壬基酚對(duì)一株銅綠假單胞菌吸附鎘的影響

魏 藍(lán),朱月芳,史廣宇,何 理,陳 昱,施維林*(.蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 蘇州5009；.蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,江蘇 蘇州 5004；.華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院,北京 006)

壬基酚對(duì)一株銅綠假單胞菌吸附鎘的影響

魏 藍(lán)1,朱月芳2,史廣宇1,何 理3,陳 昱1,施維林1*(1.蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 蘇州215009；2.蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,江蘇 蘇州 215004；3.華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院,北京 102206)

考察壬基酚(NP)對(duì)一株從重金屬污染場(chǎng)地篩選出的銅綠假單胞菌X吸附鎘(Cd)的影響,在NP濃度分別為0、1.0、10.0mg/L條件下,通過(guò)優(yōu)化吸附條件,研究X菌的Cd2+吸附效果.結(jié)果表明,NP與Cd2+共存時(shí),在Cd2+初始濃度為1.0mg/L的溶液中,菌體的最佳投菌量和pH值為1.0g/L和7.0,吸附2h,吸附率可達(dá)90.0 %左右.失活菌與活菌的吸附結(jié)果表明失活菌的吸附能力較活菌強(qiáng).NP濃度對(duì)吸附的影響結(jié)果表明,低濃度NP對(duì)菌株吸附Cd2+的抑制作用較小,高濃度NP時(shí)抑制作用較大.通過(guò)分析X菌處理單一Cd2+及Cd2+-NP復(fù)合污染后的紅外光譜圖可知,菌體表面的羥基O—H鍵、酰胺C—N鍵和N—H鍵和氨基均參與吸附反應(yīng),并且高濃度NP對(duì)菌體表面基團(tuán)活性影響較大,從而影響其對(duì)Cd2+的吸附.

壬基酚；鎘；銅綠假單胞菌X；吸附；表面基團(tuán)

鎘(Cd)作為工農(nóng)業(yè)使用的原料被廣泛用于電鍍、合金、殺蟲(chóng)劑和電池制造等行業(yè),其以“三廢”形式進(jìn)入環(huán)境,從而導(dǎo)致 Cd污染嚴(yán)重超標(biāo),現(xiàn)行管理對(duì)其治理要求較為嚴(yán)格.傳統(tǒng)的物理和化學(xué)方法盡管能夠有效去除土壤中的Cd,但投資較大,且易形成二次污染等問(wèn)題[1-6].相比于傳統(tǒng)的重金屬污染治理方法,生物吸附技術(shù)因其具有高效價(jià)廉、無(wú)二次污染、操作簡(jiǎn)單、可用性強(qiáng)等特點(diǎn),已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[7-10].其中,微生物作為首選吸附材料,治理效果較好[11],并且研究

表明,微生物菌體在 Cd處理方面具有良好的活性和吸附效果[12-15].

然而,重金屬污染往往是和其他污染物共存,形成復(fù)合污染.壬基酚(NP)作為一種工業(yè)使用表面活性劑的降解產(chǎn)物,傳統(tǒng)和深度的廢水處理方法無(wú)法將其去除,最終在環(huán)境各圈層循環(huán)[16-18].生物法處理有機(jī)物-重金屬?gòu)?fù)合污染是個(gè)難點(diǎn),有關(guān)NP-Cd復(fù)合污染的研究幾乎沒(méi)有.文章通過(guò)對(duì)物化因素的控制,旨在找到 NP存在下微生物對(duì)Cd2+的最佳吸附條件,并探究在不同濃度 NP下菌體對(duì)Cd2+的吸附效果.

1 材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)菌株：篩選自蘇州地區(qū)典型污染土壤,經(jīng)16S rRNA序列比對(duì),鑒定為銅綠假單胞菌,菌株編號(hào)為 X,預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在吸附 2h,菌濃度為1.0g/L,pH為7.0且初始Cd2+濃度小于1.0mg/L時(shí),吸附率在80 % ～ 90 %之間,表明其對(duì)Cd2+有較好的吸附效果.

營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基：牛肉膏 5.0g、蛋白胨 10.0g、NaCl 5.0g、去離子水1000mL、pH=7.0±0.3.

