環(huán)微chappt課件(參考版)
2025-01-18 03:05本頁(yè)面
【正文】 。 ?以海藻酸鹽 NaAlg為例來(lái)說(shuō)明二價(jià)金屬離子(Me2+)與多糖之間的離子交換： ?2NaAlg + Me2+ — Me(Alg)2 十 2Na+ ?研制新的微生物固定化技術(shù)來(lái)生產(chǎn)新的生物吸附劑、選育新的具有不同的或更好的生物吸附性質(zhì)的微生物新品種、闡明與生物吸附作用有關(guān)的細(xì)胞壁成分、確定生物吸附劑內(nèi)的金屬結(jié)合位點(diǎn)和理解金屬吸附機(jī)理。 ?一種稱為 AlgaSORB的生物吸附劑 (使用專利載體硅膠作為固定化載體 )近年來(lái)被用于從工業(yè)廢水或污染的地下水中回收重金屬。 ?另一個(gè)生物吸附劑的豐富來(lái)源是海洋。 ?目前已廣泛使用各種細(xì)菌、真菌和海藻來(lái)開發(fā)新的生物吸附劑，新開發(fā)的生物吸附劑的主要特征應(yīng)包括以下幾點(diǎn)： ①操作適應(yīng)性廣 — 能在各種 pH、溫度及其他溶液條件和加工過(guò)程下操作； ②金屬選擇性高 — 能從溶液中吸附各種重金屬離子而不受堿土金屬離子的干擾； ③ 金屬離子濃度的影響小 — 在低濃度下 (≤10mg/L)和在較高濃度下 (≥100 mg／ L)都具有良好的金屬吸附能力； ④對(duì)有機(jī)物具有較高的耐受力 — 低濃度的有機(jī)物污染 (≤5g /L)不影響金屬離子的吸附； ⑤具有較好的再生能力 — 再生步驟應(yīng)簡(jiǎn)單，再生的生物吸附劑的吸附能力與新鮮的生物吸附劑相比不應(yīng)有明顯的降低。 ② 生物回收系統(tǒng)有限公司 (北美，拉斯維加斯 )，該公司用硅膠或聚丙烯酰胺凝膠固定的淡水藻小球藻（ Chlorella）菌體開發(fā)了吸附或回收金屬離子的生物吸附劑。將金屬離子洗脫之后，生物吸附材料還可以再生。這些生物吸附材料既可以在低濃度的重金屬?gòu)U水中回收重金屬，也可以在較高的金屬離子濃度下操作。 ?從電鍍污泥、各種重金屬?gòu)U水等環(huán)境中可篩選到能耐受較高金屬離子的功能菌株，經(jīng)培養(yǎng)，可獲得具有較高金屬結(jié)合能力的活菌體。 六、生物吸附劑的應(yīng)用 ?使用具有吸附金屬離子能力的活性污泥或生物膜可在某種程度上從含有重金屬離子的工業(yè)廢水中收集和回收重金屬離子。 ?水溶液從底部進(jìn)入反應(yīng)器與其中的吸附劑進(jìn)行混合接觸并呈流化狀態(tài)。 4．脈沖接觸式反應(yīng)器 ?脈沖接觸式反應(yīng)器是指在 適宜的進(jìn)水水力負(fù)荷 條件下，吸附達(dá)到 飽和的生物吸附劑 能夠及時(shí)地從反應(yīng)器進(jìn)入 再生系統(tǒng) ，新鮮的吸附劑同時(shí)從脈沖槽中快速補(bǔ)充，反應(yīng)器的吸附劑采取 “吸附 — 排空 — 補(bǔ)充” 的方式周期運(yùn)行。 ?為了保證床層的水流狀態(tài)和吸附效率，吸附劑的粒徑以 1～ 3mm為宜， ?通常采用兩個(gè)以上的反應(yīng)器并聯(lián)運(yùn)行，交替進(jìn)行吸附和再生操作。含重金屬的廢水和吸附劑均連續(xù)進(jìn)入反應(yīng)器中，經(jīng)混合后形成懸浮液，在適宜的運(yùn)行條件下，吸附反應(yīng)結(jié)束，懸浮液經(jīng)過(guò)濾器將吸附劑和廢水進(jìn)行分離。 ?生物吸附劑與含重金屬的廢水首先在反應(yīng)器中混合形成懸浮溶液，當(dāng)吸附結(jié)束時(shí)，懸浮液進(jìn)入過(guò)濾器進(jìn)行固液分離，得到的固體吸附劑進(jìn)行再生處理，濾液進(jìn)人回收槽后進(jìn)一步凈化處理。 五、生物吸附工藝過(guò)程 1．間歇攪拌式反應(yīng)器 ? 在間歇攪拌式反應(yīng)器中，顆粒狀的生物吸附劑與重金屬?gòu)U水只有充分接觸、實(shí)現(xiàn)固液兩相的均相混合，才能有效地去除廢水中的重金屬離子。 ?在原核生物和真核生物的外表面，含有能和金屬離子發(fā)生反應(yīng)的各種活性基團(tuán)，這些活性基團(tuán)一般來(lái)自磷酸鹽、胺、蛋白質(zhì)和各種碳水化合物，其分子內(nèi)含有的 N、 P、S和 O等電負(fù)性較大的原子或基團(tuán)，能與金屬離子發(fā)生螯合或絡(luò)合作用。 ? 螯合作用是一個(gè)配基上同時(shí)有兩個(gè)以上的配位原子與金屬結(jié)合而形成具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配合物的過(guò)程。