固定化重金属耐受菌对废水中铅离子生物吸附的研究

发布时间：2020-04-18 02:42

【摘要】：重金属污染是一个全球性的环境问题,由于食物链的毒性富集作用导致人类严重健康问题。相比其他重金属,如Cu~(2+),Mn~(2+),Ni~(2+)等,Pb~(2+)是一种毒性更强的重金属。铅会损害人类的神经、消化、免疫能力和生殖系统,会影响儿童的智力发育。鉴于此,国内外众多研究人员已着重研究新型的重金属污染处理方法。其中生物吸附法具有操作简单、处理效率高、投资少、无二次污染等众多优点,尤其对处理低浓度含铅废水具有一定优势,其中微生物特别是细菌在此方面具有很大潜力,且自然界中种类多、分布广,可以作为良好的Pb~(2+)吸附剂。本研究从内蒙古某乳品废水中分离筛选出一株耐铅菌株H1,经16S rDNA鉴定为嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)。用该游离菌处理含Pb~(2+)废水,研究不同吸附剂用量、pH值、吸附时间、Pb~(2+)初始浓度等因素对Pb~(2+)吸附效果的影响,确定最佳吸附条件。然后采用固定化技术,利用海藻酸钠及胶粉将菌株H1菌固定化,合成新型生物吸附剂ARSIB(Alginate-Rubber powder-Strain Immobilized Beads),以实现重金属与水的固液分离,并围绕ARSIB对含铅废水的吸附条件、性能及机理展开研究。取得成果如下:菌株H1最高耐受Pb~(2+)浓度达500 mg/L。游离态菌株H1处理含Pb~(2+)废水时:当pH 6.0、Pb~(2+)初始浓度为20 mg/L、菌体投加量为0.64 g/L、温度为30℃、吸附时间为30 min时,Pb~(2+)去除率达92.27%,在最优条件下对Pb~(2+)最大吸附量为134.76 mg/g。ARSIB合成最佳条件为:4%海藻酸钠、75%菌悬液,3.2%橡胶粉和24 h交联时间。ARSIB处理含Pb~(2+)废水最佳条件分别为:ARSIB投加量12 g/L,Pb~(2+)初始浓度为100 mg/L,pH为5.0,时间为3 h。在ARSIB对Pb~(2+)吸附过程中,Freundlich方程拟合系数(0.994)比Langmuir方程拟合系数(0.981)高,表明此吸附过程更符合Freundlich方程;对Pb~(2+)吸附动力学过程中,准二级动力学的拟合系数(0.999)比准一级动力学的拟合系数(0.977)高,表明此吸附动力过程更符合准二级动力学方程。利用ARSIB吸附Pb~(2+)前后能谱图分析比对:发现吸附Pb~(2+)后的能谱图中有明显铅峰出现,可以确定生成物中含有铅沉淀物质;且P、S在吸附铅和形成含铅沉淀物过程中可发挥了重要作用;同时,Na、Ca等也可能以离子交换的形式参与Pb~(2+)的吸附过程。将吸附Pb~(2+)前后的ARSIB作了FTIR比对分析,揭示了ARSIB表面存在阴离子基团(如:-CH、-NH等)。而且Pb~(2+)吸附后官能团振动频率的变化,表明这些基团参与了吸附过程,如峰2940 cm~(-1)(-CH)移动到2920 cm~(-1);峰1440 cm~(-1)(-NH)转移到1420 cm~(-1)等。通过ARSIB吸附Pb~(2+)前后XRD图分析得出:铅和磷化合物存在于吸附Pb~(2+)后的ARSIB中,Pb~(2+)与菌体细胞表面的功能基团(如羟基、氨基等)发生了相互作用,形成络合物附着于细胞表面,接着与磷酸基团进一步反应,最后生成磷酸盐沉淀,如Ca_3(PO_4)_2和Pb_5(PO_4)_3(OH)等,从而有效去除水溶液中的Pb~(2+)。
【图文】：

菌落形态,菌株,含铅,菌落形态

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 650.00.10.20.30.40.50.60.7OD600nm时间(h)图 3-1 菌株 H1 的生长曲线Fig. 3-1 Growth curve of strain H1定落形态特征到固体培养基上，倒置放于 30 ℃的恒温培养基本形态如图 3-2 和表 3-2。

电泳图,环境扫描电镜,菌株

图 3-3 菌株 H1 环境扫描电镜图Fig. 3-3 SEM photograph of the strain H13.4.3 菌株 H1 16S rDNA 序列分析结果3.4.3.1 菌株 H1 16S rDNA 的 PCR 扩增以菌株 H1 的基因组 DNA 为模板，对其进行 PCR 扩增，将得到的 PCR 产物用电泳检测验证，其 PCR 电泳图如图 3-4 所示。20001000
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;X172

【参考文献】