粘质红酵母菌WT6-5对水中Pb2+的耐受性及吸附作用研究

论文摘要

含铅废水主要来自蓄电池、冶金、五金、机械、涂料和电镀等工业生产过程。由于重金属不能被生物降解,因此各国均将其列为水中优先控制的污染物之一。目前含铅废水的物理和化学处理方法具有一定的局限性,而生物吸附法是利用微生物对重金属的吸附和积累作用,从环境中超量吸收转移一种或几种重金属,从而达到减少环境中重金属含量的目的,同时微生物吸附重金属具有操作简便、选择性强、处理效果好等优点,因此近年来一直是重金属废水处理研究的热点。本研究从重金属尾矿土壤中分离筛选出具有重金属抗性和高效吸附能力的优良酵母菌菌株WT6-5,通过对菌株的形态与菌落特征观察、生理生化特性分析和16SrDNA测序,鉴定其为酵母菌属的粘质红酵母（Rhodortorula mucilaginosa）。研究了菌株WT6-5对Pb2+的耐受性和积累特性,确定其最大耐受量。利用单因素实验和和响应面法优化了菌体对Pb2+的吸附条件,并在高效、稳定的优化条件下进行了吸附动力学研究,同时采用多种手段研究了高效抗性菌株对Pb2+的吸附特征,初步阐明菌株WT6-5对铅的吸附和抗性机理。获得的主要研究结果如下：菌株WT6-5对铅的抗性实验研究表明：WT6-5对Pb2+有较高的抗性,与普通培养基相比,菌株在YPD培养基中的耐受性更高,在液体培养基中对Pb2+的最大耐受剂量为750.00mg/L,同时菌体内部对铅也有一定的生物积累。对WT6-5积累重金属及抗性机理的研究结果表明：WT6-5对Pb2+的积累率在接种培养48h后达最大值,对浓度为5.00mg/L的Pb2+的最大积累率为53.14%,对浓度为10.00mg/L的Pb2+的最大积累率为32.73%。WT6-5通过调节细胞膜透性、调节细胞中的蛋白含量、积累一定量的Pb2+以及提高SOD酶活性等机制增加细胞对Pb2+的抗性。单因素条件下研究菌株WT6-5对铅离子的吸附作用。探讨了吸附时间、Pb2+初始浓度、吸附剂用量、pH值、温度等因素对吸附Pb2+的影响。实验结果表明,菌株WT6-5吸附Pb2+的速度非常快,最佳吸附时间是10min,此时WT6-5对浓度为10.00mg/L的Pb2+吸附率已达到92.48%,30min时到达吸附平衡。pH值对吸附作用有着较大的影响,吸附的最佳pH值范围是4.50～6.00,pH值为5.00时效果最好。温度对吸附的影响不大,在常温条件下即能较好吸附。通过Box-Behnken设计和响应面法优化菌株WT6-5吸附含Pb2+废水的条件,确定该菌株的最佳培养条件：吸附时间为8min, Pb2+初始浓度为6.80mg/L,溶液PH值为5.79,摇床转速为133.84r/min,此时菌株WT6-5对Pb2+的实际吸附率达到96.58%,与理论预测值（97.30%）接近。对菌株WT6-5吸附Pb2+的吸附等温模式和吸附动力学进行分析,并通过扫描电镜技术和红外光谱技术对菌株的吸附机理进行探讨。研究结果表明,Langmuir吸附等温式和Freundlich吸附等温式的线性相关系数分别为0.9837和0.8852,因此菌株对Pb2+的热力学吸附过程可以用Langmuir吸附等温线描述。菌株吸附Pb2+的过程可以用准二级吸附速率方程来描述。通过扫描电镜技术观察到菌株WT6-5在吸附Pb2+后细胞形态发生改变,菌株细胞壁表面有许多片状或颗粒状的金属沉淀物。通过红外光谱分析可以推断出WT6-5吸附Pb2+的主要位点为羧基、羟基、酰胺基、C-N基和硫羰基。研究表明菌株WT6-5对重金属Pb2+具有很好的吸附作用,是良好的重金属吸附剂,在重金属生物修复中具有广泛的应用前景。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 铅的来源、危害与处理方法
• 1.2.1 水体中铅的来源
• 1.2.2 铅的基本性质和危害
• 1.2.3 国内外含铅废水处理方法
• 1.3 生物吸附法的主要研究概况
• 1.3.1 生物吸附剂
• 1.3.2 生物吸附法的吸附原理
• 1.3.3 生物吸附的影响因素
• 1.4 粘质红酵母菌的研究概况
• 1.5 响应面法简述
• 1.6 本文的主要研究目的、内容和意义
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 主要研究内容
• 1.6.3 研究意义
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 菌种
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 实验药品
• 2.1.4 试剂的制备
• 2.2 元素分析测定方法
• 2.2.1 方法简介
• 2.2.2 仪器及工作条件
• 2.2.3 分析线的选择
• 2.2.4 工作曲线的绘制
• 2.2.5 试验方法
• 2.2.6 检出限
• 2.2.7 精密度试验
• 2.2.8 准确度试验
• 2+的耐受作用研究'>第3章 WT6-5对水中Pb²⁺的耐受作用研究
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 试验试剂
• 3.1.2 试验设备
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 菌种鉴定
• 2+的耐受性和积累性质的研究'>3.2.2 WT6-5对Pb²⁺的耐受性和积累性质的研究
• 3.2.3 铅胁迫对菌株WT6-5的生理生化功能的影响
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 菌种鉴定
• 2+的耐性和积累性质的研究'>3.3.2 WT6-5对Pb²⁺的耐性和积累性质的研究
• 3.3.3 铅胁迫对菌株WT6-5的生理生化功能的影响
• 3.4 本章小结
• 2+的条件优化'>第4章 WT6-5吸附水中Pb²⁺的条件优化
• 4.1 实验材料和方法
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 单因素实验设计与结果
• 4.2.2 BBD优化设计结果与响应面分析
• 4.3 本章小结
• 2+的吸附机理研究'>第5章 WT6-5对水中Pb²⁺的吸附机理研究
• 5.1 实验材料和方法
• 5.1.1 实验材料
• 5.1.2 实验方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 等温吸附模型的拟合
• 5.2.2 吸附动力学研究
• 5.2.3 SEM和EDS分析
• 5.2.4 红外光谱分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 研究结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