1、礦產資源微生物技術礦產資源微生物技術Microbiological Techniques of Microbiological Techniques of Mineral ResourcesMineral Resources微生物技術應用之三在治理工業廢水中重金屬離子的應用 主要內容一、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律研究 四、苦味諾卡氏菌對重金屬離子吸附規律研究 五、細菌吸附重金屬離子機理研究六、重金屬的微生物吸附技術應用基礎研究 七、結論 重金屬廢水來源（一）一、一、 電鍍行業重金屬廢水電鍍行業重金屬廢水1、含銅廢水：酸性鍍銅過程的廢水中含銅濃度在100

2、 mg/L以下，pH值為23；焦磷酸鍍銅過程的廢水含銅濃度在50 mg/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50 mg/L以下，pH值為9；鉀鹽鍍鋅過程的廢水中含鋅濃度在100 mg/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100 mg/L以下，pH值為68；氨鹽鍍鋅過程的廢水中含銅濃度在100 mg/L以下，pH值為69。3、含鎳廢水：一般廢水中含鎳濃度在100 mg/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46。一、背景知識重金屬廢水來源（二）二、二、 鋼鐵和有色金屬冶煉和采礦重金屬廢水

3、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，從生產線下來的廢水重金屬離子濃度為，Zn 153.00 153.00 mg/L、Hg 0.870.87 mg/L、Cu 4.454.45 mg/L、Cd 18.70 18.70 mg/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、其他行業的重金屬廢水三、其他行業的重金屬廢水 染料染料行業

4、排放的廢水含有鉛、銅、砷、鎘等，陶瓷陶瓷行業排放的廢水含有砷、鉻等，墨水墨水制造業排放的廢水含有汞、鉛、銅、鎳、鎘等，照相照相行業排放的廢水含有銀、鉛、銅、鉻、鎘等，造紙造紙行業排放的廢水含有鉻、汞、銅、鎳等，制藥制藥行業排放的廢水含有銅、鐵、汞、錫等，肥料肥料行業排放的廢水含有汞、鉻、鉛、銅、砷、鎘、鎳等，氯堿氯堿制造業排放的廢水含有鉛、銅、砷、鎘等，涂料涂料行業排放的廢水含有鉛、鈦、鋅、鉻等，玻璃玻璃行業排放的廢水含有鉬、鉛、鎳、鋇等，紡織紡織行業排放的廢水含有汞、鉻、鉛、鎳、砷、鎘等。 重金屬最高允許排放濃度 國標GB89781996 污水綜合排放標準中明確規定了重金屬最高允許排放濃度。

5、 其中Hg2+、Pb2+、Ni2+、Cr(VI)、Cd2+為國標規定的第一類污染物，即能在環境或動植物體內蓄積，對人體健康產生長遠不良影響的污染物；而Cu2+、Zn2+為第二類污染物，是指其長遠影響小于第一類的污染物質。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一、化學法化學法：化學沉淀法、氧化還原法、鐵氧體法。二、離子交換樹脂法離子交換樹脂法 三、電解法電解法 四、膜分離技術膜分離技術：電滲析、反滲透、液膜分離技術等。五、蒸發濃縮法蒸發濃縮法 六、吸附法吸附法：有腐殖酸樹脂吸附法、斜發沸石

6、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生產基地，有著石油化工、冶金、建材、造紙和電力等傳統基礎產業。多少年來這些企業為國家及遼寧省經濟的發展做出了貢獻；但是在發展的同時，也給環境帶來了嚴重的污染。針對遼寧省水體污染現狀，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，與環境相協調的綠色理念已經滲透到新技術的開發中。 微生物吸附作為治理重金屬污染的一項新技術，由于其環保特色而有著其他技術所不可比擬的獨特優點?！懊利愔袊边x擇微生物技術的原因微生物吸附技術的特點 與常規的技術

7、相比，微生物吸附技術，具有以下優點：（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。 生物吸附研究與應用概況 生物吸附技術是利用廉價的生物細胞體吸附重金屬離子，從而達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八十年代. 1982年Teszos的研究指出少根根酶（Rhizopus arrhizus）對釷和鈾有很高的吸附量； 1984年Hosea等人發現普通小球藻（Chlorella vul

