c o n dp o l l u t i o na sw e l la sf r i e n d l yt oe n v i r o n m e n t ，w h i c hh a sa r o u s e d c o n s i d e r a b l ei n t e r e s td u r i n gr e c e n ty e a r s i nt h i s p a p e r , az n - r e s i s t i n gb a c t e r i u mw i t hh i g hc o n c e n t r a t i o n ，i s o l a t e d f r o mt h e m e t a l - p o l l u t e d s o i l s a m p l e sa r o u n dd e x i n gc o p p e rm i n e w a ss t u d i e d 仆ep u r p o s eo ft h i s d i s s e r t a t i o nw a st oi n v e s t i g a t et h ec h a r a c t e r i s t i c so fan e w l yi s o l a t e ds t r a i nd x t 3 0 3w i h a b i l i t yt oa b s o r p tz n ”t h em o r p h o l o g i c a la n dp h y s i o l o g i c a lc h a r a c t e r i z a t i o na n d16 sr d n a m o l e c u l a ri d e n t i f i c a t i o nw e r ec a r r i e do u t t h ec h a r a c t e r i s t i c so fs t r a i nd x t 3 0 3g o r w t ha n d r e s i s t a n c et oh e a v ym e t a l sw e r ea l s oi n v e s t i g a t e d m e a n w h i l e ，t h eb a c t e r i u mc o u l da l s od e g r a d e h i g hc o n c e n t r a t i o np h e n 0 1 t h eo p t i m u mc o n d i t i o n sf o rp h e n o ld e g r a d a t i o na n di n t e r a c t i o n b e t w e e nz n 2 + a n dp h e n o li nr e m e d i a t i o nw e r es t u d i e d ，t o o m i n i m a l i n h i b i t o r yc o n c e n t r a t i o no fz n ”f o rt h i sb a c t e r i u mw a sa sh i g ha s36 0 0m g t ，i t w a si d e n t i f i e da ss p h i n g o m o n a ss p b e l o n g i n gt oq p r o t e o b a c t e r i ab a s e do nm o r p h o l o g i c a la n d p h y s i o b i o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n d16 sr d n as e q u e n c ea n a l y s i s g r o w t ha n dr e s i s t a n c et oz i n c o fs t r a i nd x t 3 0 3w e r ei n v e s t i g a t e d s t r a i nd x - t 3 0 3w a ss e n s i t i v et os t r e p t o m y c i na n d r e s i s t a n tt oo t h e ra n t i b i o t i c s t h eo p t i m a lc o n d i t i o n sf o rb o t hg r o w t ha n dr e s i s t a n c ew e r ea s f o l l o w s ：3 5 。