1、 第35卷第5期 64 2009年5月 水处理技术 TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT V0135 NO5 May，2009 柠檬酸杆菌吸附重金属镉的研究 杨 晶 (河北工程_人学城l 建设学院，河北邯郸056038) 摘要：采用柠檬酸杆菌生物吸附剂，吸附重金属镉。考察了柠檬酸杆菌吸附Cd2 过程中的影响因素，包括pH、菌 浓度和金属离子浓度。结果表明，柠檬酸杆菌对Cd2+的吸附随pH的增大而增大当pH为7时吸附率达到最大值； 当菌体浓度为40 gL。时，吸附率达8945；当溶液中Cd 起始浓度为20 mg-L 时，菌体对Cd： 的吸附率最大， 达到9312；其吸附等温
2、线符合Langmuir和Freundlich模型，但Langmuir模型拟合效果更好。 关键词：柠檬酸杆菌；吸附；镉；吸附等温线 中图分类号：TQ424 文献标识码：A 文章编号：10003770(2009)0506403 环境中的重金属如铅、镉、铜、锌等，可通过食物 链而积累，导致人体慢性中毒【1，如何从工业废水中 去除重金属是一个关系到人类健康和生态环境的重 要研究领域。传统处理含重金属废水的物理化学方 法包括化学沉淀法、离子交换法、电解法、凝聚法和 氧化还原法等，这些方法耗资大而且可能造成二次 污染。 近年来，生物吸附法以其高效、廉价的优点逐渐 引起了环境工作者的重视。与传统的处理方法相
3、比， 生物吸附法具有如下优点 ：在低浓度下，金属可以 被选择性地去除；节能、处理效率高；操作的pH和 温度条件范围宽；易于分离回收重金属；吸附剂易再 生回用。因此，生物吸附技术在处理重金属污染和回 收重金属方面有J 阔的应用前景。国外学者在20世 纪80年代初就开始了这方面的研究，大量研究结果 表明，一些微生物如细菌、真菌、酵母和藻类等对金 属有很强的吸附能力 。 水中镉的污染主要来源于湿法有色金属冶炼 厂、电镀厂和矿山的废水排放，不同来源废水中镉含 量从几mgL 至几千mgL 不等，譬如镀镉工艺中 所排放废水的镉含量为40250 mgL峒。本文以柠 檬酸杆菌为生物材料，研究其吸附Cd 过程中
4、的影 响因素，包括pH、菌浓度和初始Cd2+浓度。 1材料与方法 11菌株与培养基 111菌株 弗氏柠檬酸杆菌(Citrobacterfreundii)(AS 11732)购自中国普通微生物菌种保藏管理中心。 112培养基 斜面培养和平板培养：培养基为牛肉膏0-3 05 g，蛋白胨15 g，NaC1 05 g，琼脂2 g，蒸馏水100 mL，pH 7274，30培养24 h。 液体培养：培养基除不加琼脂外，其他与斜面培 养基相同。 12材料及仪器 121主要材料 自配镉标准溶液(1 mgmL。)、NaOH、HC1、 045 m微孔滤膜。 122主要仪器 原子吸收分光光度计(WYX402B)，空
5、气浴振 荡器(HZQC)，生化培养箱(LRH150B)，离心机 (LGl024A)。 13试验方法 l-31 茵体的制备 柠檬酸杆菌经活化后，于液体培养基中30C振 荡培养24 h，之后离心收集菌体，去离子水洗涤3次， 测定干湿比，4C冰箱保存待用。 132吸附试验 准确称取一定量的菌体加入的一定浓度的CcF+ 收稿j期：20080819 基金项日：国家自然科学基金资助项目(10475038)；湖南省自然科学基金资助项目(05JJ30094) 作者简介：杨晶(1982一)女，助教，硕士，研究方向为水处理理论与技术；Email：Linda rang901yahoocom cn。 杨 晶，柠檬酸杆
6、菌吸附重金属镉的研究 65 溶液，按不同的试验要求振荡(180 rmin。)吸附一 定时间，然后离心(8 000 rmin一，15 min)，-七清液 用微孔滤膜(TL径045 m)过滤。滤液中残留的 Cd2+含量用原子吸收法分析，按下式计算菌体对 Cd2+的吸附率和吸附量。 吸附率()=(C 一cj)cixlO0 吸附量(mgg。)=(Ci-Cj)C 式中：Ci和C 分别为镉离子的起始浓度和终浓 度， 为菌体浓度。 2结果与讨论 21 pH对吸附的影响 许多研究表明，pH是影响菌体吸附金属的重要 因素。为了确定柠檬酸杆菌体吸附镉的最适pH，试 验分别用HC1和NaOH将Cd 溶液调至不同的
7、pH，在Cd2+起始浓度为100 mgL、20 g菌体L 和30C条件下吸附60 min，结果如图1所示。可以 看出，柠檬酸杆菌吸附Cd2+的能力受吸附系统的pH 影响较大，在pH为70时吸附率最大为8528。 pH 图1 pH对吸附的影响 Fig1 Effect ofpH on biosorption 溶液pH对吸附量的影响可以解释为：溶液pH 同时影响吸附剂细胞表面金属吸附位点和金属离子 的化学状态。pH低时，细胞壁的表面基团会被水合 氢离子所占据，由于斥力作用而阻碍金属离子对细 胞的靠近，pH越低阻力越大。当溶液中H十浓度减小 时，会暴露出更多的吸附基团，则有利于金属离子的 接近并吸附在
