西南农业大学硕士学位论文摘 要摘要一些生物体，如细菌、真菌、藻类等有很强的吸附水中重金属的能力，利用这些生物体作吸附剂处理含重金属废水，比传统的物理化学处理方法更具优势生物吸附剂原料来源十分广泛， 如在发酵工 业中要利 用的多种微生物，包括细菌、 酵母、 真菌和藻类等因此， 可以 利用发酵工业生物残渣作为生物吸附 剂生产原料， 此方法不仅可以 降 低生物吸附剂的生产成本，还可以减少发酵工业生物残渣的处理费用，具有较好的经济、环境效益啤酒酵 母是 在啤酒生 产过程中 广泛使用的菌体.本研究通过以实验室培养的啤酒酵母作 生物吸附剂，以 C d Z + 和 C u Z + 为吸附对象，研究了其吸附的 动力 学过程、等 温吸附 特征以 及 前处理、 p H 、 共存离子、 菌体用量等因素对吸附的影响; 海藻酸盐为包埋剂， 研究了 对啤 酒 酵母的固定 方法及固定 化啤酒酵母颗粒的机械性能， 对其吸附 动力学、等 温吸附 特征、影 响因素及其再生进行了研究主要研究结果如下:非固定 化失活啤酒酵母对C d Z 十 的单位菌体吸附量与来自 制药厂的污泥相当， 是常用吸附 剂活性炭的三倍，在含重金 属废水的处理方面很具优势。
而对啤酒酵母用盐酸进行处理和进 行研磨后， 大大的降低了 它对C d Z 十 的吸附量动力学吸附 试验表明: 非固定化啤酒酵母对重金属的吸附是 一个快速的、不依 赖于生物 代谢的过程， 经过2 h 后C d Z + 达吸附平衡， C u Z + 为3 h 它们的的 吸附动力学过程均可用E l o v i c h 方程、抛物线扩散方程、 双常数方程、二级动力学方程、 L a n g m u i r 动力学方程来拟合， 对 C d Z + 来说，以 二级动力学方 程的的拟合效果最佳， C u Z 十 以E lo v i c h 方 程最佳溶 液p H 和 啤 酒 酵 母 用 量 对C d Z + . C u Z + 会 产生 较 大 的 影 响 本 试 验条 件 下 ， 非 固 定 化 啤 酒 酵 母 对C d Z 和C u Z + 吸 附 的 最 佳p H 为4 ， 过 高 和过 低 均 不 利 于 吸 附 的 进 行 ; 增 加 啤 酒 酵 母 用量， 会降低对C d Z 十 、 C u Z + 的单位菌体的吸附量，增加吸附总 量， 提高吸附率.啤酒酵母对 它们的吸附 量随溶液中C d Z ` , C u Z + 起始浓度提高 而增加. 但吸附率 在较低 浓度( 5 m g / L时， 吸附率 却随起始浓度的 增 加而降低， 表明啤酒酵母 对重金属的吸附位点是有限的， C d 的实际最大吸附量为1 3 .9 5 m g / g . C u 为7 . 6 7 m g / g 。
对C u Z + 和 C d Z + 的 等 温 吸附 过程 均 可 用L i n e a r 方 程 , L a n g m u ir 方 程 和F r e u n d li c h 方程来进行拟合， 但以L a n g m u i r 方 程最优， 由此计算出的最大吸 附量S md和S m - 分别为 1 3 . 9 6 m 吮 、 8 .0 1 M 眺与实际的最大吸附 量的差别分别仅为 0 . 4 % 和 4 . 0 3 %:吸附 平衡常数 K C a > K c . ，表明啤酒酵母对℃ d 2 + 的结合强度比C u Z 十 大啤酒酵母对 C d Z + 和C 少 十 的吸附是一个以表面络合为主的物 理化学过程，受溶 液中共 存 金属 离 子 的 影 响 水 中 常 见 的K + , C a Z + . N a + . M g t 十 四 种离 子 在 其 浓 度高 于5 m 叭 时， 会 影响 啤 酒 酵 母 对C u Z 十 和C d Z 十 的 吸 附 ， 其 影响 顺 序 为K ' K c } s h o w i n g c o a l i t i o n s t r