c ，p h7 0 ，s h a k i n gs p e e d15 0r m i n ，1h ，a n d2g l ( b a c t e r i a lb i o m a s s ) u n d e rt h e o p t i m a lc o n d i t i o n a d s o r p t i o nr a t eo fz n ”r e a c h e d8 0 9 3 t h ed y n a m i c so ft h eb i o - s o r p t i o nw a s d e s c r i b e db yt h ep s e u d os e c o n d - o r d e rk i n e t i cm o d e l b o t ho fl a n g m u i ra n df r e u n d l i c ha d s o r p t i o n i s o t h e r m sw e r ea p p l i e di nt h i ss t u d y , i n d i c a t i n gt h a tt h el a n g m u i rm o d e lw e l lf i r e dt h i s e x p e r i m e n t a ld a t aa n dt h ez n 2 + a d s o r p t i o nb ys t r a i nd x - t 3 - 0 3w a sac o m p l e xp r o c e s si n c l u d i n g n o to n l yp h y s i c a la d s o r p t i o nb u ta l s oc h e m i c a la d s o r p t i o n t h ea b s o r p t i o nm e c h a n i s mo fz n 2 + w a ss t u d i e db yf t i r s e m e d x r e s u l t ss h o w e dt h a tt h e p o s s i b l ef u n c t i o n a lg r o u p sp a r t i c i p a t e dd u r i n gt h ea c c u m u l a t i o no fz n ”w e r e o h ，一n h 2 ，一c o o h a n d p o d h i g hc o n c e n t r a t i o no fz i n cp r e c i p i t a t e di n t h eb a c t e r i a lc e l ls u r f a c et oa c h i e v e a c c u m u l a t i o na n dd e t o x i f i c a t i o n a n dz n - r e s i s t a n c eg e n e sw e r el o c a t e do ni t sp l a s m i d t h ed e g r a d a t i o no fp h e n o lb ys t r a i nd x t 3 0 3w a si n v e s t i g a t e d t h er e s u l ts h o w e dt h a t s t r a i nd x t 3 - 0 3p o s s e s s e sh i g ha b i l i t yt od e g r a d ep h e n 0 1 t h eo p t i m u md e g r a d a t i o nc o n d i t i o n s w e r e3 0 p h7 0 r o t a t i n gs p e e do f1 5 0r m i na n di n o c u l u mc o n c e n t r a t i o no f2 0 s t r a i n d x - t 3 0 3c o u l dd e g r a d ep h e n o la tac o n c e n t r a t i o na sh i g ha s6 0 0m g lc o m p l e t e l yw i t h i n2 4h i i i 耐锌细菌的筛选、抗锌特性及其对苯酚的降解研究东华大学硕士学位论文 h e a v ym e t a li o n ss u c ha sc u 2 + ，c d 2 + ，p b 2 + a n dn i 2 + h a dd i f f e r e n td e g r e e so fi n h i b i t i o no np h e n o l d e g r a d a t i o n ，w h i l en oo b v i o u se f f e c to fz n 2 + o np h e n o ld e g r a d a t i o nw a so b s e r v e d m e t a b o l i c p a t h w a y r e s e a r c hs h o w e dt h a ts d x t 3 0 3c o u l d b ei n d u c e dt o s y n t h e s i z e c a t e c