試劑：Cd標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液 1000mg/L,由分析純CdCl2溶于去離子水得到;NP儲(chǔ)備液 1000mg/L,由優(yōu)級(jí)純 NP(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)溶于無(wú)水乙醇得到.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 菌懸液的制備 將已知菌接種于滅菌培養(yǎng)基中,于 30℃,150r/min恒溫?fù)u床中振蕩培養(yǎng)24h后作為母液,4℃冷藏保存.用無(wú)菌操作技術(shù)將母液以 1%的接種量接種于滅菌培養(yǎng)基內(nèi),在上述條件下培養(yǎng)16h至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,5000r/min離心10min,去上清后,用去離子水清洗3次,稱(chēng)重后制成菌懸液,備用.

1.2.2 吸附條件優(yōu)化實(shí)驗(yàn) (1)吸附時(shí)間與 NP濃度對(duì)菌體吸附Cd2+的影響

分別添加對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期菌懸液于 NP濃度為0,1.0,10.0mg/L,pH為7.0的1.0mg/L的Cd溶液中,控制菌濃度為1.0g/L,溶液總體積為20mL,以不加菌作空白對(duì)照.振蕩培養(yǎng) 0.5,1,2,4,8,12,24h時(shí)分別取樣,5000r/min離心 10min,取上清過(guò)0.45μm水系濾膜,采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)測(cè)定Cd2+濃度.

(2) Cd2+初始濃度與 NP濃度對(duì)菌體吸附Cd2+的影響

分別添加對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期菌懸液于 NP濃度為0,1.0,10.0mg/L,pH值為7.0的0.1,0.5,1.0,5.0,10.0, 50.0mg/L的Cd溶液中,控制菌濃度為1.0g/L,溶液總體積為 20mL,以不加菌作空白對(duì)照.振蕩培養(yǎng)2h取樣,其余操作同上.

(3) 投菌量與NP濃度對(duì)菌體吸附Cd2+的影響

分別添加對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期菌懸液于 NP濃度為0,1.0,10.0mg/L,pH值為7.0的1.0mg/L的Cd溶液中,控制菌濃度分別為 0.5,1.0,1.5,2.0,2.5g/L,溶液總體積均為 20mL,以不加菌作空白對(duì)照.振蕩培養(yǎng)2h取樣,其余操作同上.

(4) pH與NP濃度對(duì)菌體吸附Cd2+的影響

分別添加對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期菌懸液于 NP濃度為0,1.0,10.0mg/L,pH值為3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0的1.0mg/L的Cd溶液中,控制菌濃度為1.0g/L,溶液總體積為 20mL,以不加菌作空白對(duì)照.振蕩培養(yǎng)2h取樣,其余操作同上.

1.2.3 活菌與失活菌吸附 Cd2+的差異 將擴(kuò)大培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的菌體用2.5%的戊二醛固定,冷藏避光保存 24h,使菌體失活,離心后制成菌懸液,同時(shí)制備對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期活菌懸液.分別添加菌懸液于NP濃度為0,1.0,10.0mg/L,pH值為7.0的1.0mg/L的Cd溶液中,控制菌濃度為1.0g/L,溶液總體積為 20mL,以不加菌作空白對(duì)照.振蕩培養(yǎng)2h取樣,其余操作同上.

1.2.4 不同 NP濃度對(duì)菌體吸附 Cd2+的影響將對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期菌懸液分別投加到 NP濃度為 0, 0.1,0.5,1.0,5.0,10.0,50.0mg/L,pH 值為 7.0 的1.0mg/L的Cd溶液中,控制菌濃度為1.0g/L,溶液總體積為 20mL,以不加菌作空白對(duì)照.振蕩培養(yǎng)2h取樣,其余操作同上.

1.2.5 紅外光譜分析 分別添加對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期菌懸液于NP濃度為0,1.0,10.0mg/L,pH值為7.0的1.0mg/L的Cd溶液中,控制菌濃度為1.0g/L,溶液總體積為 20mL,以不加 Cd2+的純菌懸液作空白

對(duì)照.振蕩培養(yǎng)2h取樣,5000r/min離心10min,棄上清.將菌體移入2mL離心管中,10000r/min離心10min,棄上清后置于冷凍干燥機(jī)內(nèi)冷凍 12h.取出后進(jìn)行KBr壓片,采用傅立葉紅外光譜儀進(jìn)行分析.