8、细胞表面上。pH过高对金属吸附亦存 在不利影响，当溶液pH超过金属离子微沉淀的上限 时，溶液中的大量金属离子会以不溶解的氧化物、氢 氧化物微粒的形式存在，从而使吸附过程无法进行。 22菌浓度对吸附的影响 在Cd2 起始浓度100 mgL，pH 70和30的 条件下，分别用不同的菌体浓度进行吸附试验。试验 结果(见图2)表明，吸附率随菌体浓度的提高而增 大，而吸附量则相反。当菌体浓度为40 gL】时，吸 附率达8945，菌体浓度大于40 gL 时，吸附率 增加不大。说明对于Cd2+浓度为100 mgL。的溶 液，40 gL。的菌体己足够。 8O 7Il 6o 。 4O 30 2O 10 0 图2
9、菌浓度对吸附的影响 Fig2 Effect ofbiomass concentration on biosorption 2-3 C 起始浓度的影响 在20 g菌体L ，pH 70和3O的条件下，分 别用不同起始浓度的Cd2+溶液进行吸附试验。试验 结果表明(见图3)，吸附量随Cdz+起始浓度的增加 而增大，而吸附率则降低。在Cdz 起始浓度为200 mgL。时菌体吸附量可达到6845 mgg。在Cd斗 起始浓度为20 mgL。时，菌体对Cd 的吸附率最 大，达到9312。说明柠檬酸杆菌更适合于从低浓 度的溶液中回收Cd ，这一结果与生物吸附适于从 低浓度溶液中回收金属的报道一致8-9。 图3
10、镉离子浓度对吸附的影响 Fig3 Effect ofinitial Cd concentration 24吸附等温线 由吸附量和平衡浓度的关系所绘出的曲线即为 吸附等温线，图4为pH为7时的吸附等温线。本试 验用Langmuir等温吸附方程 0Jlj Freundlich等温吸 附方程10睐拟合啤酒酵母菌对镉的吸附过程。 Langmuir公式：() () ) Freundlich公式：Q=kCe (2) 66 水处理技术 第35卷第5期 图4吸附等温线 Fig4 Biosorption isotherm 式中：p为平衡时的重金属吸附量，C。：重金属 的平衡浓度，p一为Langmuir方程常数，
11、表征理论 饱和吸附量，6为Langmuir方程与吸附能量有关的 常数，表征吸附剂与吸附质的亲和力， 为Fre undlich方程吸附平衡常数，表征吸附剂的吸附能 力，n为Freundlich方程吸附平衡常数。 Langmuir1 Freundlich方程式可以写成如下形式： Cep=16Q +CeQ (3) lnQ=lnk+lnCJn (4) 用Langmuir吸附等温式和Freundlich吸附等温 式分别对吸附等温线进行线性拟合，结果见图5、图6。 图5 Langmuir吸附等温线 Fig5 Langmuir adsorption isotherm Fig 6 Freundlich ads
12、orption isotherm 从图5、图6中可以得到相关参数值，如表1所 示，可见Langmuir方程比Freundlich方程拟合的相 关系数高。 表1拟合的相关参数 Table 1 Comparison ofadsorption constants 3结论 柠檬酸杆菌具有吸附Cd2+的能力，其吸附过程 受到pH、菌体浓度及离子浓度的影响。 在不使Cd2+沉淀的条件下，提高pH有利于吸 附，在pH为70时吸附率最大为8528；吸附率随 菌体浓度的提高而增大，吸附量则相反，当菌体浓度 为40 gL。时，吸附率达8945，菌体浓度大于40 gL。时，吸附率增加不大；吸附量随cd2+起始浓度
13、的增加而增大，而吸附率则相反。在Cd起始浓度为 200 mgL。时菌体吸附量可达到6845 mgg。而在 Cdz 起始浓度20 mgL 时菌体对Cd2+的吸附率最 大，为9312。 吸附模式符合Langmuir等温吸附方程和Fre undlich等温吸附方程，但Langmuir等温吸附方程拟 合效果更好。 参考文献： 1 俞誉福，毛家骏环境污染与人体保健M上海：复旦大学出版 社1985：12一l8 2 陈勇生，孙启俊，陈钧，等重金属的牛物吸附技术研究J_环境 科学进展，1997，5(6)：3443 3 陈明，甘如重金属的生物吸附J】化学工业与工程，1999，16 (1)：19-25 4Davi
14、d Kratochvil，Bohumil VoleskyBiosorption of Cu from fer- rugnous waste wate rby algae biomassJ】Wat Res，1998，32(9)： 27602768 5】 Ulku Yetis，Gulay Ozcengiz，Filiz B Dilekl，et a1Heavy metal biosorption by whiterot fungiJ1Wat Sci Tech，1998，38(45)： 323-330 6 Yin Pinghe，Yu Qiming，Jin Bo，et a1Biosorption remo
15、val of ca dium from aqueous solution by using pretreated funga biomass cultured from starch waste water【jWat Res，1999，33(8)： 1960 1963 7】 徐惠娟，廖生赘，龙敏南，等啤酒醉母生物吸附镉的研究J丁工 业微生物，2004，34(2)：1014 81 王建龙，韩英健，钱易微生物吸刚金属离子的研究进展J微 生物学通报，2000，27(6)：449452 【9】 Volesky B，Holan RBiosorption of heavy metalsJBiotechno