h o l 2 , 3 - - d i o x y g e n a s ea n dp h e n o lw a sc a t a l y z e do f s t r a i nd x - t 3 - 0 3t h r o u g hm e t a - c l e a v a g ep a t h w a y w a n gh u i p i n g ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yl i 丛j i 垦n b 星 k e y w o r d s ：h e a v ym e t a l s ；t o l e r a n c e ；s p h i n g o m o n a ss p ；b i o s o r p t i o n ；b i o d e g r a d a t i o n i v 耐锌细菌的筛选、抗锌特性及其对苯酚的降解研究 东华大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录i 1 绪论1 1 1 重金属污染来源及现状研究1 1 1 1 重金属污染来源l 1 1 2 重金属污染危害2 1 1 3 锌污染的来源与其危害2 1 2 重金属废水的处理方法3 1 2 1 物理方法3 1 2 2 化学方法3 1 3 生物吸附4 1 3 1 生物吸附的概念和优点4 1 3 2 生物吸附剂的种类4 1 3 3 生物吸附的影响因素6 1 4 生物吸附的机理7 1 4 1 表面络合8 1 4 2 离子交换8 1 4 3 氧化还原9 1 4 4 无机微沉淀9 1 4 5 酶促作用9 1 5 鞘氨醇单胞菌的研究概况1 0 1 5 1 鞘氨醇单胞菌的理化特性一1 0 1 5 2 鞘氨醇单胞菌降解有机物一1 0 1 5 3 重金属抗性研究1 1 1 5 4 鞘氨醇单胞菌与其他革兰氏阴性细菌的对比1 2 1 6 研究展望13 1 7 课题研究目的和内容1 3 1 7 1 研究目的1 3 1 7 2 研究内容1 4 1 7 3 研究技术路线1 4 2 耐锌细菌的筛选和鉴定1 5 2 1 前言1 5 2 2 试验材料1 5 2 1 1 菌种15 2 2 2 培养基15 2 2 3 抗生素及其贮存浓度一15 2 2 4 主要工具酶和生化试剂一1 6 2 2 5 主要溶液的配制一1 6 耐锌细菌的筛选、抗锌特性及其对苯酚的降解研究东华大学硕士学位论文 2 2 6 主要实验仪器设备1 6 2 3 试验方法1 7 2 3 1 土样的采集1 7 2 3 2 耐锌微生物的富集分离和纯化1 7 2 3 3 耐锌细菌d x t 3 0 3 的鉴定1 7 2 3 4 耐锌细菌d x 。t 3 0 3 的生长条件试验2 0 2 3 5 耐锌细菌对抗生素的抗性试验2 0 2 3 6 耐锌细菌d x t 3 0 3 对重金属的耐受性试验2 0 2 4 结果与讨论21 2 4 1 耐锌细菌的分离2 1 2 4 2 耐锌细菌d x t 3 0 3 的鉴定2 1 2 4 3 耐锌细菌d x t 3 0 3 的生长条件试验2 3 2 4 4 耐锌细菌d x t 3 0 3 对抗生素的抗性试验结果2 5 2 4 5 耐锌细菌d x t 3 0 3 对重金属的耐受性试验2 5 2 5 本章小结2 8 3s p h i n g o m o n a ss p s t r a i nd x t 3 0 3 对重金属的吸附及机理研究2 9 3 1 引言2 9 3 2 试验材料2 9 3 2 1 试验菌株2 9 3 2 2 试剂2 9 3 2 3 试验仪器2 9 3 3 试验方法3 0 3 3 1 菌体的制备3 0 3 3 2 影响菌株对z n 2 + 吸附的因素3 0 3 3 4 菌株吸附z n 2 + 后的解吸试验3 2 3 3 5 菌体积累z n 2 + 前后的红外光谱分析3 3 3 3 6 扫描电子显微镜( s e m ) x 射线能量散射光谱( e d x ) 分析3 3 3 3 7 质粒检测3 3 3 4 结果与讨论3 4 3 4 1 影响菌株d x t 3 0 3 对z n 2 + 吸附的因素3 4 3 4 2 菌体d x t 3 0 3 对z n 2 十的吸附过程模拟3 9 3 4 3 菌体d x t 3 0 3 吸附z n 2 + 后的解吸试验4 l 3 4 4 菌体吸附z n 2 + 前后红外光谱( f t i r ) 结果4 1 3 4 5s e m 。