e n g t h f o r C u e ' ish ig h e r t h a n C d 2 'K e y w o r d s : b i o s o r p t i o na r o m y c e s c e r e v i s i a e h e a v y me t a l s r e mo v a li mmo bi l i z a t i o n西南农业大学硕士学位论文文献 综述第 1 章文献综述随着工业的发展， 人们对重金属的使用越来越广泛， 重金属资源出现了相对缺乏的局面，伴随而来的另一严峻问题是水体受到了重金属的污染。
重金属是对生态环境危害极大的一类 污染 物它们进入环境后不能够像有机物那样能 够被生物降 解， 大多数参与食物链循环，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， 例如震 惊全世界的水 误病事件、骨痛病事件因 此，如何有效地处 理重金属废水， 回收贵重金属己经成为当 今环保领域中的一个突出问题重金属所引起的危害问题早己被人们所认识，己开发了多种有效物理化学处理方法，如 化学沉淀法，电解法、 离子交换法、膜分离技 术及活性炭吸附法等但是，当水中的重金属 浓度低于大约 l o o m 叭 时， 采用上述传统的方法 可能低效或者不合算. 而生物吸附 法则更为 有效[ 1 ,2 ,3 ,4 [ 因此， 人们希望在农产品、 生物制品 或工业副产品中 找到一些价格低廉、 易于制取，并且吸附效率高的吸附剂生物吸附，从狭义上来说就是利用生物材料来吸附去除水中 金属物质的过程，它与 传统的处理方法相比， 具有以下几个优点15 . 6 1 : ( 1 ) 在低浓 度下， 金属可以 被选择性的去除: ( 2 ) 节能、处 理效率高 :( 3 ) 操作的p H值和温度条件范围宽;( 4 ) 易于分离回收重金属: ( 5 ) 吸附剂易再生利用。
虽然重金属离子对生物体有很强的毒害效应， 超过一定的浓度后，就会对生物体产生不良 的影响， 抑制 生物生长或使生物体死亡， 但是有的微生物，如某些藻类、细菌、真菌等等，本身或是经过驯化以后对重金属有一定的耐受性，或者是直接利用失活的微生物体，能够除去水中的重金属离子1 . 1生物吸附剂的来源1 . 1 . 1藻类生物吸附剂全球已知的藻类约4万种多数情况下，藻类的细胞壁是由微纤丝形成的网状结构，含有丰富的多糖 ， 如果胶 ( 含有少量己糖、鼠李糖的多聚半孔糖醛酸的高聚物) 、 木糖、 甘露搪、藻酸或地衣酸 ，这些多糖带负电，可以通过静电引力与许多金属离子相结合，因而，藻类对 大多 数 的 重金属 都 有很 强的 吸 附 能 力 m 如 斜 生 栅 藻( S c e n e d e s m u s o b l i q u u s ) 对U 0 2 2 1 最 大的 吸附 容 量 可达7 5 m g / g 干 物 质， 能 够 使 水 中 的 铀 浓 度 从5 . 0 降 至0 . 0 5 m g / L ， 与C u 2 1 . N i 2 ' . Z n 2 , . C d 2 ' 之间的竞争也很小18 1 ，在吸附锌时， 它的 吸附 容量、对锌毒性的耐受能力比另外一种栅 藻S c e n e d e s ， 二q u a d r i c a u d a 高 1 9 1 ; 绿 微 藻( T e tr a s e l m i s c h u i i ) 在 悬 浮 状态 下 能 够 吸附C r i l0 1 : 海草a r r a s s u m能够积累 去除水中的C d 和C u , Z n 等重金属[[1 1 , 1 2 1 ;一些大型海藻， 它们的吸附容量比其它种类生物体高得多，甚至比活性炭、天然沸石的吸附容量还高，与离子交换树脂的 相当[ 1 3 ,1 4 11 .2真菌生物吸附剂真菌在自 然界中分布很广。