1.3 數(shù)據(jù)處理

式中：R為菌株對(duì)Cd2+的吸附率,%;C0為測(cè)得溶液中的初始 Cd2+濃度,mg/L;Ce為測(cè)得的反應(yīng)后溶液中的Cd2+濃度,mg/L;Q為單位質(zhì)量菌株對(duì)Cd2+的吸附量,mg/g;V為溶液體積,L; m為菌株質(zhì)量,g.

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附時(shí)間與NP濃度對(duì)菌體吸附Cd2+的影響

吸附時(shí)間是微生物吸附重金屬的重要參數(shù)之一.圖1所示為吸附時(shí)間與NP濃度對(duì)Cd2+吸附的影響.由圖1可知,無(wú)NP時(shí),0.5h內(nèi)X菌吸附了體系中大部分 Cd2+,吸附率約為 80.2%,隨時(shí)間的推移,吸附率波動(dòng)較小,在8h時(shí)基本趨于穩(wěn)定.當(dāng)體系中加入NP后,菌體對(duì)Cd2+的吸附率低于空白值,且吸附率下降速度先快后慢.不同NP濃度相比,NP對(duì)菌體的Cd2+吸附率在2h前無(wú)明顯抑制差異,在 2h時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)抑制差異并逐漸增大,故將其作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)中的最適吸附時(shí)間.

生物吸附重金屬普遍存在兩個(gè)時(shí)期,一是快速吸附時(shí)期,一般在幾十分鐘內(nèi)即可吸附 70.0%左右的重金屬,此時(shí)主要進(jìn)行菌體的表面吸附,因此速率快;二是緩慢時(shí)期,耗時(shí)約為快速吸附的幾十倍甚至更多,因?yàn)榧?xì)胞膜具有磷脂雙分子層,而金屬離子需依靠載體才能實(shí)現(xiàn)跨膜運(yùn)輸進(jìn)入胞內(nèi),在胞內(nèi)富集,該過(guò)程耗能且受細(xì)胞代謝和擴(kuò)散過(guò)程影響,所以吸附速率慢[19].在NP和Cd復(fù)合污染體系中,兩種污染物一方面通過(guò)影響細(xì)胞膜的通透性,使其對(duì)菌體的毒性增強(qiáng);另一方面通過(guò)影響微生物活性及生長(zhǎng)來(lái)影響吸附效果[20].

圖1 吸附時(shí)間與NP濃度對(duì)X菌吸附Cd2+的影響Fig.1 Effect of contact time and NP concentration on the biosorption of Cd2+by bacteria X

2.2 Cd2+初始濃度與 NP濃度對(duì)菌體吸附Cd2+的影響

圖2所示為Cd2+初始濃度和NP濃度影響微生物吸附的結(jié)果.吸附時(shí)間為 2h,隨 Cd2+濃度的增加,對(duì)照組單位質(zhì)量菌體的吸附量由緩慢上升至快速上升,吸附率從無(wú)明顯變化至快速下降,在1.0mg/L時(shí)達(dá)到最大,基本清除了體系中的 Cd2+,此時(shí)吸附效果最佳.加入NP后,不同NP濃度對(duì)菌體吸附 Cd2+的能力影響甚微.與對(duì)照組相比,在Cd2+濃度為 0.1～1.0mg/L時(shí),吸附率有明顯降低趨勢(shì),且差值隨Cd2+濃度的升高而減小,吸附量相對(duì)于對(duì)照組變化不明顯.當(dāng) Cd2+濃度為 5.0～50.0mg/L時(shí),吸附效率均比未添加NP體系明顯提高.

