重金属对环境的污染已日趋严重,采取合适的处理技术对重金属废水进行有效处理,是降低重金属污染的重要途径之一。在众多的重金属处理方法中,微生物吸附法,因其具有环境友好及成本低的特点而受到广泛的关注和研究,其中微生物吸附材料的开发、改性最为活跃。因此本文旨在通过研究最常见典型微生物及从特殊环境中筛选出的典型微生物对Pb²⁺等重金属的吸附特性,并通过微生物改性提高其吸附性能和安全性,为推动微生物吸附材料的研发提供某些理论基础。本论文选取云南某矿山废水作为微生物来源,通过逐级增加培养基中重金属离子浓度,筛选出对Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺具有较强耐受能力的三株不同类型的微生物,同时选择最常见的面包酵母作为另一类微生物,根据其吸附能力和对人体致病性,以对Pb²⁺等重金属的吸附特性为考察对象,对吸附能力较好的微生物探讨其对重金属的吸附特性,对吸附能力较低和具有致病性的微生物通过不同的方法进行改性处理,探讨改性方法的可行性,从而提高微生物的吸附能力和安全性,为不同类型微生物的应用和改性应用提供可借鉴的方法和拓宽应用范围。本文通过序批式实验,考察了不同的影响因素,如溶液初始pH值、吸附剂用量、吸附时间、初始金属离子浓度和吸附温度等对各吸附剂吸附能力的影响。同时结合多种现代测试分析技术,对各吸附剂的吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学,以及相关吸附机理进行了分析和研究。主要研究结果如下:（1）从云南某矿山废水中筛选出3株对Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺具有较强耐受能力的菌株S1、S5,S12。通过16S rDNA序列分析、构建系统发育树并结合革兰氏染色结果,可以判断菌株S1、S5和S12分别为肺炎克雷伯氏菌Klebsiella pneumonia,巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium和根瘤农杆菌Agrobacterium tumefaciens。通过傅里叶红外光谱（FTIR）分析,S1、S5和S12表面均含有羟基、羧基、氨基和磷酸基团等。通过S1、S5和S12对Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺吸附能力的初步研究以及菌株的致病性进行评估,结果表明,S12对Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的吸附能力最强,无致病性;S1的吸附能力较好,但具有致病性;S5的吸附能力较差,没有致病性。针对这三种典型的微生物,后续对S12主要开展吸附Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的吸附特性和吸附机理研究;以Pb²⁺作为处理对象,重点研究高温灭活改性方法在消除肺炎克雷伯氏菌S1致病性的同时对其吸附性能的影响;以Pb²⁺作为处理对象,重点研究巨大芽孢杆菌S5化学改性的可行性以及改性后的吸附能力和吸附机理。（2）根瘤农杆菌多应用于植物基因工程。本研究针对具有良好吸附能力的根瘤农杆菌,将其菌体作为一种生物吸附材料,研究其对模拟废水中的Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的吸附特性和吸附机理。研究结果表明,根瘤农杆菌对Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型,吸附过程是发生在根瘤农杆菌表面的均相单分子层化学吸附。吸附热力学参数吉布斯自由能?G和焓变?H计算结果表明,根瘤农杆菌对Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的吸附过程是一个自发的吸热过程。在30℃时,根据Langmuir吸附模型拟合结果,根瘤农杆菌对Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的最大吸附量分别为234.12、58.42和51.31 mg/g。