e d x 分析4 2 3 4 6s d x t 3 0 3 菌株的质粒检测4 4 3 5 本章小结4 5 4s p h i n g o m o n a ss p s t r a i nd x t 3 0 3 苯酚降解研究4 6 4 1 引言4 6 4 2 试验材料4 6 4 2 1 试验菌株4 6 4 2 2 试剂4 6 4 2 3 试验仪器4 6 4 2 4 培养基4 6 4 3 试验方法4 7 耐锌细菌的筛选、抗锌特性及其对苯酚的降解研究东华大学硕士学位沧文 4 3 1 苯酚浓度的测定4 7 4 3 2 动力学分析4 8 4 3 3 环境条件对菌株生长及苯酚降解的影响4 9 4 3 4 夕t - j j i 碳源对菌株生长及苯酚降解的影响4 9 4 3 5 重金属对菌株生长及苯酚降解的影响4 9 4 3 6 不同初始浓度苯酚对菌株生长和苯酚降解能力的影响5 0 4 3 7 降解菌邻苯二酚双加氧酶活力的测定5 0 4 4 结果与讨论5 0 4 4 1 环境条件对菌株生长及苯酚降解的影响5 0 4 4 2 重金属对菌株生长及苯酚降解的影响5 3 4 4 3 苯酚初始浓度对s d x t 3 0 3 降酚能力的影响5 5 4 4 4 苯酚降解动力学研究一5 5 4 4 5 菌株s d x t 3 0 3 苯酚代谢途径及酶特性的分析5 6 4 5 本章小结5 6 5 结论5 8 6 问题不足及研究展望6 0 参考文献6 l 硕士期间发表的论文与申请的专利6 8 致谓 6 9 耐锌细菌的筛选、抗锌特性及其对苯酚的降解研究东华大学硕士学位论文 耐锌细菌的筛选、抗锌特性及其对苯酚的降解研究东华大学硕：卜学位论文 1 绪论 随着现代工业的发展、城市生活垃圾的剧增，以及农药和化肥的大量使用， 人类赖以生存的土壤、水体、空气等环境遭到了严重的重金属污染。早在上世纪 5 0 年代初期，重金属的环境污染问题引起了世界各国的普遍关注。特别是在日 本的由汞污染引起的“水俣病”和由镉污染引起的“骨痛病”事件，以及欧洲一 些国家陆续发现重金属污染产生的严重后果后，引起公众高度关注。 重金属进入环境后不能被生物降解，而极有可能参与到自然界食物链的循 环，在生物体内富集的同时随着食物链向上递增而呈现生物放大作用，是一种蓄 积性的慢性污染。它会破坏生物体正常的新陈代谢，最终危害人体健康。一方面， 重金属是对生态环境危害极大的一类污染物；另一方面，随着工业的发展，对重 金属的使用越来越广泛，从而造成了重金属资源的相对贫乏。因此，如何有效地 处理重金属废水、回收贵重金属已经成为当今环保领域中的一个突出问题i l 之】。 1 1 重金属污染来源及现状研究 通常把密度在5g c m 3 以上的金属统称为重金属，如金、银、铜、铅、锌、 镍、钴、镉、铬和汞等。在环境污染方面所说的重金属，实际上主要是指汞、镉、 铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属，此外还包括具有一定毒性的一般 重金属如锌、铜、钴、镍、锡等弘j 。 1 1 1 重金属污染来源 水体中重金属污染来源包括天然来源和人为来源。天然污染来源于水与土 壤、岩石的相互作用，其值一般很低，不会对人体健康造成危害。但是工矿业废 水、生活污水等未经适当处理即向外排放，废弃物堆放场受流水作用以及富含重 金属的大气沉降物的输入，都使水体重金属含量急剧升高，导致水体受到重金属 污染【4 】。表1 1 列出了一些使用金属元素的主要工业部门，这些部门排放的废水 中可能含有金属离子，需要特别关注，并进行适当的处理。重金属通过直接饮水、 食用被污水灌溉过的食品、受污染的海产品等途径，很容易进入人体内，威胁人 体健康。 表1 - 1 使用重金属的主要工业部门 t a b 1 - 1m a j o ri n d u s t r i a ls e c t o r sa p p l y i n gh e a v ym e t a l s 耐锌细菌的筛选、抗锌特性及其对苯酚的降解研究 东华大学硕士学位论文 1 1 2 重金属污染危害 重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中，但由于人类对重金属的开采、 冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成不少重金属如铅、汞、镉等进入大气、 水、土壤环境，引起严重的环境污染。以各种化学状态或化学形态存在的重金属， 在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移，造成危害。如随废水排出的重 金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝的体表吸附，产生食物 链浓缩，从而造成公害。如日本的水俣病，就是因为烧碱制造工业排放的废水中 含有汞，在经生物作用变成有机汞后造成的；又如骨痛病，是由炼锌工业和镉电 镀工业所排放的镉所致。汽车尾气排放的铅经大气扩散等过程进入环境，造成目 前地表铅的浓度已有显著提高，致使近代人体内铅的吸收量比原始增加了约1 0 0 倍，损害了人体健康。 1 1 3 锌污染的来源与其危害 锌位于元素周期表h b 族，原子量为6 5 3 8 ，核电荷数和电子数为3 0 ，电子 结构 a r 3 d 1 0 4 s 2 ，电负性为1 6 6 。岩石圈平均含锌8 0m g k g ，土壤中锌的一般含 量为1 0 3 0 0m g k g ，平均为5 0m g k g p j 。 我国是产锌大国，产量位居世界首位。金属锌最大的消费领域是镀锌工业， 其消费量约占锌总产量的3 0 一4 0 。