綜上所述,高濃度 Cd2+會(huì)抑制生物對(duì)其的吸附作用,NP和 Cd2+的聯(lián)合抑制作用在Cd2+濃度低時(shí)最顯著.單獨(dú) Cd2+作用時(shí),在高 Cd2+濃度下,由于 Cd總量較大,故總體吸附率降低;單位質(zhì)量菌體的吸附量逐漸升高,是由于菌體顆粒與流體相之間的傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力的提高,以及吸附質(zhì)和吸附劑的碰撞次數(shù)的增多[21].與對(duì)照組相比,加入 NP后,對(duì)低濃度Cd2+的吸附抑制可能是因?yàn)镹P與Cd2+競(jìng)爭(zhēng)菌體表面的吸附位點(diǎn)以及NP的毒性抑制.而添加NP體系中,高濃度Cd2+吸附率均大于

對(duì)照組,可能是由于菌體代謝NP后,菌體的表面變褶皺,更粗糙,比表面積增大,吸附點(diǎn)位增多,從而提高了吸附效果[22].

圖2 Cd2+初始濃度與NP濃度對(duì)X菌的Cd2+吸附率(柱狀圖)及單位質(zhì)量X菌的Cd2+吸附量(折線圖)的影響Fig.2 Effect of initial Cd2+concentration and NP concentration on the biosorption rate of Cd2+by bacteria X (histogram) and on Cd2+uptake capacity by unit mass of bacteria X (line chart)

2.3 投菌量與NP濃度對(duì)菌體吸附Cd2+的影響

投菌量也是影響生物吸附重金屬的重要指標(biāo)之一.圖 3表明,不加 NP,初始 Cd2+濃度為1.0mg/L,吸附2h時(shí),隨投菌量的增加,菌株對(duì)Cd2+的吸附率在1.0g/L時(shí)趨于穩(wěn)定,約為94.2 %,單位質(zhì)量菌體的吸附量隨投菌量的增加而逐漸降低.當(dāng)加入 NP后,吸附率隨投菌量的增多呈緩慢增加的趨勢(shì),NP的不同濃度對(duì)菌體的 Cd2+吸附效果影響不大.相比對(duì)照組,NP-Cd共存體系的菌體吸附能力降低.

因此,無(wú)NP體系中,吸附率穩(wěn)定時(shí),單位質(zhì)量菌株的吸附量隨菌濃度的增加而降低,很可能是菌量增加,Cd2+的吸附點(diǎn)位充足,Cd2+濃度與菌體濃度的比值變小,從而減少了單位質(zhì)量菌株對(duì)Cd2+的吸附量.NP的加入,會(huì)使一部分菌體表面的吸附點(diǎn)位被占據(jù)[23],或者抑制一部分菌體的正常生理代謝甚至使其死亡,而死亡的菌株也能吸附Cd2+,同時(shí)也可能存在菌體表面變褶皺,吸附點(diǎn)位增多的情況.但由于投加的菌量多,活菌數(shù)量遠(yuǎn)大于死亡菌株的數(shù)量,且死亡菌株中也有部分菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞,不能進(jìn)行正常的表面吸附,同時(shí),菌量增多會(huì)促使Cd2+的釋放能力增強(qiáng),故綜合考慮吸附率和吸附量相比于對(duì)照組均是下降的.

圖3 投菌量與NP濃度對(duì)X菌的Cd2+吸附率(柱狀圖)及單位質(zhì)量X菌的Cd2+吸附量(折線圖)的影響Fig.3 Effect of bacterial concentration and NP concentration on the biosorption rate of Cd2+by bacteria X (histogram) and on Cd2+uptake capacity by unit mass of bacteria X (line chart)

2.4 pH與NP濃度對(duì)菌體吸附Cd2+的影響

pH對(duì)重金屬離子的化學(xué)性質(zhì)、離子間的相互作用及細(xì)胞表面基團(tuán)活性都存在明顯影響.圖4所示為pH與NP濃度對(duì)菌體吸附Cd2+的影響.結(jié)果表明,若體系中無(wú)NP,隨pH的逐漸增大,吸附能力先上升后趨于平穩(wěn).加入NP后,不同濃度NP對(duì)Cd2+吸附效果影響差異不大.添加NP的體系與對(duì)照組相比,在pH為5.0時(shí)出現(xiàn)較大差異,pH為7.0～8.0時(shí),NP的抑制差異不明顯,吸附率可達(dá)89.9 %,因此將pH=7.0作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的最適pH.

