枯草芽孢杆菌对废水中Cu2+和Cd2+共存时的吸附性研究

2019-11-07徐立芹

生物化工 2019年5期

徐立芹

（临邑县生态环境局，山东德州 251500）

生物吸附的概念最早是由Ruchhoft在1949年提出的[1]，具有在低浓度下可以选择性去除某种金属离子，处理效率高，成本低，没有二次污染等优点。因此,微生物吸附技术具有更好的经济价值和社会价值。从20世纪九十年代开始，世界各国致力于微生物吸附法处理重金属废水的研究，研究表明，大量的细菌、真菌、藻类对重金属均有很强的吸附能力[2]。目前，国内外对菌体与单一的金属离子吸附性研究比较多，但在实际的废水处理中会存在多种离子，因此研究菌体对混合离子的吸附有着很重要的实际意义。枯草芽孢杆菌是理想的微生物，但用于吸附重金属废水报道较少。本实验主要研究了枯草芽孢杆菌对水体中Cu2+和Cd2+共存时的吸附特性。

1 材料和方法

1.1 实验用微生物

本实验选用的微生物为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）单一菌株，购自中科院微生物所，编号：BF7658。活化所用培养基为菌体生长基本培养基，灭菌，接种，180r/min、30℃摇床培养24 h。

1.2 仪器

TAS-990原子吸收分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）

1.3 吸附实验

吸取已知浓度的Cu2+和Cd2+溶液于250mL三角瓶中，加入定量的菌体，摇床振荡进行吸附试验。

1.4 金属离子的去除率[3]

其中，Q是金属离子去除率（%），C0是吸附前溶液中金属离子初始浓度（mg/L），C是吸附平衡时的浓度（mg/L）。

2 结果与讨论

2.1 Cu2+、Cd2+标准曲线的绘制

2.1.1 Cu2+溶液的标准曲线

324.7nm处测定标准Cu2+溶液吸光度（A）值，此时仅有微小的正偏差（偏差率为3.33%），如图1所示。

图1 Cu2+原子吸收标准曲线

2.1.2 Cd2+溶液的标准曲线

228.8nm处测定标准Cd2+溶液吸光度（A）值，此时仅有微小的正偏差（偏差率3.31%），结果如图2所示。

图2 Cd2+原子吸收标准曲线

2.2 Cu2+、Cd2+单独存在时的吸附

Cu2+、Cd2+单独存在时，Cu2+、Cd2+浓度对吸附效果的影响如图3、图4所示。

图3、图4结果表明：菌体对Cd2+和Cu2+的吸附率和都是随着金属离子初始浓度的提高而提高。在等温条件下，对Cd2+的最佳吸附浓度是30～40 mg/L，Cu2+的最佳吸附浓度是20～30 mg/L。金属离子浓度在50 mg/L时吸附率下降，以后吸附率不再提高，可能是因为此时菌体吸附已经达到饱和。

图3 Cu2+的浓度对吸附效果的影响

图4 Cd2+的浓度对吸附效果的影响

2.3 共存离子对吸附的影响

Cu2+的存在对菌体吸附Cd2+的影响如图5所示，Cd2+的存在对菌体吸附Cu2+的影响如图6所示。

图5 Cu2+的存在对枯草芽孢杆菌吸附Cd2+的影响

图中显示，Cu2+与Cd2+在共同存在的时候，随着Cu2+的浓度的升高，枯草芽孢杆菌对Cd2+的吸附率是呈下降的趋势；同样，随着Cd2+的浓度的升高，枯草芽孢杆菌对Cu2+的吸附率是呈下降的趋势，原因是Cu2+与Cd2+竞争定量菌体上的吸附结合位点，因此如果用枯草芽孢杆菌来去除水相中的Cd2+，Cu2+的共存对去除目标离子是不利的；如果用枯草芽孢杆菌来去除水相中的Cu2+，Cd2+的共存对去除目标离子是不利的。

图6 Cd2+的存在对菌体吸附Cu2+的影响

2.4 Cu2+，Cd2+共存时枯草芽孢杆菌的吸附能力

固定Cu2+和Cd2+的质量浓度之和不变，枯草芽孢杆菌对Cu2+，Cd2+的生物吸附如图7所示。

图7 固定Cu2+和Cd2+的质量浓度之和不变枯草芽孢杆菌对Cu2+，Cd2+的生物吸附

图7结果显示，固定Cu2+、Cd2+的质量浓度之和不变时，随着Cu2+浓度的增大和Cd2+浓度的减小，Cu2+的吸附量增大，Cd2+的吸附量减小，Cu2+和Cd2+的吸附量之和比单独存在时菌体的吸附率变化不大，说明枯草芽孢杆菌的吸附能力基本不变。这点和张敬华[4]等研究的啤酒酵母吸附铜离子的结果是一致。数据显示，Cd2+下降的更明显。这说明Cu2+吸附竞争性比Cd2+要强，这可能和Cu2+、Cd2+与菌体细胞壁上起作用的官能团有关系。