论文部分内容阅读
近年微生物胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,简称EPS)作为一种新型的生物吸附剂,在吸附重金属方面的潜能引起广泛关注,但关于重金属对微生物及其EPS特性的影响鲜有报道。Bacillus vallismortis为本实验室前期研究筛选的一种好氧异养菌,对锌铜矿捕收剂苯胺黑药具有良好的降解能力,锌铜矿废水是一类含重金属和难降解有机污染物的复合型工业废水,重金属与微生物之间的相互作用关系不容忽视。因此,为了解重金属对Bacillus vallismortis的胁迫影响,本研究选择以Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)作为胁迫因子,考察两种金属对细菌EPS产量、组分变化特征及其吸附性能的影响,采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、三维荧光光谱(3D-EEM)以及X射线光电子能谱(XPS)等分析了锌铜胁迫Bacillus vallismortis EPS的特性,同时将胁迫后的EPS作为重金属吸附剂,研究了它们的吸附能力和吸附行为,主要结论如下:1.在Zn(Ⅱ)胁迫下,Bacillus vallismortis培养至稳定期产生最多EPS,当Zn(Ⅱ)为12 mg/L时EPS产量翻倍,达到100.84 mg/gVSS,Zn(Ⅱ)使多糖和蛋白质产量增加且前者增幅明显;在Cu(Ⅱ)胁迫下菌株需培养至对数期时产生最多EPS,在Cu(Ⅱ)为6mg/L情况下EPS产量最高为60.65 mg/gVSS,Cu(Ⅱ)的胁迫作用提高了菌株EPS的蛋白质产量;2.SEM观测显示胁迫后细菌表面的粘性物质厚度增大;3D-EEM结果显示金属的胁迫作用导致EPS中类色氨酸和类酪氨酸、部分类腐殖质和部分类富里酸的含量增加,且Zn-EPS(即Zn(Ⅱ)胁迫EPS)比Cu-EPS(即Cu(Ⅱ)胁迫EPS)多出现一种类富里酸物质;3.FTIR分析和XPS分析表明金属胁迫作用不改变EPS官能团的种类,但能通过改变EPS组分从而提高EPS某些活性官能团的相对浓度。其中,Zn(Ⅱ)胁迫作用使菌株将EPS中的部分碳链断开,再与O、N结合产生更多碳氧双键和酰胺基,另外C-OH的相对含量提高;Cu(Ⅱ)的胁迫作用导致EPS中的部分C-O变成碳氧双键和羟基,蛋白质中的C-N和R2-NH等相对含量亦有所增加,这些基团的增加有助于提高EPS与金属的配位能力;4.吸附实验结果表明温度变化对胁迫前后EPS的吸附效果影响不显著,但温度过高会影响EPS中蛋白质活性导致吸附量略有下降;胁迫前后EPS的吸附量均随pH值升高而提高,推测Zn-EPS因胞外多糖含量较多而受pH值影响较大;胁迫前后三种EPS在吸附Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)过程中均经历快速吸附-慢速吸附-吸附平衡三个阶段,吸附动力学符合准二级动力学模型;胁迫前后EPS吸附Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的实验值与Langmuir模型和Freundlich模型均能很好地拟合,数据显示胁迫前后EPS对Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的吸附能力大小顺序分别为Zn-EPS>Cu-EPS>Control-EPS,Cu-EPS>Control-EPS>Zn-EPS;胁迫后Zn-EPS和Cu-EPS分别对Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的吸附能力总体比胁迫前的Control-EPS有所提高,表现出特异性和优越性;5.三种吸附金属离子的作用官能团大致相同,主要有羟基、酰胺基、羧基和C-OC等,Zn-EPS与Cu-EPS对金属离子吸附量的差异跟金属离子与基团的亲和力以及基团含量有关;两种金属能通过胁迫菌株产生特异性EPS,为金属离子提供大量适用性结合点位,显著提高了对重金属的去除能力。