枯草芽孢桿菌對(duì)廢水中Cu2+和Cd2+共存時(shí)的吸附性研究

徐立芹

（臨邑縣生態(tài)環(huán)境局，山東德州 251500）

生物吸附的概念最早是由Ruchhoft在1949年提出的[1]，具有在低濃度下可以選擇性去除某種金屬離子，處理效率高，成本低，沒有二次污染等優(yōu)點(diǎn)。因此,微生物吸附技術(shù)具有更好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。從20世紀(jì)九十年代開始，世界各國(guó)致力于微生物吸附法處理重金屬?gòu)U水的研究，研究表明，大量的細(xì)菌、真菌、藻類對(duì)重金屬均有很強(qiáng)的吸附能力[2]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)菌體與單一的金屬離子吸附性研究比較多，但在實(shí)際的廢水處理中會(huì)存在多種離子，因此研究菌體對(duì)混合離子的吸附有著很重要的實(shí)際意義。枯草芽孢桿菌是理想的微生物，但用于吸附重金屬?gòu)U水報(bào)道較少。本實(shí)驗(yàn)主要研究了枯草芽孢桿菌對(duì)水體中Cu2+和Cd2+共存時(shí)的吸附特性。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)用微生物

本實(shí)驗(yàn)選用的微生物為枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）單一菌株，購(gòu)自中科院微生物所，編號(hào)：BF7658。活化所用培養(yǎng)基為菌體生長(zhǎng)基本培養(yǎng)基，滅菌，接種，180r/min、30℃搖床培養(yǎng)24 h。

1.2 儀器

TAS-990原子吸收分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）

1.3 吸附實(shí)驗(yàn)

吸取已知濃度的Cu2+和Cd2+溶液于250mL三角瓶中，加入定量的菌體，搖床振蕩進(jìn)行吸附試驗(yàn)。

1.4 金屬離子的去除率[3]

其中，Q是金屬離子去除率（%），C0是吸附前溶液中金屬離子初始濃度（mg/L），C是吸附平衡時(shí)的濃度（mg/L）。

2 結(jié)果與討論

2.1 Cu2+、Cd2+標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

2.1.1 Cu2+溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線

324.7nm處測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)Cu2+溶液吸光度（A）值，此時(shí)僅有微小的正偏差（偏差率為3.33%），如圖1所示。

圖1 Cu2+原子吸收標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.1.2 Cd2+溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線

228.8nm處測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)Cd2+溶液吸光度（A）值，此時(shí)僅有微小的正偏差（偏差率3.31%），結(jié)果如圖2所示。

圖2 Cd2+原子吸收標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 Cu2+、Cd2+單獨(dú)存在時(shí)的吸附

Cu2+、Cd2+單獨(dú)存在時(shí)，Cu2+、Cd2+濃度對(duì)吸附效果的影響如圖3、圖4所示。

圖3、圖4結(jié)果表明：菌體對(duì)Cd2+和Cu2+的吸附率和都是隨著金屬離子初始濃度的提高而提高。在等溫條件下，對(duì)Cd2+的最佳吸附濃度是30～40 mg/L，Cu2+的最佳吸附濃度是20～30 mg/L。金屬離子濃度在50 mg/L時(shí)吸附率下降，以后吸附率不再提高，可能是因?yàn)榇藭r(shí)菌體吸附已經(jīng)達(dá)到飽和。

圖3 Cu2+的濃度對(duì)吸附效果的影響

圖4 Cd2+的濃度對(duì)吸附效果的影響

2.3 共存離子對(duì)吸附的影響

Cu2+的存在對(duì)菌體吸附Cd2+的影響如圖5所示，Cd2+的存在對(duì)菌體吸附Cu2+的影響如圖6所示。

圖5 Cu2+的存在對(duì)枯草芽孢桿菌吸附Cd2+的影響

圖中顯示，Cu2+與Cd2+在共同存在的時(shí)候，隨著Cu2+的濃度的升高，枯草芽孢桿菌對(duì)Cd2+的吸附率是呈下降的趨勢(shì)；同樣，隨著Cd2+的濃度的升高，枯草芽孢桿菌對(duì)Cu2+的吸附率是呈下降的趨勢(shì)，原因是Cu2+與Cd2+競(jìng)爭(zhēng)定量菌體上的吸附結(jié)合位點(diǎn)，因此如果用枯草芽孢桿菌來去除水相中的Cd2+，Cu2+的共存對(duì)去除目標(biāo)離子是不利的；如果用枯草芽孢桿菌來去除水相中的Cu2+，Cd2+的共存對(duì)去除目標(biāo)離子是不利的。

圖6 Cd2+的存在對(duì)菌體吸附Cu2+的影響

2.4 Cu2+，Cd2+共存時(shí)枯草芽孢桿菌的吸附能力

固定Cu2+和Cd2+的質(zhì)量濃度之和不變，枯草芽孢桿菌對(duì)Cu2+，Cd2+的生物吸附如圖7所示。

圖7 固定Cu2+和Cd2+的質(zhì)量濃度之和不變枯草芽孢桿菌對(duì)Cu2+，Cd2+的生物吸附

圖7結(jié)果顯示，固定Cu2+、Cd2+的質(zhì)量濃度之和不變時(shí)，隨著Cu2+濃度的增大和Cd2+濃度的減小，Cu2+的吸附量增大，Cd2+的吸附量減小，Cu2+和Cd2+的吸附量之和比單獨(dú)存在時(shí)菌體的吸附率變化不大，說明枯草芽孢桿菌的吸附能力基本不變。這點(diǎn)和張敬華[4]等研究的啤酒酵母吸附銅離子的結(jié)果是一致。數(shù)據(jù)顯示，Cd2+下降的更明顯。這說明Cu2+吸附競(jìng)爭(zhēng)性比Cd2+要強(qiáng)，這可能和Cu2+、Cd2+與菌體細(xì)胞壁上起作用的官能團(tuán)有關(guān)系。

3 結(jié)論

（1）枯草芽孢桿菌對(duì)Cd2+和Cu2+的吸附率隨著金屬離子初始濃度的提高而提高。

（2）Cu2+和Cd2+共存對(duì)枯草芽孢桿菌去除目標(biāo)離子有抑制作用。