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生物膜及活性污泥胞外聚合物的提取及其对重金属离子的吸附研究

曹勇  
【摘要】:胞外聚合物(EPS, Extracellular Polymeric Substances)是微生物新陈代谢主动分泌或细胞裂解释放的一些大分子有机物的混合体,在微生物吸附重金属过程中有重要作用。本文以自然水体生物膜混合菌群和从活性污泥中筛选的C2菌株为供试菌株,选取Pb2+,Cd2+,Ni2+,Cu2+为吸附对象,结合原子吸收、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱等技术手段,系统的研究了EPS的提取方法,影响EPS产量的因素及EPS对重金属离子的吸附过程,旨在为水体中重金属的生物吸附去除提供理论依据。 通过比较分析清水法、超声波法、K2HPO4法、NaOH法和EDTA法5种方法对自然水体生物膜胞外聚合物的提取,得出NaOH法较其他4种方法更为突出,该法所提取的多糖和蛋白分别为58.35mg/L和42.93mg/L。从DNA量占提取物总量的百分比来看,5种方法对细胞破碎的影响差别并不大。确立了NaOH法提取生物膜胞外聚合物的最适条件:萃取剂浓度2.5mol/1,萃取时间2.5h,分离转速8000r/min。 在生物膜胞外聚合物吸附铅离子的试验中发现,铅离子初始浓度为10mg/L、pH5时吸附率最大,可达到92%以上;EPS的浓度越大对铅离子的吸附效果越好。利用从自然水体生物膜中制备的EPS作为吸附剂,对Pb2+、Cd2+、Ni2+、Cu2+等重金属离子进行了生物吸附,其红外光谱分析表明,羟基和酰胺基是EPS吸附重金属离子的主要官能团。 从合肥望塘污水处理厂曝气池中的活性污泥里分离筛选出一株生长较快、产量较高且对铅离子有较高吸附效率的菌株C2,并对其进行了分子生物学鉴定。通过16S rDNA序列分析,确定了其分类学地位,其16S rDNA的长度为1417bp,经鉴定该菌为克雷伯氏菌属(Klebsiella sp.)。通过单因子试验发现,当培养基pH为7,培养温度为35℃,以乳糖为碳源,以蛋白胨为氮源时,C2菌株合成的EPS量最大,可达到50mg/100ml菌液。 C2菌株在Pb2+初始浓度为10mg/L,初始pH为5时吸附率最高,达到91%,随着EPS浓度的增大,重金属离子的吸附效率也越来越高,这点与生物膜胞外聚合物对重金属离子的吸附情况类似。 通过离子色谱分析了生物膜胞外聚合物和活性污泥细菌胞外聚合物中的多糖组分,表明生物膜胞外聚合物多糖主要由鼠李糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖和2种未知成分组成,它们的相对含量分别为18.5%,34.7%,15.5%,11.7%。C2菌株合成的胞外多糖主要由鼠李糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖、果糖和2种未知成分组成,它们的相对含量分别为:1.5%,13.3%,44.3%,27.0%,3.0%。


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