摘要：

随着工业生产的发展,如电池制造业、采掘业、涂料生产、冶炼、金属电镀和弹药生产等,重金属污染变得日益严重。其中,镉可通过食物链在人体内累积,并严重的损害人体的骨骼和肾脏等被认为是最有毒的一种重金属。并在"致癌物第九年度报告(2000)"上被列为"人类致癌物质"。因此,去除环境中的潜在镉危害显得尤为重要。近年来,重金属的植物吸附、微生物修复等新技术越来越受到人们的关注。然而,天然植物吸附剂在高效去除废水中重金属离子的同时,也可引入新的污染,如COD、BOD、TOC、颜色等。另一方面,由于重金属毒性、极端pH、以及生长过程中不断需要的各种能源物质等,被接种到污染水体的微生物在水体中的生长受到较大抑制,从而影响它的重金属修复效果。本研究将植物吸附与微生物修复联合作用,两步处理镉污染废水。 在第一阶段,油菜秸秆吸附作用时,首先对pH、接触时间、剂量等因素进行探讨。在最佳反应条件,其对镉初始浓度为11.24-78.68mg/L的废水,一次去除率为81.63-87.54%。该过程符合Langmuir吸附等温模型,即该吸附剂对镉离子的吸附为单层吸附,吸附位点是均质确定的,最大吸附量为32.26 mg/g。红外光谱分析发现油菜秸秆表面存在的羧基、氨基、巯基、羟基等化学基团在镉的生物吸附中起关键作用。准一级动力学、准二级动力学、内扩散反应模型拟合结果表明反应过程与准二级动力学模型更为吻合。这也说明油菜秸秆对镉的吸附动力主要是受化学作用即化学吸附和离子交换控制。经过四次吸附/脱附循环,SEM显微镜扫描图表明油菜秸秆表面结构基本没有明显差异,且吸附剂的吸附能力还可以保持原来的80%以上。 在第二阶段,将通过最小抑制浓度实验筛选得到的13株具有良好镉耐受性的特殊菌株接种于经第一步预处理的废水中。其中LKR02表现出最好的镉修复能力,经两步处理后,废水中总镉的去除率高达96.31-99.76%。另外还可以去除经第一步油菜秸秆处理后引入的COD(97.57%)、颜色(91.93%)。16S rDNA分析鉴定表明LKR02属于节杆菌属,并与氧化节杆菌有100%的同源性。浓度为44.96 mg/L的镉污染废水对LKR02菌株的生长影响较少,只延长其处于停滞期的时间,对其达到生长稳定期几乎无影响,生物量降低29.65%。该菌株对溶液中镉离子的去除与其生长曲线相一致。在pH范围为6-8,LKR02生长良好并表现出稳定的镉离子去除能力;当pH升高到9时,其对镉离子的提取能力减少到前者的一半,这主要是因为较高pH改变了细菌的细胞结构,影响了其对镉离子的吸收能力。 初始镉浓度为4.725、8.850、14.525mg/L的废水中,经由细胞壁表面吸附和通过代谢驱动主动运输到细菌细胞内贮存的镉含量分别为65.29%、67.43%、68.86%and34.71%、32.57%、31.14%等。本研究结果表明,分离于镉超累积植物龙葵根部的LKR02有非常好的重金属镉耐受性及良好的胞内积聚重金属离子的能力。 本工作基于植物材料吸附剂和微生物在重金属的生物修复中的不足和优势。首次提出油菜秸秆与内生菌联合作用处理镉污染废水,既克服了植物材料吸附中对水体的二次污染问题,也解决了微生物在镉污染废水中生长的能源缺乏、镉离子毒害问题。本研究表明该方法技术可行、操作简单、经济方便,是重金属污染废水治理的新方法。

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