pH對(duì)細(xì)胞表面的官能團(tuán)變化以及對(duì)金屬自身性質(zhì)的影響,直接或間接導(dǎo)致菌體細(xì)胞吸附金屬離子的能力的不同[24].綜上,X菌在中性左右條件下有良好的Cd2+吸附效果.pH低于5時(shí),無(wú)NP體系中Cd2+的吸附效果變化較大,可能是pH過(guò)低,水合氫離子會(huì)與Cd2+競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn),因此質(zhì)子化程度越大,菌體越難吸附Cd2+;同時(shí),pH也可影響微生物的生長(zhǎng)代謝,易導(dǎo)致膜電位的改變,使微

生物難以適應(yīng)新環(huán)境而影響吸附 Cd的效果[20]. pH在5.0～7.0時(shí),在同一pH條件下,與對(duì)照組相比,NP的存在均使 Cd2+的吸附率大大降低,可能是因?yàn)镹P與Cd2+存在吸附點(diǎn)位的競(jìng)爭(zhēng),NP的吸收占據(jù)優(yōu)勢(shì),導(dǎo)致菌體難以吸附 Cd2+.而 pH＞7.0后,無(wú)論NP存在與否,不同pH間的Cd2+吸附效果均無(wú)明顯差異,說(shuō)明菌體表面的吸附位點(diǎn)已達(dá)到飽和,NP對(duì)Cd2+的吸附影響不大.

圖4 pH和NP濃度對(duì)X菌的Cd2+吸附率的影響Fig.4 Effect of pH and NP concentration on the biosorption rate of Cd2+by bacteria X

2.5 活菌與失活菌吸附Cd2+的差異

為保障菌體內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,最大化地保留其表面的有效官能團(tuán),阻止其生長(zhǎng)代謝,研究活菌與失活菌對(duì) Cd2+的吸附差異,本文實(shí)驗(yàn)采用戊二醛對(duì)菌體進(jìn)行固定,結(jié)果如圖5.由圖5可知,無(wú)論NP存在與否,失活菌體的吸附效果明顯優(yōu)于活菌,這一結(jié)果與白潔瓊等[25]的研究結(jié)果一致,說(shuō)明X菌的吸附機(jī)理與菌體活性有關(guān).無(wú) NP體系中,1.0g/L失活菌對(duì)Cd2+的吸附效果優(yōu)于相同量的活菌吸附效果.比較不同NP濃度,菌體的Cd2+吸附效果均無(wú)明顯差異;但與對(duì)照組相比,活菌的吸附能力大幅度下降,而失活菌的吸附能力變化微小.

分析吸附率的變化趨勢(shì)得出,活菌對(duì) Cd2+的吸附可能是表面吸附/脫附與主動(dòng)運(yùn)輸/釋放相結(jié)合,進(jìn)而將積累在表面和胞內(nèi)的超負(fù)荷 Cd2+排出細(xì)胞,同時(shí),菌體自身釋放的陽(yáng)離子與Cd2+形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系會(huì)抑制其對(duì) Cd2+的吸附.固定后的菌體已經(jīng)失去活性,對(duì)Cd2+的吸附以表面吸附為主,不存在對(duì)Cd2+的主動(dòng)運(yùn)輸/釋放.同時(shí),體系中存在NP時(shí),NP的毒性會(huì)影響活菌的正常生長(zhǎng)代謝,或是NP與 Cd2+對(duì)有效吸附位點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng),導(dǎo)致活菌吸附能力下降.而失活菌不能進(jìn)行生長(zhǎng)代謝,故 NP濃度對(duì)其無(wú)明顯影響[23].

圖5 生理?xiàng)l件與NP濃度對(duì)X菌的Cd2+吸附率的影響Fig.5 Effect of physiological conditions and NP concentration on the biosorption rate of Cd2+by bacteria X

2.6 不同NP濃度對(duì)菌體吸附Cd2+的影響

在最佳吸附時(shí)間、Cd2+初始濃度、投菌量及pH的條件下,改變NP濃度,獲得菌體對(duì)Cd2+的吸附效果(圖6).由圖6可知,隨著NP濃度的增加,X菌對(duì) Cd2+的吸附效率降低.無(wú) NP,吸附 2h時(shí), 1.0g/L菌體對(duì) 1.0mg/L Cd2+的吸附率達(dá) 89.8%,表明X菌能很好的吸附Cd2+.當(dāng)加入NP時(shí),NP濃度的升高使菌株吸附 Cd2+的能力總體呈緩慢下降趨勢(shì).當(dāng)NP濃度為0.1mg/L時(shí),菌體的吸附率較對(duì)照組下降了 25.7%;而 NP濃度在 0.1～10mg/L范圍內(nèi),菌體吸附率下降非常緩慢;當(dāng)濃度升至50mg/L時(shí),吸附率迅速下降到8.6%,菌株基本喪失了吸附能力.