離子交換隨不同的菌種和生長(zhǎng)條件而變化，生長(zhǎng)條件可影響細(xì)胞上磷酸根和羰基的比例，從而影響對(duì)不同金屬的吸收，一般過(guò)渡金屬被優(yōu)先吸收，而堿金屬、銨、鎂、鈣則不被吸收。二價(jià)金屬離子能夠與這些多糖的陽(yáng)離子發(fā)生離子交換。有毒的重金屬離子與細(xì)胞物質(zhì)具有很強(qiáng)的結(jié)合能力，因此，離子交換在重金屬?gòu)U水的處理中具有特別重要的意義。研究結(jié)果表明，在微生物處理重金屬?gòu)U水過(guò)程中，被動(dòng)吸附是細(xì)胞吸收的主要形式。 ?被動(dòng)吸附是指細(xì)胞表面覆蓋的胞外多糖(EPS)、細(xì)胞壁上的磷酸根、羧基、巰基、胺基等基團(tuán)以及胞內(nèi)的一些化學(xué)基團(tuán)與金屬間的結(jié)合。 ? 陰溝腸桿菌 (Enterobacterchoacae)能將 Mo6+還原形成鉬藍(lán)而凈化 Mo6+廢水，在這一過(guò)程中 NADH和 N,N,N,N,— 四甲基 — 對(duì)苯二胺作為 Mo6+ 還原的氫供體，并且 Mo6+ 還原還與糖酵解和電子傳遞有關(guān) . ? 從植物根瘤上分離到的抗汞根瘤菌，其抗汞能力與還原酶和有機(jī)汞裂解酶有關(guān)； ? 青霉菌 BS1能將 Cr6+還原為 Cr3+而降低 Cr6+的毒性； ? 硫酸鹽還原菌 (SRB)在厭氧條件下產(chǎn)生的H2S和廢水中的 Zn2+反應(yīng)生成金屬硫化物沉淀而得以去除廢水中的 Zn2+離子。 （三）微生物對(duì)金屬的吸附 ?細(xì)胞轉(zhuǎn)化是指微生物代謝產(chǎn)生的及細(xì)胞自身的一些還原性物質(zhì)將氧化態(tài)的毒性重金屬離子還原為無(wú)毒性的沉淀。 ?一般來(lái)說(shuō)，金屬的生物吸附是以其結(jié)合機(jī)理為基礎(chǔ)的。 ?在生物體內(nèi)，硬金屬離子一般與 OH、HPO CO3 RCOO和＝ C＝ O等含氧官能團(tuán)形成穩(wěn)定化學(xué)鍵，而軟金屬離子一般與 CN、 RS、 SH、 NH2和咪唑等含氮和含硫基團(tuán)成鍵。 ?能與 F形成很強(qiáng)化學(xué)鍵的金屬離子就稱為“硬金屬”，如 Na+、 Mg2+和 Ca2+等。 ?大多數(shù)海藻細(xì)胞壁的外面有一層黏性物質(zhì)，這類物質(zhì)因含有糖醛酸而具有很大的結(jié)合金屬離子的能力。磷酸二酯和羧基使真菌細(xì)胞壁表面帶有電荷。這些物質(zhì)和蛋白質(zhì)、脂肪和多糖結(jié)合在一起。真菌細(xì)胞壁是多層、微纖維結(jié)構(gòu)。 ?外膜通過(guò)脂蛋白或離子鍵 (Mg2+、 Ca2+等 )結(jié)合到肽聚糖上。 (2) G細(xì)菌的細(xì)胞壁 ?革蘭陰性細(xì)菌的外膜由脂多糖 (LPS)、磷脂和蛋白質(zhì)組成，鎂離子對(duì)分子的化學(xué)穩(wěn)定性具有重要作用。 ?細(xì)胞壁結(jié)合金屬離子有 3個(gè)主要的機(jī)理：吸附、微沉淀和晶核作用。 細(xì)菌細(xì)胞壁 （ 1）革蘭陽(yáng)性細(xì)菌的細(xì)胞壁 ?肽聚糖帶有陰離子基團(tuán)，具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，允許分子量為 1 200～ 70000的分子通過(guò)。細(xì)胞外多糖 (EPS)在某些微生物吸附重金屬離子的過(guò)程中也有一定的作用。 四、生物吸附機(jī)理 （一）微生物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)特征 細(xì)菌、真菌和藻類微生物細(xì)胞與動(dòng)物細(xì)胞的最大區(qū)別在于細(xì)胞原生質(zhì)膜外有明顯的細(xì)胞壁，其在微生物吸附重金屬離子的過(guò)程中起著重要作用。 ?許多研究表明細(xì)菌及其產(chǎn)物對(duì)溶解態(tài)的金屬離子有很強(qiáng)的絡(luò)合能力。 例如，海洋微生物可將 pb2+和 Cd2+從海水中分別富集 105倍和 105倍。分離的枯草芽孢桿菌細(xì)胞壁具有結(jié)合大量金屬離子的能力。 ?磷酸基與鈾形成穩(wěn)定的復(fù)合物，羧基只有當(dāng)磷酸基飽和時(shí)才起作用。 ?酵母細(xì)胞的表面能與陽(yáng)離子迅速可逆地結(jié)合而起著離子交換樹脂的作用，啤酒酵母能迅速吸附鈾，推測(cè)在其表面可能具有磷酸基和羧基，磷酸二酯鍵的離解可能在啤酒酵母的細(xì)胞表面形成負(fù)離子。 ?Tezuka （
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