8、garis）對Au有很高的親和力； 1986年Norbeng等人發現動膠菌（Z.ramigera）對 Cu2+具有較高的選擇性吸附能力； 生物吸附研究與應用概況 從上個世紀九十年代到現在，國內外有關這個領域的研究發展很快。 生物吸附材料不斷涌現:* Holan Z R 等人用褐藻（A.nodosum）吸附Co2+；* Huang Chinpin用米曲霉（A.oryzae）吸附Zn2+；* Volesky用Saccharomyces cerevisiae吸附Cd2+；* ?；鄣热死梅巧L產黃青霉素對重金屬離子的吸附；* 李清彪等人用Phanerochaete chrysosporium菌對Pb

9、2+的吸附；* 劉月英等人用Bacillus licheniformis菌吸附Pd2+；* 劉瑞霞等人研究了用Micrococcus luteus菌吸附Cu2+。 生物吸附研究與應用概況 生物吸附機理研究不斷深入: TreenSears認為微生物對金屬的吸附與其細胞壁含有 的 磷 酸 基 與 羧 基 的 比 例 有 關 ， 并 認 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和蛋白質 在吸附過程中的不同角色，而且指出帶有自由基的 細胞壁介質才是在吸附過程中起最重要作用的物質。目前，生物吸附技術的研究還只是處于實驗室階段，在實用化

10、和工業化過程中還存在著許多有待進一步深入研究的問題。 生物吸附研究與應用概況 生物吸附技術的存在的問題 為了使生物吸附金屬技術推廣應用，還必須考慮以下一些因素：（1）如何進一步提高生物吸附劑的吸附效率；（2）生物吸附劑應易于得到；（3）降低吸附劑的制造成本；（4）吸附劑應使用方便，易于操作等。 試驗材料 Mycobacterium phlei，草分枝桿菌，代號為AS.4.1180；Norcardia amarae，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方法 微生物量的計量方法 細

11、菌的革蘭氏染色法 細菌生長曲線的測定方法 細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（113）吸附試驗方法 金屬離子去除率Q計算方法 微生物吸附負載量L計算方法 細菌的電位測定方法 細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（113）三、試驗結果草分枝桿菌對Hg2、Pb2、Cu2、Zn2、Ni2 的吸附規律研究草分枝桿菌 草分枝桿菌自然顯微形態 （圖中標尺為500 nm）草分枝桿菌(Mycobacterium phlei)屬原核生物界，細菌門，真細菌綱,放線菌目（Actinomycetales），分枝桿菌科（Mycobacteriace

12、ae），草分枝桿菌屬（Mycobacterium）。00.10.20.30.40.50.6020406080100 120 140 160生長時間/h每百毫升細菌重量g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 010203040506070050100150200250細菌生長時間/ h金屬離子吸附率PbZnCuHgNi2+2+2+2+2+01020304050607080051015202530吸附時間（min）金屬離子吸附率 Q ( % )PbZnCuNiHg2+2+2+2+2+吸附時間對吸附效果的影響 0102030405060701357911pH金屬離子

13、吸附率 Q ( % )Pb2+Zn2+Hg2+01020304050607013579pH金屬離子吸附率 Q (%)Ni2+Cu2+溶液pH值對吸附效果的影響 010203040506070101520253035404550 T ( C )金屬離子吸附率 Q (%)Pb2+Zn2+Hg2+Cu2+Ni2+溫度對吸附過程的影響 0204060801000100200300400500 重金屬離子濃度 （mg/L )金屬離子吸附率 Q (%)Pb2+Hg2+Zn2+Cu2+Ni2+草分枝桿菌對不同初始濃度重金屬離子的吸附能力 四、試驗結果苦味諾卡氏菌對Hg2、Pb2、Cu2、Zn2、Ni2的吸附

14、規律研究苦味諾卡氏菌苦味諾卡氏菌（Nocardia amarae），原核生物界，細菌門，真細菌綱，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 （圖中標尺為500 nm）苦味諾卡氏菌的生長曲線 00.10.20.30.40.50.6020406080 100 120 140 160 180生長時間/h每百毫升細菌重量g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 0102030405060708090100050100150200細菌生長時間/h金屬離子吸附率Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2