通過(guò)以上分析,NP對(duì)菌體吸附 Cd2+有一定的影響,低濃度NP影響較小,高濃度NP影響較大.可能原因是低濃度NP能為Cd的去除提供碳源和能源,故有較好的吸附效果[21].隨著NP濃度增高,NP-Cd復(fù)合破壞了菌體細(xì)胞膜的通透性,影響其生長(zhǎng)代謝機(jī)制,對(duì)菌體的毒害作用逐步增強(qiáng);

此外,由于菌體對(duì)NP的吸收位點(diǎn)與對(duì)Cd2+的吸附位點(diǎn)相同,在高濃度NP條件下,NP更易于接觸有效位點(diǎn),且易于達(dá)到吸附飽和,從而與Cd2+形成顯著競(jìng)爭(zhēng),這都會(huì)導(dǎo)致菌體難以吸附Cd2+.

圖6 NP濃度對(duì)X菌的Cd2+吸附率的影響Fig.6 Effect of NP concentration on the biosorption rate of Cd2+by bacteria X

2.7 紅外光譜分析

鑒于以上,即在NP存在時(shí),X菌的Cd2+吸附基本為表面吸附,進(jìn)一步考察吸附前后菌體表面官能團(tuán)的變化,結(jié)果如圖7所示.可以看出,菌體在不同Cd2+和NP濃度下吸附前后的峰數(shù)目和峰形變化明顯,部分吸收峰發(fā)生偏移現(xiàn)象,說(shuō)明X菌在處理單一Cd2+及Cd2+-NP復(fù)合污染時(shí)有表面基團(tuán)參與,主要在 2800 ～ 3500cm-1和 500 ～1700cm-1范圍內(nèi)出現(xiàn)吸收帶[25].3000 ～ 3400cm-1處的譜鋒是 O—H 的伸展運(yùn)動(dòng)[26],2800 ～3000cm-1為 CH2的不對(duì)稱(chēng)伸縮運(yùn)動(dòng)[27],1400 ～1650cm-1處的譜鋒來(lái)自典型的酰胺Ⅰ帶(C=O的伸縮振動(dòng))、酰胺Ⅱ帶(N—H的彎曲振動(dòng)和C—N的伸縮振動(dòng))和酰胺Ⅲ帶(C—N的伸縮振動(dòng)),1200 ～ 1400cm-1處的峰形變化與P—O和C—S的疊加振動(dòng)和胺基化合物中C—N的伸縮振動(dòng)等有關(guān),低于 650cm-1是金屬離子與氧締合形成的譜峰.

3000 ～ 3400cm-1范圍內(nèi)隨著單一及復(fù)合污染物的加入,峰形變圓鈍,證明菌體表面存在羥基,并且可能參與 Cd2+的吸附[28].同時(shí),2800 ～ 3000cm-1處的峰形變化可能是由于相鄰基團(tuán)羥基的變化所致,也可發(fā)現(xiàn),高濃度NP存在時(shí)峰形變尖銳,說(shuō)明高濃度NP對(duì)官能團(tuán)影響較大.1400～ 1650cm-1處的譜峰向低波數(shù)處微小偏移,說(shuō)明Cd2+與酰胺發(fā)生絡(luò)合,降低其活性,且a～d的峰形由圓鈍變尖銳,說(shuō)明高濃度NP影響酰胺作用.

圖7 X菌處理單一Cd2+及Cd2+-NP復(fù)合污染后的紅外光譜圖Fig.7 FTIR spectra of bacteria X before and after the treatment of single Cd2+and combined Cd2+-NP

3 結(jié)論

3.1 在NP與Cd2+共存時(shí),通過(guò)對(duì)物化因子的控制,利用一株銅綠假單胞菌X吸附Cd2+,在吸附時(shí)間為2h,投菌量為1.0g/L,pH為7.0時(shí),Cd吸附條件最適宜;初始Cd2+濃度為1.0mg/L時(shí),吸附率可達(dá)到90.0 %左右.