镀锌钢材在大气环境中，由于锌可起到牺 牲阳极而保护钢基的作用，从而可以大大延长钢铁工件的使用寿命。很早人们就 把镀锌作为长效防腐的措施【6 】。在过去的2 0 年中，我国铅锌工业有了很大发展。 2 0 0 0 年，锌产量突破了1 9 0 万吨，2 0 年来的年均递增速度达到1 1 。2 0 0 1 年随 着我国目前汽车工业的蓬勃发展，对镀锌材料的需求也会逐年提高，同时也会带 动镀锌工业高速发展，随之而来的是如何解决含锌废水的污染问题1 7 j 。 锌既是重要的营养元素，也是污染元素。锌曾被誉为“生命之花，【引，是维 持机体正常生长发育、新陈代谢的重要物质。植物含锌量为1 0 1 0 0m g k g 。当植 物锌含量过低( 1 0 2 0 ) m g k g 时，就发生缺锌；反之，过高( 5 0m g k g ) 时，就发生 锌中毒。锌对植物的毒害，首先表现在抑制光合作用，减少c 0 2 固定；其次影 响韧皮部的输送作用，改变细胞膜渗透性，从而导致生长减缓、受阻和失绿症。 同时许多实验和流行病学调查己经证实，如果锌在人体内含量过高，将会抑制吞 噬细胞的活性和杀菌力，从而降低人体的免疫功能，对疾病易感性增加。最近的 科学研究表明，摄入过量的锌，会对人体造成一定的伤害，甚至可引起中毒，以 2 耐锌细菌的筛选、抗锌特性及其对苯酚的降解研究 东华大学硕士学位论文 至死亡。例如当测定人体尿样中含锌量为1 0 0 0 g l 以上时，人体就己处于锌中 毒状态【9 】。对于青少年，摄入过量的锌会引起铜缺乏症、贫血症和嗜中性白血球 减少症等【l0 1 。癌症是剥夺人类生命的一大疾病之一，在大约2 0 0 多种不同的肿 瘤中，约5 0 的肿瘤发生w t p 5 3 基因突变，而l ib 等j 发现1 9 5m g l 的z n 2 + 作用2 4 小时会抑制鼠胶质瘤细胞w t p 5 3 表达，影响了“分子警察”对癌变细胞 的监测工作。孔祥英等【1 2 1 认为由于膳食锌过量所致的亚慢性中毒可以影响实验 动物的脑发育，从而使学习记忆功能减退。给实验用老鼠喂2 6 0 0m g lz n 2 + 3 2 2 小时后可以使老鼠大脑皮层神经元细胞致死【l3 1 。同时锌中毒会导致胰腺、肾和 体内多元系统( m u l t i s y s t e m ) 功能紊乱甚至死亡【1 4 j 。 1 2 重金属废水的处理方法 由于重金属的危害，人们越来越重视研究如何更好处理工业废水中的重金 属。重金属废水的传统处理方法一般是物理化学方法，包括离子树脂交换法，电 解法，化学沉淀法”1 ，氧化还原法，铁氧化法，电渗析法，活性炭吸附法 1 7 - 1 8 】 等，各种方法的都有其各自的优缺点。 1 2 1 物理方法 物理方法处理重金属废水，通常有活性炭吸附法、液膜法和离子交换法等。 ( 1 ) 吸附法。主要是利用吸附材料的疏松多孔结构对重金属进行吸阶的方法。活 性炭有良好的吸附能力和稳定的化学性能，且比表面积大、空隙率高、吸附性能 好，还有一定的还原能力，因此被广泛用于含铬废水的处理，但由于其价格昂贵， 不适于大规模的处过程。刘伟卿【1 9 】利用廉价材料毛发，经改性后对重金属进行 吸附实验，在p h 为6 5 时，改性毛发对c u 2 + 的吸附容量为1 2m g g ，对c r 计的 吸附容量为2 3m g g ，处理后水中金属离子浓度低于国家废水排放标准。 ( 2 ) 液膜法。液膜法是一种高效、快速、专一、能耗小的化工分离技术，也是大 有发展前途的治理废水的方法。黄炳辉【2 0 】利用液膜法对含铬废水进行处理，发 现当气温低于4 0 。c 时，经过1 0m i n 的液膜分离，工业废水中含铬离子浓度就可 达到最低点( 小于0 5m g l ) ，达到国家的排放标准。 ( 3 ) 离子交换法。离子交换法是将重金属废水经过离子交换树脂，通过离子交换 树酯的作用进行离子吸附交换，从而去除重金属离子，净化废水。离子交换法几 乎可完全除去废水中的微量重金属离子，但是离子交换树脂价格较高，而且离子 选择性不好，常因为吸附了不必要处理的物质而造成树脂的浪费。唐树合等【2 l j 利用2 0 1 7 强碱性；阴离子交换树酯处理模拟含c r ( ) 废水，研究发现，当废 水中铬离子浓度为1 5 4 0m g l 时，出水铬离子浓度小于0 5m g l ，达到废水处理 标准的要求。 1 2 2 化学方法 ( 1 ) 化学沉淀法。是指向废水中加入一定的化学药剂，使其与重金属结合生成沉 耐锌细菌的筛选、抗锌特性及其对苯酚的降解研究东华大学硕士学位论文 淀从而从水体中去除的方法，根据其原理不同，可分为混凝沉淀法和硫化物沉淀 法。混凝沉淀法其原理是在重金属废水中加入混凝剂( 石灰、铁盐、铝盐) ，在 碱性条件下，形成氢氧化物絮凝体，对重金属离子有絮凝作用，而共沉淀析出。 硫化沉淀法利用弱碱性条件下n a 2 s 、m g s 中的s 与重金属离子之间有较强的亲 和力，生成溶度积极小的硫化物沉淀而从溶液中除去。硫加入量按理论计算过量 5 0 8 0 。