15、+ 吸附時間對吸附效果的影響 0204060801001200510152025吸附時間 ( m in )金屬離子吸附率 （）Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+溶液pH值對吸附效果的影響 020406080100135791113pH金屬離子吸附率 ( % )Hg2+Pb2+ Cu2+Zn2+Ni2+溫度對吸附過程的影響 204060801000102030405060吸附溫度 ( C )金屬離子吸附率 ( % )Pb2+Hg2+Cu2+Zn2+Ni2+苦味諾卡氏菌對不同初始濃度重金屬離子的吸附能力 02040608010002004006008001000重金屬離子濃度 ( m g /

16、 L )重金屬離子吸附率 （）Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+五、細菌吸附重金屬離子機理研究 靜電吸附機理； 表面配合機理； 離子交換機理； 細胞酶促機理。細菌微粒的表面電位測定 -0.6-0.4-0.200.20.413579pH電位/ mV草 分 枝 桿 菌苦 味 諾 卡 氏 菌pH3.89pH2.1草分枝桿菌pH曲線0102030405060701357911pH金屬離子吸附率 Q (%)Pb2+Zn2+Hg2+Pb2+Zn2+Hg2+草分枝桿菌pH曲線01020304050607013579pH金屬離子吸附率 Q (%)Ni2+Cu2+Ni2+Cu2+苦味諾卡氏菌pH曲線020

17、406080100135791113pH金屬離子吸附率 ( % )Hg2+Pb2+ Cu2+Zn2+Ni2+Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+微生物細胞的表面形態 ( 放大35000倍, 圖中標尺為500 nm ) ( 放大24000倍, 圖中標尺為500 nm ) 圖5-1 草分枝桿菌的形態 圖5-2 苦味諾卡氏菌的形態吸附汞離子后的細胞表面形態 ( 放大10000倍, 圖中標尺為1 m ) ( 放大10000倍, 圖中標尺為1 m ) 圖5-3吸附Hg2+后草分枝桿菌的形態 圖5-4 吸附Hg2+后苦味諾卡氏菌的形態 吸附鉛離子后的細胞表面形態 ( 放大10000倍, 圖中標尺為1

18、m ) ( 放大10000倍, 圖中標尺為1 m ) 圖5-5吸附Pb2+后草分枝桿菌的形態 圖5-6吸附Pb2+后苦味諾卡氏菌的形態 表面相關糖 脂磷壁酸 磷壁酸 表面相關蛋白 細菌外壁層結構吸附發生的主要場所質 膜肽聚糖層內嵌蛋白孔蛋白糖脂和甘油二酯磷脂莢膜 細胞外部細胞內部草分枝桿菌的紅外光譜4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500Wavenumber cm-1Transmittance %4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 苦味諾卡氏菌的紅外光譜Wavenumber cm-1Transmittance %兩種

19、菌的紅外光譜對比（一） 草分枝桿菌草分枝桿菌 的紅外光譜的紅外光譜 苦味諾卡氏菌苦味諾卡氏菌 的紅外光譜的紅外光譜 可能存在基團可能存在基團 3303.67 cm-1附近有一強而寬的吸收帶 向右偏移3.46 cm-1, 吸收帶更寬, 強度增大 -OH、 NH (NH2) 2989.34 cm-1附近有弱雙峰吸收帶 向右偏移24.75 cm-1， 吸收帶略寬，強度略大 -SH 1659.17 cm-1附近有一強而窄的吸收帶 向左偏移28.08 cm-1，吸收帶寬度、強度接近 C=O (-COOH)、 NH (NH2)彎曲振動 1557.01 cm-1附近有一中強而窄的吸收帶 向左偏移3.01 c

20、m-1，吸收帶寬度、強度接近 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 1360.99 cm-1附近 有一中強而窄的吸收帶 位置相同，吸收帶寬度接近、強度明顯增大 -OH變形振動、C-O1257.68 cm-1附近 有一弱而窄的吸收帶 位置相同，吸收帶寬度接近、強度明顯減弱 C-O、C-N 1059.17 cm-1附近有一中強吸收帶 向左偏移13 cm-1，吸收帶強度明顯增大 P-O-C、 -OH面外彎曲振動 778561cm-1附近有一弱而寬的吸收帶 吸收帶強度明顯增大 C-S、P=S、 P-O-C、S-O 兩種菌的紅外光譜對比（二