3.2 NP存在時(shí),X菌對(duì)Cd2+的吸附與菌體活性有關(guān),失活菌的吸附效果更好,但不同NP濃度對(duì)吸附基本無(wú)影響,這也說(shuō)明活菌對(duì) Cd2+的吸附不僅與細(xì)菌表面吸附/脫附有關(guān),還與主動(dòng)釋放/主動(dòng)運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程有關(guān).

3.3 不同NP濃度對(duì)菌體吸附Cd2+的影響不同,低濃度NP影響較小,高濃度NP影響較大,且高濃度NP能影響官能團(tuán)反應(yīng),從而影響Cd2+的吸附.

[1] 杜麗娜,余若禎,王海燕,等.重金屬鎘污染及其毒性研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境與健康雜志, 2013,30(2)：167-174.

[2] 蔡 楠,肖青青,許振成,等.基于土壤—農(nóng)作物遷移途徑重金屬鎘化學(xué)形態(tài)研究 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2013,33(S1)：13-18.

[3] 串麗敏,趙同科,鄭懷國(guó),等.土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2014,37(120)：213-222.

[4] 易澤夫,余 杏,吳 景.鎘污染土壤修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展 [J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技, 2014,(9)：251-253.

[5] Wong C W, Barford J P, Chen G H, et al. Kinetics and equilibrium studies for the removal of cadmium ions by ion exchange resin [J]. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2014,2：698-707.

[6] 彭少邦,蔡 樂(lè),李泗清.土壤鎘污染修復(fù)方法及生物修復(fù)研究進(jìn)展 [J]. 環(huán)境與發(fā)展, 2014,26(3)：86-90.

[7] 劉智峰.生物修復(fù)技術(shù)處理鎘污染綜述 [J]. 環(huán)境研究與監(jiān)測(cè), 2013,26(3)：52-55.

[8] 王建龍,陳 燦.生物吸附法去除重金屬離子的研究進(jìn)展 [J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2010,30(4)：673-701.

[9] Bilal M, Shah J A, Ashfaq T, et al. Waste biomass adsorbents for copper removal from industrial wastewate----A review [J]. Journal of Hazardous Materials, 2013,263：322-333.

[10] Fomina M, Gadd G M. Biosorption： current perspectives on concept, definition and application [J]. Bioresource Technology, 2014,160：3-14.

[11] 李飛宇.土壤重金屬污染的生物修復(fù)技術(shù) [J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2011,34(12H)：148-151.

[12] 林曉燕,牟仁祥,曹趙云,等.耐鎘細(xì)菌菌株的分離及其吸附鎘機(jī)理研究 [J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2015,34(9)：1700-1706.

[13] Luo J M, Xiao X, Luo S L. Biosorption of cadmium (II) from aqueous solutions by industrial fungus Rhizopus cohnii [J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2010, 20：1104-1111.

[14] 劉愛(ài)民,黃為一.耐鎘菌株的分離及其對(duì) Cd2+的吸附富集 [J].中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2006,26(1)：91-95.

[15] 安鑫龍,周啟星.平菇菌絲體對(duì) Cd、Pb及其復(fù)合污染的生長(zhǎng)與富集響應(yīng) [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2008,28(7)：630-633.

[16] Hamlin H J, Marciano K, Downs C A. Migration of nonylphenol from food-grade plastic is toxic to the coral reef fish species Pseudochromis fridmani [J]. Chemosphere, 2015,139：223-228.

[17] Rozalska S, Sobon A, Paw?owska J, et al. Biodegradation of nonylphenol by a novel entomopathogenic Metarhizium robertsii strain [J]. Bioresource Technology, 2015,191：166-172.

[18] 張婷瑜,張福金,何 江,等.壬基酚的土壤殘留及其行為研究進(jìn)展 [J]. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào), 2014,31(2)：118-125.

[19] 葉錦韶,尹 華,白潔瓊,等.銅-苯并[a]芘復(fù)合污染體系中銅的微生物吸附特性 [J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2010,29(9)：1777-1783.