现已 记载的 真菌 约有 1 2 万种， 包括单细胞的酵母菌、 小型霉菌和产生子实体的大型真菌，它们中的大多数都应用于工业生产如生产抗生素的一些青霉 菌属 ( P e n ic i l l iu m ) . 链霉菌属 ( S t r e p t o m y c e s ) 菌 株: 生产脂肪酶、柠檬酸、酱油等用的各种西南农业大学硕士学位论文文献综述 旦 里纽组 里里 里巴旦 旦旦 里里里 旦旦 曲 霉( A s p e r g i l l u s ) 废 弃 菌 丝体: 进 行 类固 醇 转 化 的 黑 根霉( R h iz o p u s n ig r i c a n s ) 等; 它们 的 细 胞 壁 含大 量的 几 丁 质 和葡 聚 糖， 对 重金 属 有潜 在的 吸 附 能 力 1 15 . 16 , 17 [ ， 利 用它 们 来吸 附 去除 污水中的 重金属，不仅可以节约处理费用， 还可以 达到以 废治废的目 的来自于酿酒厂的 废菌体啤酒酵母 ( S a c c h a r o m y c e s c e r e v i s i a e ) ， 它可吸附多种重金属离子 和放 射 性核 素， 水中 的 一些 常见 的 离 子K ' . N a ' . C a t ' , M g ' + 及 盐 度 对 吸附 的 影 响 很 小 或不 影 响p 3 - 2 6 1 :曲霉属的 一些真菌菌株多种重金属和放射性核素的吸附效果也好，如酱油曲霉( A s p e r g i l l u s s o j a e ) 对 P b ' + 和 C d 2 + 的 吸附 率 为 6 9 .7 6 % 和 7 2 . 2 8 % ，米曲 霉( A s p e r g i ll u s o r y z a e) 为 6 0 .6 4 % , 8 1 . 3 4 % 12 ' 1 ; 无 花果曲 霉 ( A s p e r g i l l u s 介， ) 对 铅 的 吸附 率 可 达 9 2 .4 4 % 1 a l o 黑曲 霉( A s p e r g i l l u s n i g e r ) 对 2 4 'A m 有很 好的 吸 附 选 择 性 ， 其 吸 附 率 均 高 达 9 6 ， 即 使 溶 液中 的金 、 银浓度较2 4 1 A m高2 0 0 0 多倍，对其吸附也无明显影响12 9 1 ，当 它生长在含金属氰化物的金矿废 水 中 时 ， 它可 通 过 细 胞表 面的 吸 附 作用 而 积 累 金 、 银 、 铜 、 铁 、 锌[ 3 0 1 : 烟曲 霉( A s p e r g i l l u s f u m i g a l u s ) 能 够 很 快地 从水 溶液 中 去 除 U ( [ V ) , F e 2 ' . F e “ . C a 2 ' . Z n 2 + 的 存 在 对 它的 吸附 去 除无影响1 3 11 ， 在脂肪酶生产过程中产生的废弃菌 丝体A s p e r g i l l u s l e r r e 。
显示了良 好的铜吸附容 量 并 且 不 受 竞争 离 子 的 影响 [3 2 1 ; 根霉 属( R h i z o p u s ) 的 菌 株 对 大 多 数 的 金 属 也 有良 好的 吸附 效 果.根 霉 ( R h i z o p u s o l i g o s p o r u s ) 进行固定化后， 对C d 的 最大吸附量为3 4 . 5 m 眺，为非固定化 的 一 倍 [3 3 1 : 少 根根 酶 ( R h i z o p u s a r r h i z u s ) 铅有 高 吸 附 容 量， 而 且 还 是 一 种 很 有 前 途的 处 理核 工 业的 放 射性 废水 的 吸 附 剂[3 4 - 3 6 1 ; 黑 根霉 ( R h i z o p u s n ig r i c a n s ) 能 快 速地 吸 附 A 扩 、 L。