固定化酵母吸附重金属离子的研究

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随着采矿、冶炼、化工等行业的快速发展,排放的重金属废水大量增加,引起水体和土壤的重金属污染。研究表明,职业或长期接触重金属能引起人体急性和慢性疾病,如铅、汞、镉都能引起多种人类疾病。因此,处理废水中重金属成为当前环境治理中的一项重要内容。  工业上传统处理重金属废水的方法很多,但都不同程度地存在着投资大、耗能高、操作困难、易产生二次污染等缺点,特别是在处理低含量重金属废水时,操作费用和原材料成本相对过高,处理效果也不理想。生物吸附法与传统的处理方法相比,其处理效率高,运行费用低,pH值和温度适应范围广,能对低浓度重金属进行富集或吸附。因此,本研究通过实验室对酵母菌的化学诱变,选出对目标重金属离子(Pb2+,Cr6+)具有高耐受性能的菌株,再利用微生物固定化的方法来富集重金属离子,从而达到净化重金属废水的目的。  通过铅对大蒜遗传损伤作用的研究,发现当Pb(NO3)2浓度高于0.125 g/L时,大蒜根尖细胞的分裂指数显著降低,微核细胞数显著增加,说明Pb(NO3)2对大蒜根尖细胞产生了遗传损伤。通过酵母菌对Pb(NO3)2的耐受性研究,我们发现平板涂布法对于酵母的耐受性研究非常有效,酵母菌能够生长和分裂的最高硝酸铅浓度为7 g/L。通过有机诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)诱变处理使酵母菌发生突变,从中选出能在含15 g/L硝酸铅的培养基上生长的菌落,进一步在硝酸铅培养基上进行驯化,从而得到固定化和富集实验用菌株。  实验中酵母细胞的固定化采用海藻酸钠-明胶包埋法,我们通过研究酵母浓度(25、50、75、100和125 g/L)、固定化酵母颗粒的浓度(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5g/mL)、重金属离子初始浓度(Cr6+:5、10、15、20、40、60、80、100 mg/L和Pb2+:10、20、40、60、80、100和200 mg/L)、pH值(1、2、3、4、5、6、7、8、9和10)、富集时间(0-24 h,每隔2h测定一次)、富集温度(20和30℃)和转速(200和100 rpm)分别对Cr6+和Pb2+富集的影响,发现固定化颗粒中酵母菌的浓度为100g/L时,固定化颗粒对Cr6+和Pb2+的富集效果最好;随着固定化颗粒浓度的升高,Cr6+和Pb2+的富集率也在升高,但是富集量却在降低,通过成本和富集率的计算,我们决定采用固定化颗粒的浓度为0.2 g/mL;研究重金属离子初始浓度和pH值对富集的影响,发现随着浓度的升高,富集率先升高后降低,初始浓度为20 mg/L时,富集率最高;溶液的pH值分别为3和2时,对Pb2+和Cr6+富集效果最好;通过在不同温度和转速条件下,固定化颗粒对Pb2+和Cr6+富集的实验,发现温度为30℃时富集率高于20℃,转速为200 rpm时富集率高于100 rpm。  通过研究不同因素对Pb2+和Cr6+富集效果的影响,我们找到了富集Pb2+的最佳工艺条件:固定化酵母颗粒的浓度为0.2 g/mL,Pb2+初始浓度为20 mg/L,Pb2+溶液的pH值为3,富集时间为4h,温度为30℃和转速200 rpm;富集Cr6+的最佳工艺条件为:固定化酵母颗粒的浓度为0.2 g/mL,Cr6+初始浓度为20 mg/L,Cr6+溶液的pH值为2,富集时间为2h、温度为30℃和转速为200 rpm。
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