16、l Prog，1995，1 1：135150 10刘恒，王建龙，文湘华啤酒酵母吸附重金属离子铅的研究J 环境科学t3Z,2002,1 5( )： 6一 9l (下转第94页) 94 水处理技术 第35卷第5期 对于水中C0D和浊度的去除效果要优于双铝电 极。在极板阳极面积与被处理水的容积之比为384 1TI 1TI，氟离子浓度为6 mgL。时，最适锌铝极板比为 1：3；最适电解电压为18V；最适电解pH为6；最适极 板间距为1 cm；最适电絮凝反应时间为2530 min。 参考文献： 1 水利部，国家发展与改革委员会，卫生部全国农村饮水安全 工程“1一一五”规划R2006 2 国家环境保护总局
17、水和废水监测分析方法M】第四版北京： 中国环境科学出版社2002 FBAS，Y S JDlY ON咖lOI)IC iG 2 C ELECn咖FOR H【GH FLUOIu口)E DR姗The results showed that the adsorption efficiencyincreasedwiththeincrease ofpH and reacheditsmaximum atpH 7；whenthe straindosage andtheinitial concentrate ofCd2+were40gL- and 20 mg-L，respectively，the adsorpti
18、on efficiency reached 8945and 9312，respectivelyThe adsorption pattern ofCd on Citrobacterfieudii was in accordance with Langmuir and Freundlich isotherm，but the Langmuir isotherm is better Keywords：citrobocterfreudii；adsorption；cadmium；adsorption isotherm (上接第85页) S JDYONTHEWASTEWATERWHH【GHP LTARC0i
19、= 旺!Nr F1删Co=I【】NGPROCESSBY BATCHTYPE SCW0 TRE A T 征【NT Quan Kui Cang Daqiang2 Cheng Zewei ，Hu Yuxuan (Ci il and Environinent E， neering School，University ofScience and Technology Beijing,Beijing 100083,Chino； 2MetallM col and Ecological Engincering School，University of Science and Technology Beijin
20、g,Beijing 100083，China) AbsI According to current treating situation ofcoke plant wastewater，separate treating ofdifferent drainage from the coke plant was proposedAn experiment of supercritical water oxidation treating wastewater containing high concentration of phenol and other pollutants from cok
21、e plants tar ex- traction Process was designed and conducted in a batch reactorThe phenomenon of slagging due to the insufficiency of oxygen was analyzedThe 0r thogonal test study under different conditions of temperature，pressure，reaction time and degree of excess oxygenhydrogen peroxide showed tll
22、e Op tiona1 reaction conditions were as follows：T=420C，P=25 MPa，Time was 30 min，and degree ofexcess oxygen，under which the COD removal from the treated wastewatef is 991The results indicated that the supercritical water oxidation(SCWO)technique is satisfactory f0r the treatment of high concentration organic pollutant and small flow rate wastewater from the coke plant 唧 ：supercritieal water oxidation(scwo)；coke plant wastewater；high phenol wastewater from tar extraction