21、）4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500Wavenumbers cm-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 %4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500Wavenumbers cm-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

22、3303.67 cm-1附近有一強而寬的吸收帶 向右偏移21.36 cm-1, 吸收帶更窄, 強度明顯減弱 向右偏移25.41 cm-1, 吸收帶更窄, 強度明顯減弱 2989.34 cm-1附近有弱雙峰吸收帶 向右偏移41.08 cm-1, 吸收帶寬度、強度接近 向右偏移61.25 cm-1, 吸收帶寬度、強度接近 1659.17 cm-1附近有一強而窄的吸收帶 向右偏移16.02 cm-1, 吸收帶寬度、強度接近 向右偏移3.28cm-1, 吸收帶寬度、強度接近 1544.36 cm-1附近有一中強而窄的吸收帶 向右偏移9.64 cm-1, 吸收帶寬度接近、強度減弱 向右偏移0.53cm-

23、1, 吸收帶寬度接近、強度明顯減弱 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草分枝桿菌的紅外光譜 吸附吸附Pb2后草分枝桿菌后草分枝桿菌 的紅外光譜的紅外光譜 吸附吸附Zn2后草分枝桿菌后草分枝桿菌 的紅外光譜的紅外光譜 1360.99cm-1附近有一中強而窄的吸收帶向左偏移39.27 cm-1, 吸收帶寬度接近、強度明顯減弱 向左偏移35.30cm-1, 吸收帶寬度接近、強度明顯減弱 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、強度接近 向右偏移8.65cm-1, 吸收帶寬度接近、強度減弱 1059.17cm-1附近

24、有一中強吸收帶向左偏移17.09 cm-1, 吸收帶寬度接近、強度減弱 向左偏移10.84 cm-1, 吸收帶寬度接近、強度明顯減弱 778.91cm-1附近有一弱而寬的吸收帶向右偏移28.65 cm-1, 吸收帶寬度接近、強度明顯減弱 向右偏移32.6 cm-1, 吸收帶寬度接近、強度明顯減弱 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、強度明顯減弱 向左偏移49.48cm-1, 吸收帶寬度接近、強度明顯減弱 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諾卡氏菌的紅外光譜 吸附吸附PbPb2 2后諾卡氏菌后諾卡氏菌

25、的紅外光譜的紅外光譜 吸附吸附ZnZn2 2后諾卡氏菌后諾卡氏菌 的紅外光譜的紅外光譜 3300.21 cm-1附近有一強而寬的吸收帶 向左偏移113.38 cm-1, 吸收帶更窄, 強度明顯減弱 向左偏移29.94 cm-1, 吸收帶更窄, 強度明顯減弱 2964.59 cm-1附近有弱雙峰吸收帶 向右偏移41.08 cm-1, 吸收帶寬度、強度接近 向右偏移34.08 cm-1, 吸收帶寬度、強度接近 1687.25 cm-1附近有一強而窄的吸收帶 向右偏移3.28cm-1, 吸收帶寬度、強度接近 向左偏移0.2 cm-1, 吸收帶寬度、強度接近 1560.02 cm-1附近有一中強而窄的

26、吸收帶 向右偏移8.46cm-1, 吸收帶寬度、強度接近 向右偏移8.46cm-1, 吸收帶寬度、強度接近 1453.14cm-1附近有一弱而窄的吸收帶 位置相同，吸收帶寬度、 強度略微減弱 位置相同，吸收帶寬度、 強度略微減弱 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諾卡氏菌的紅外光譜 吸附吸附Pb2后諾卡氏菌后諾卡氏菌 的紅外光譜的紅外光譜 吸附吸附Zn2后諾卡氏菌后諾卡氏菌 的紅外光譜的紅外光譜 1360.91cm-1附近有一中強而窄的吸收帶位置未變, 吸收帶寬度接近、強度明顯減弱向左偏移35.32 cm-1, 吸收帶寬度接近、強度略微減弱 1299.

