蘇云金芽胞桿菌等微生物對環(huán)境中毒性金屬的固定轉(zhuǎn)化作用研究.pdf

1、從亞微觀角度研究并揭示微生物與毒性金屬相互過程中的生物與化學(xué)等方面微觀機理，有利于在更深刻地認(rèn)識生物處理毒性金屬污染的本質(zhì)問題的基礎(chǔ)上，發(fā)展出更為成熟高效的生物去除毒性金屬污染及其回收利用技術(shù)。本研究以污染位點分離得到的非病原菌（蘇云金芽胞桿菌、蠟狀芽胞桿菌和枯草芽胞桿菌等細菌）為研究對象，探討它們在與毒性金屬相互作用過程中的微觀變化及其對毒性金屬固定轉(zhuǎn)化機制，利用廉價的培養(yǎng)基對細菌進行培養(yǎng)并用于后續(xù)毒性金屬處理。
　　通過研究發(fā)

2、現(xiàn)：（1）從新疆鈾礦污染位點分離得到的2株蘇云金芽胞桿菌對毒性金屬鈾具有很好的耐受和吸附能力，最大的吸附容量大于400 mg U/g干菌。X射線粉末衍射（XRD）、原子力顯微鏡（AFM）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）和傅立葉紅外變換光譜（FT-IR）等研究結(jié)果表明，在無外加營養(yǎng)源的條件下，細菌能夠利用表面的磷酸、-CH2和酰胺類官能團介導(dǎo)U(Ⅵ)形成無定型的針狀含鈾化合物，并且在固定的過程中鈾仍以U(Ⅵ)的形式存在。隨著時間的

3、延長，吸附在細胞上的無定型鈾化合物將逐漸進入到細胞的內(nèi)部，并且形成具有很好晶型的磷銨鈾礦。此外，研究發(fā)現(xiàn)細胞質(zhì)對鈾的固定能力要強于細胞碎片，表明磷銨鈾礦的形成可能是由于細胞質(zhì)內(nèi)豐富的磷酸或者其它的有機質(zhì)導(dǎo)致的晶化；
　?。?）課題組成員前期的研究表明枯草芽胞桿菌的浮游細胞和生物膜對毒性金屬鉻的還原和固定能力具有很大的差異。進一步通過電鏡觀察及價態(tài)分析等探討細菌與鉻相互作用過程中的微觀機制及造成差異的原因，TEM研究表明與100 m

4、g/L鉻作用120 h后，浮游細胞的細胞壁變得模糊不完整，并且在細胞的內(nèi)部都有Cr信號，然而生物膜細胞的結(jié)構(gòu)沒有明顯的變化，在細胞的內(nèi)部無Cr信號。此外，X-射線光電子能譜（XPS）的結(jié)果則表明被浮游細胞和生物膜固定的鉻均以三價鉻的形式存在。基于以上的研究認(rèn)識，提出聯(lián)合利用浮游細胞和生物膜對10-L含鉻電鍍廢水中的鉻實現(xiàn)完全的還原和固定，處理后的鉻濃度達到國家廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)（總鉻濃度≦1.5 mg/L）。同時被固定的鉻能夠以Cr2O3的

5、形式被回收；
　　（3）以福建屏南毒性金屬位點分離的蠟狀芽胞桿菌為例，研究其對毒性金屬鎳的固定機理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該菌對鎳的固定為快速的過程，在2 h時吸附達到平衡，對鎳的吸附量為17.7 mg/g（干菌）。此外，電鏡觀察（AFM、SEM和TEM）、破碎實驗、FT-IR和XRD分析結(jié)果表明，吸附以胞外固定為主，同時酰胺類和羧化類官能團參與了鎳的固定，并且被固定在細菌上的鎳是以無定型的形式存在；
　?。?）為了降低細菌在處理毒性金屬

6、中的成本以及增加實際應(yīng)用的可能性，本文使用豆腐廢水作為微生物的廉價培養(yǎng)基，并將培養(yǎng)好的微生物應(yīng)用于實際電鍍廢水中鉻、鎳等毒性金屬的去除。研究發(fā)現(xiàn)蠟狀芽胞桿菌和人蒼白桿菌在稀釋的豆腐廢水中就能很好的生長，表明豆腐水能夠提供細菌生長的必需營養(yǎng)物質(zhì)。此外，在添加了糖渣浸出液的豆腐廢水且pH值為7.5時為細菌的最適宜生長條件。進一步的研究則表明在最佳條件下分別生長的蠟狀芽胞桿菌和人蒼白桿菌，對初始濃度分別為214 mg/L和367 mg/L的含