这种方法往往会造成硫的二次污染，而且过量的硫与某些重金属离子 会生成溶于水的络合离子而降低处理效果。 ( 2 ) 铁氧体法。铁氧体即为铁离子与其他金属离子组成的氧化物固溶体，该工艺 最初由日本电气公司( n e c ) 研制成功。根据铁氧体形成的工艺条件，可分为氧化 法和中和法，氧化法需要加热和通气氧化，要求添加新的设备，而中和法可以通 过适当控制加入废水中亚铁离子和铁离子的浓度等条件形成铁氧体，可以不必增 加设备，投资费用较低。 这些方法在某种程度上，取得了很好的效果，但也普遍存在这二次污染、成 本高、处理效果不理想，特别是当用于处理1 1 0 0n 珂l 的重金属废水时，往往 操作费用和原材料成本相对过高，经济上不合算且难以达到处理标准等问题【2 羽。 1 3 生物吸附 1 3 1 生物吸附的概念和优点 生物吸附法( b i o s o r p t i o n ) 是一种较为新颖的处理含重金属废水的方法1 2 3 j ，因 具有高效、廉价的潜在优势逐渐引起了人们的研究兴趣。所谓生物吸附法就是利 用某些生物体本身的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子，再通过固 液两相分离来去除水溶液中金属离子的方法。 这种新型方法，适宜处理大体积低浓度重金属废水，甚至降低到微克级水平， 自2 0 世纪8 0 年代以来受到广泛关注和研究。与传统方法相比，生物吸附法具有 以下的优点：( 1 ) 原材料来源丰富，品种多；( 2 ) 在低浓度下，尤其在1 1 0 0m g l ， 选择性好，特别有效；( 3 ) 节能，处理效率高；( 4 ) 操作的p h 值( 3 9 ) 和温度条件( 4 9 0 ) 范围宽；( 5 ) 易于分离回收重金属；( 6 ) 吸附剂易再生利用；( 7 ) 投资小，运行费 用低，无二次污染【2 4 l 。 1 3 2 生物吸附剂的种类 生物吸附剂是指具有从重金属废水中吸附分离重金属能力的生物体及其衍 生物。目前，研究人员所用的生物吸附剂有的来自于实验室规模的培养，有的来 自于一些发酵工业的废弃微生物，还有的取自于自然的水体环境中( 如马尾藻 等) ，也有少数人用活性污泥做为生物吸附剂进行研究。近2 0 年来，对生物吸附 剂的研究取得了很大进展，大量研究表明：一些微生物主要包括细菌、霉菌、酵 母菌和藻类等对金属都有很强的吸附能力。近年来研究较多的生物吸附剂如表 1 2 所示。 4 耐锌细菌的筛选、抗锌特性及其对苯酚的降解研究东华大学硕士学位论文 表1 2 常见的生物吸附剂 t a b 1 2t h ec o m m o nb i o s o r b e n t s 种类生物吸附剂 植物谷壳、纤维素、淀粉、壳聚糖、植物杆 细菌 枯草杆菌( 胁埘淞s “6 f 甜函) 、假单胞菌( 风口砌所硎娜p u t i d a ) 、草分枝杆菌 ( m y c o b a c t e r i u mp h l e i ) 、棒状杆菌( c o r y n e b a c t e r i u m ) 。 臭曲霉( a s p e r g i l l u sf o e f i d u s ) 、黑色根霉( r h i z o p u sn i g r i c a n s ) 、假丝酵母( c a n d i d a u t i l i s ) 、酿酒酵母( s a c c h a r o m y c e sc e r e v i s i a e ) 、灵芝( g a n o d e r m ac a r n o s u m ) 藻类 水生集胞藻( s 胛p c 向。缈如叼甜口枷j ) 、蕨藻( c 臼“f p ，p 口尼，z f 川谚，、褐藻( 占而m w s e a w e e d ) 其中，细菌因其尺寸小、普遍存在、对环境适应能力强，是一类研究较多的 生物吸附剂，对重金属离子具有较好的吸附性能。早在2 0 世纪8 0 年代，人们就 发现微生物能吸附高含量金属。海水中有些微生物吸收的p b 和c d 的浓度比周 围海水环境高1 7 1 0 5 倍、1 o 1 0 5 倍【2 5 j 。己报道可以吸附重金属的细菌包括： b a c i l l u s 、p s e u d o m o n a s 、s t r e p t o m y c e s 、m i c r o c o c c u s 等。表1 3 中总结了部分文 献报道的细菌吸附重金属z n 的结果。 表1 3 用于去除重金属z n 的细菌生物吸附剂 t a b 1 - 3b a c t e r i a lb i o s o r b e n t su s e df o rz n 2 + r e m o v a l 在表1 3 列出的细菌对重金属z n 的生物吸附容量的数据中， 测得的数值，另一部分则是通过l a n g m u i r 模型估算得到的数值。 一部分是实验 可以看出，对 耐锌细菌的筛选、抗锌特性及其对苯酚的降解研究 东华大学硕士学位论文 于不同的细菌种类吸附容量一般从几个m g g 到几百m g g ，差别较大。