扫描电镜的微观观察（SEM）、能谱仪的元素分析（EDS）、FTIR和X射线光电子能谱（XPS）分析表明根瘤农杆菌对Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的吸附机理主要是菌体表面存在的含N、O和P的基团与金属离子发生络合作用,从而有效去除水中的金属离子。根瘤农杆菌能够高效去除水中的Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺,尤其是对Pb²⁺的吸附能力表现优异,在重金属废水处理中具有较大的应用潜能。（3）肺炎克雷伯氏菌吸附能力较好,但是其为一种致病菌,将其活菌体直接用于吸附重金属会引起环境安全问题。因此,以对Pb²⁺的吸附性能作为代表,研究采用高温灭活物理改性的方法对肺炎克雷伯氏菌吸附能力的影响。研究结果表明,经过高温处理后的死细胞（DC）和肺炎克雷伯氏菌的活细胞（LC）对Pb²⁺的吸附动力学和吸附等温线均能较好符合准二级动力学模型和Langmuir模型。DC对Pb²⁺的吸附为自发的放热过程,然而LC对Pb²⁺的吸附为自发的吸热过程。经过高温处理的DC细胞表面暴露出更多的活性位点,以及比表面积增大和表面负电荷增加,使DC对Pb²⁺的吸附量高于LC。DC对Pb²⁺的吸附主要是通过含N基团与Pb²⁺之间的络合作用。高温处理克服了克雷伯氏菌的致病性,同时使其吸附能力得到提高,得到一种安全、有效的微生物吸附剂。（4）巨大芽孢杆菌吸附能力低,黄原酸化改性具有效果好、操作过程简单、合成成本低、合成时间较短的优点。研究结果表明,采用黄原酸化改性巨大芽孢杆菌是一种可行的改性方法,能够成功制备出一种低成本、高效的新型微生物吸附剂（XBCS）,对Pb²⁺具有很好的吸附性能。XBCS对Pb²⁺的吸附过程为单分子层的化学吸附,在温度为30℃的条件下,XBCS对Pb²⁺的最大吸附量为350.3mg/g,明显高于巨大芽孢杆菌对Pb²⁺的吸附量51.64 mg/g。热力学研究结果表明,XBCS对Pb²⁺的吸附是一个自发的吸热过程。SEM-EDS、FTIR、X射线衍射仪（XRD）和XPS表征分析表明,XBCS对Pb²⁺具有较高的吸附量主要依赖于XBCS吸附剂表面含S基团与Pb²⁺之间的络合作用。以上研究结果表明,黄原酸化改性是一种能够有效提高巨大芽孢杆菌吸附能力的化学改性方法。（5）面包酵母是一种产量大和研究应用最多的原材料,但直接应用于重金属吸附,存在吸附能力较差等问题,磷酸盐对重金属具有较好的化学络合作用,采用磷酸盐改性具有简单易行的特点。因此,研究采用磷酸盐改性面包酵母的新方法,将磷酸基团引入到面包酵母表面,制备磷酸盐改性面包酵母新型微生物吸附剂（PMBY）,对其吸附Pb²⁺的吸附性能和吸附机理进行研究。结果表明,PMBY对Pb²⁺具有很好的吸附性能,其吸附是一个快速吸附过程,大约在3 min就能够达到吸附平衡。PMBY对Pb²⁺的最大吸附量约是原始面包酵母吸附量的3倍。PMBY对Pb²⁺的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温线模型;SEM-EDS、FTIR和XPS分析表明PMBY对Pb²⁺的快速吸附主要通过表面磷酸基团与Pb²⁺之间的络合作用。PMBY具有良好的再生能力,在使用0.01 mol/L的HCl作为洗脱液时,在5个吸附-解吸循环后,PMBY对Pb²⁺的吸附能力仍然能够达到第一次吸附能力的90.77%。研究表明,磷酸盐化学改性是一种能够明显改善酵母菌对Pb²⁺吸附性能的化学改性方法,提高了酵母菌对重金属的处理能力。综上所述,本论文对四种不同性质的微生物吸附剂的吸附能力和吸附机理进行研究,得到:对于不同性质的微生物对重金属具有不同吸附性能,微生物吸附剂对Pb²⁺等重金属的吸附性能与表面能产生化学络合作用的官能团有关,改性的效果提高主要是增加了微生物表面能与重金属产生化学络合作用的官能团形式和数量。这些研究结果为微生物吸附剂的制备与应用提供了技术和理论指导。