27、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、強度接近 位置未變, 寬度、強度接近 1072.17cm-1附近有一中強吸收帶向左偏移1.42 cm-1, 吸收帶寬度略寬、 強度明顯減弱 向左偏移3.1cm-1, 吸收帶寬度接近、 強度明顯減弱 778.24cm-1附近有一弱而寬的吸收帶向左偏移1.03 cm-1, 吸收帶寬度接近、強度明顯減弱向右偏移2.88 cm-1, 吸收帶寬度接近、強度明顯減弱 561.75cm-1附近有一弱而寬的吸收帶向左偏移34.49 cm-1, 吸收帶寬度接近、強度明顯減弱 向左偏

28、移21.73 cm-1, 吸收帶寬度接近、強度明顯減弱 紅外光譜結果已經證實細胞外壁含有的主要官能團包括：-OH、 -SH、 -NH2、-OP、-COOH、 C=O、 P=O、S=O等基團，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。紅外光譜結論配合物累積穩定常數數據59（25C） 氨基酸主鏈配體 配體 NH3（氨基） COO（羧酸基） 金屬離子 HgPbCuZnNiHgPbCuZnNipK穩 19.34.48.7413.39.465.432.010.462.31.20氨基酸側鏈配體：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 H

29、gPbCuZnNiHgPbCuZnNipK穩 35.614.611.318.517.637.78.513.516.319.0螯合物累積穩定常數數據59（25C） 配體 氨基三乙酸 氨基丙酸 金屬離子 HgPbCuZnNiHgPbCuZnNipK穩 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 17.37.67.315.29.419.28.915.016.39.96 螯合物累積穩定常數數據59（25C） 配體 R2PO4乳酸金屬離子 HgPbCuZnNiHgPbCuZnNipK穩 17.53.

30、12.083.22.43.82.224.853.97 配合物的累積穩定常數值較大，也說明細胞表面與重金屬離子之間可能存在配合作用。結 論微生物細胞表面的能量分析譜 苦味諾卡氏菌吸附Hg2微生物細胞表面的能量分析譜 苦味諾卡氏菌吸附Pb2離子交換機理 當重金屬離子溶液加入到細菌懸液中時，重金屬被微生物體吸附到菌體表面，而微生物體內的常見的離子K、Na、Mg2、Ca2有可能被置換下來，發生離子交換。草分枝桿菌吸附重金屬離子前后K、Na、Mg2、Ca2離子含量變化C (mg/L) KNaMg2Ca2重金屬 1-Hg+14.4+0.86+0.82+1.24-114.0 2-Pb+5.98+0.39+0

31、.01+0.02-127.1 3-Cu+18.17+0.27+0.38+0.63-61.44 4-Zn+18.96+0.28+0.08+0.84-54.99 5-Ni+11.65+0.58+0.22+1.39-50.10C (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 C (mg/L) KNaMg2Ca2重金屬 1-Hg+15.65+1.302+0.758+0.921-180.0 2-Pb+16.71+0.214-0.0210.197-170.15 3-Cu+1

32、0.98+0.145+0.281+0.586-96.64 4-Zn+11.08+1.012+0.078+0.645-81.25 5-Ni+15.89+1.054+0.174+1.113-69.69C (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)試驗結論有K、Na、Mg2、Ca2離子從細胞上被交換下來；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，說明離子交換機理在吸附機理中占較次要的地位。 K、Na、Mg2、Ca2從細胞上被交換下來有兩種可能： （1）與有機基團鍵合的離子 nNaL + Hg2+

33、 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. 酶促機理 細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，通過細胞內的驅動能量過程來富集金屬離子，這就是酶促反應?；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

34、 （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、

35、滲透壓平衡 銅氧化酶、雙氧輸運 鈣結構、觸發劑、電荷攜帶 鋅結構、水解酶 鎂結構、水解酶、異構酶 鉀電荷載體、滲透壓平衡 鐵氧化酶、雙氧輸運、電子轉移 苦味諾卡氏菌死菌體的吸附特性 吸附率Hg2 Pb2Cu2Zn2Ni2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 Pb2Cu2Zn2Ni2死菌體90.282.372.562.150.9活菌體90.482.175.665.848.4試驗結論 從實驗結果可以看出，草分枝桿菌和