[20] 鄧 軍,尹 華,葉錦韶,等.氧化節(jié)桿菌與苯并[a]芘-鎘交互作用機(jī)理 [J]. 化工學(xué)報(bào), 2010,61(3)：747-753.

[21] 羅湘穎.黃孢原毛平革菌降解土霉素和吸附金屬鎘的研究 [D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué), 2014.

[22] 彭素芬,尹 華,鄧 軍,等.微生物對(duì)水-沉積物中苯并[a]芘-鎘復(fù)合污染修復(fù)的研究 [J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2010,19(12)：2966-2972.

[23] 張 聞,陳貫虹,高永超,等.石油和重金屬污染土壤的微生物修復(fù)研究進(jìn)展 [J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2012,35(12J)：174-181.

[24] 徐 瑩,劉文磊,姜?jiǎng)P元,等.耐鹽魯氏酵母(Zygsoaccharomyces rouxii)CICC1379吸附水中重金屬Cu2+研究 [J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2010,30(10)：1985-1991.

[25] 白潔瓊,尹 華,葉錦韶,等.十溴聯(lián)苯醚共存條件下水中 Zn(Ⅱ )的生物吸附 [J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2013,7(4)：1245-1250.

[26] 劉紅娟,黨 志,張 慧,等.醋狀芽孢桿菌抗重金屬性能及對(duì)鎘的累積 [J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2010,29(1)：25-29.

[27] 周艾平,尹 華,葉錦韶,等.酵母融合菌對(duì)Cr的吸附性能及機(jī)理分析 [J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2011,34(6)：37-42.

[28] 李 欣,譚周亮,周后珍,等.3種微生物吸附劑對(duì)低濃度 Cd2+的吸附特性研究 [J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2011,34(12)：7-13.

Biosorption of cadmium in nonylphenol-cadmium compound pollution by Pseudomonas aeruginosa X.

WEI Lan1, ZHU Yue-fang2, SHI Guang-yu1, HE Li3, CHEN Yu1, SHI Wei-lin1*(1.College of Environmental Science and Engineering, University of Science and Technology of Suzhou, Suzhou 215009, China；2. Environmental Monitoring Center of Suzhou, Suzhou 215004, China；3.College of Renewable Energy Technology, North China Electric Power University, Beijing 102206, China). China Environmental Science, 2016,36(11)：3495～3501

Effects of nonylphenol (NP) on the adsorption of cadmium by Pseudomonas aeruginosa X, which is screened from cadmium (Cd) contaminated site was investigated. Experiments were undertaken to study the biosorption of cadmium at NP concentrations of 0、1.0、10.0mg/L respectively. It was revealed that the optimal concentration of Pseudomonas aeruginosa X and pH were 1.0g/L and 7.0respectively with initial Cd2+concentration of 1.0mg/L and hybrid with NP. With two hours absorbing, the biosorption rate was about 90 %. The results of biosorption by devitalized bacteria and live bacteria indicated that the adsorption ability of devitalized bacteria was better than that of live bacteria. By considering the different concentrations of NP as variables, it was found that the lower concentration of NP has little suppressing effect on the adsorption of Cd2+. But the suppressing effect was significant at higher concentrations of NP. FTIR spectra of bacteria X treating Cd2+and compound of Cd2+-NP separately indicated that the functional groups of hydroxyl group and amido were involved in the adsorption reaction. Moreover, it indicates that high concentration of NP has a greater impact on the activity of cell surface groups. Thus, high concentration of NP affects the adsorption of Cd2+.

NP；Cd；Pseudomonas aeruginosa X；biosorption；surface groups

X17

A

1000-6923(2016)11-3495-07

魏 藍(lán)(1993-),女,吉林長(zhǎng)春人,蘇州科技大學(xué)碩士研究生,主要從事土壤重金屬污染的修復(fù)研究.

2016-03-20

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31570515);江蘇高校水處理技術(shù)與材料協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目;蘇州市科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(SS201421, SS201523);蘇州市環(huán)保科技項(xiàng)目(2015-3);江蘇省自然科學(xué)基金青年基金(BK20150287)

* 責(zé)任作者, 教授, weilin-shi@163.com