36、苦味諾卡氏菌與重金屬離子的吸附過程中，細菌始終處于活性狀態，因此就不能排除細菌細胞中的酶參與吸附過程的反應。細菌的新陳代謝過程需要部分金屬離子。細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，會通過細胞內的驅動能量過程來富集金屬離子。細胞內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的進行，這也決定酶促機理在吸附過程中，不會占有重要地位。 結 論細胞吸附重金屬離子的微觀過程模型 第一步 在帶電細胞所產生的電場中，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，存在解吸現象。 帶正電的細菌與重金屬離子相遇 不帶電的細菌與重金屬離子相遇 帶負電的細菌與

37、重金屬離子相遇 第二步 到達細胞表面的重金屬離子被細胞表面的有機基團“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，但這兩種反應所占比例不大。這個過程是單分子層的化學吸附為主，細胞與重金屬離子結合很牢固，很難被解吸下來。 生物吸附是這兩個過程共同作用的結果。細胞吸附重金屬離子的微觀過程模型細胞吸附重金屬離子的機理示意圖 肽聚糖層質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進細胞內部細胞內部細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應用基礎研究一、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

38、屬離子吸附實驗研究 吸附時間對吸附效果的影響 0204060801000510152025吸附時間 （min）吸附率（）Hg2+Pb2+Hg2+Pb2+051015202530350510152025吸附時間 ( min )吸附率 ( % )Cu2+Zn2+Ni2+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 0204060801000246810pH吸附率 (%)Hg2+Pb2+Hg2+Pb2+01020304050607080901234567pH吸附率 (%)Cu2+Zn2+Ni2+Cu2+Zn2+Ni2+啤酒酵母泥對重金屬離子的不同初始濃度的

39、吸附能力 02040608010002004006008001000重金屬離子初始濃度 ( mg/L)重金屬離子去除率 (%)Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+Hg2+Pb2+Cu2+Zn2+Ni2+01020304050607080901000200400600800重金屬離子初始濃度( g/L )吸附負載量( mg/g )Hg2+Pb2+Ni2+Cu2+Zn2+重金屬離子初始濃度對吸附負載量的影響 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)進水出水出水其中: (1) 為一級處理柱 (2) 為二級處理柱 (3) 為

40、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，以常規小型吸附柱：直徑0.6 m、高1.2 m為例，可填充干燥的啤酒酵母顆粒約150 kg。根據第6.1.1節測定的啤酒酵母泥的吸附負載量最小Zn2+ 20.56 mg/g，最大Hg2+ 88.80 mg/g來計算，150 kg干燥的啤酒酵母可處理含量為100 mg/L的污水30.84133.20噸廢水。 經濟效益與環境效益分析經濟效益與環境效益分析 啤酒酵母泥是啤酒釀造車間的副產物，我國年產2000萬噸啤酒，大約有40

41、萬噸廢棄酵母泥產生。其中2/3是主發酵酵母，這部分酵母質量較好，雜質少，少量用于回收作為菌種繼續使用；其余1/3是后酵酵母，在貯酒過程中酵母與其它少量雜質如廢酒花糟、沉淀蛋白質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、分離細菌的成本。 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，系統研究了硅藻土與微生物的吸附情況。 硅藻土表面形態 (1) 圓篩藻 (2) 小環藻 放大倍數：8000 圖中標尺：2m 放大倍數：3500 圖中標尺：5m 硅藻土對微生物吸附規律 吸附時間與吸附效果的關系 010203040506070010203040吸附時間/min吸附率苦味諾卡氏菌釀酒酵母泥硅藻土用量與吸附效果的關系 010203040506001020304050硅藻土用量/ g/L吸附率/ %苦味諾卡氏菌釀酒酵母菌硅藻土對微生物吸附規律 硅藻土對微生物吸附規律 020406080246810 pH吸附率 / %苦味諾卡氏菌釀酒酵母泥溶液初始pH與吸附效果的關系 硅藻土對微生物吸附規律 吸附溫度與吸附效果的關系 102030405051525354555吸附溫度/ C吸附率/ %苦味諾卡氏