(推荐)《微生物吸附剂》PPT课件
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生物吸附
铬
是生物必需元素，也是有毒污染元素。铬的污 染来源主要是主要是采矿场、选矿厂、电镀、冶炼、 制革,印染、制药等工业废水与烟尘污染。 六价铬的毒性最大，三价次之，二价毒性最小。 铬的化合物常以溶液、粉尘或蒸汽的形式污染环境， 危害人体健康，可通过消化道、呼吸道、皮肤和粘膜 侵入人体。铬对人体的毒害为全身性的，对皮肤粘膜 的刺激作用，引起皮炎、湿疹，气管炎和鼻炎，引起 变态反应并有致癌作用，如六价铬化合物可以诱发肺 癌和鼻咽癌，对人的致死量为5克。
无机微沉淀
是金属在细胞壁上或细胞内形成无机沉淀 的过程。
废水中重金属来源 汞
全球每年消耗量约10000吨，一半用于漂 白纸浆的氯气的生产，一半用于电池和开关齿 轮的生产。世界卫生组织报告每日摄入量为 0.3mg如为甲基汞，应小于0.2mg。 汞进入人体变为有机汞，影响神经系统损害。
汞中毒历史事件
生物吸附剂与重金属去除
生物吸附剂 利用微生物对重金属的吸附作用，以微生物 材料（细胞或细胞的成分）为主要成分用于吸 附转移重金属的产品称为生物吸附剂。
生物吸附机理
生物吸附的机理主要有 络合 螯合 离子交换 转化 吸收 无机微沉 淀 金属的生物吸附是许多作用共同起作用的。 对枯草芽孢杆菌，根霉的吸附作用研究比较广 泛。
生物吸附剂与菌的特异性、与pH等相关。
金的生物吸附
使用装有硅胶固定的海藻细胞柱，使用 pH1.5的四氯金酸溶液上柱，然后用盐酸洗脱， 可以重复50次而没有柱操作的损失。 可以使用这种方法从海水中吸附金，柱用 硫脲洗脱。
铀的生物吸附
海藻生物吸附剂可用于从各种水中吸附 铀。发现碳酸根离子存在强烈抑制C.vulgaris 铀的吸附。
1950年代日本九州水俣市及其附近地区，氮肥厂排出的含汞废 水污染海水，汞受水底微生物作用而转化为甲基汞。水俣湾附近 渔村陆续出现神经系统疾病患者，1956年报道的首批病人，主 要症状为肢端麻木、感觉障碍、视野缩小。以后在患者中陆续发 现上肢震颤、共济失调、发音困难、视力和听力障碍、智力低下、 精神失常等临床所见。经过调查证实该病是长期食用被甲基汞污 染的鱼类和贝类所致的甲基汞中毒，并定名为水俣病。据报道70 年代日本正式确定为水俣病的病人达784名，有103名已死亡， 另外尚有约3000名属可疑病人。甲基汞可通过胎盘进入胎儿体 内致先天性水俣病。也可通过母乳进入婴儿体内。
生物吸附
生物吸附利用微生物体本身的化学结构及其成分特性来吸附溶于水中的金属离子,再通过固液两相分离来去除水溶液中金属离子。
微生物吸附金属的流程示意生物吸附金属的机理较复杂,按是否消耗能量可分为活细胞吸附与死细胞吸附2 种。
活细胞吸附分2 个阶段。
第1 阶段与代谢无关,为生物吸附过程,进行较快,在此过程中,金属离子可通过配位、螯合与离子交换、物理吸附及微沉淀等作用中的一种或几种复合至细胞表面;第2 阶段为生物积累过程,进行较慢,在此过程中,金属被运送至细胞内。
目前,国内外已提出的金属运行机制有细胞质过氧化、主动运输、载体协助运输、复合物渗透、被动扩散及软硬酸碱理论( HSAB) 等。
生物积累过程和细胞代谢直接相关,因此,许多影响细胞生物活性的因素都能影响金属的吸附。
死细胞吸附过程只存在生物吸附作用。
由于废水中要去除的离子大多是有毒、有害的金属或放射性金属,会抑制生物的活性,甚至使其中毒死亡,且生物的新陈代谢作用受温度、p H 值、能源等诸多因素的影响,因此,生物积累在实际应用中受到很大限制。
实际吸附过程中,活细胞的吸附量并不一定比死细胞大。
赵玲等用海洋赤潮生物原甲藻( Prorocent rum micans ) 活体和死体对Cu2 + , Pb2 + ,Ni2 + ,Zn2 + ,Ag2 + 与Cd2 + 的吸附能力进行了研究,结果证明,金属离子混合液经原甲藻吸附30 min 后,各离子的浓度显著下降且达到平衡。
原甲藻的活体和死体对这6 种金属离子具有相似的吸附能力。
生物吸附的机理往往因菌种、金属离子的不同而异, 但其主要发生的是细胞壁上的官能团—COOH , —N H2, —SH , —OH , —PO4-3等与金属离子的结合或以其它方式的配位。
根据微生物从溶液中去除金属的方式不同,生物吸附可分为以下几种: (1) 胞外富集/ 沉淀; (2) 细胞表面吸附或络合; (3) 胞内富集。
其中细胞表面吸附或络合对死活微生物都存在,而胞内和胞外的大量富集往往要求微生物具有活性。
自然科学微生物吸附剂
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2.生物吸附的机理
（1）胞外富集/沉淀
(2)细胞壁表面发生吸附或络合反应
①细胞壁表面络合
②离子交换
③氧化还原作用 ④无机微沉淀作用
（3）酶促(胞内吸附/沉淀/转化）：活性生物细 胞对金属的吸附与细胞上某种酶的活性有关；
2019/2/23 8
胞外富集
Francis发现有些细菌在生长过程中释放出的蛋白 质能使溶液中的Cd2+,Hg2+,Cu2+,Zn2+形成不溶性的 沉淀而被除去。 活性污泥和细菌产生的胞外多糖在金属分离中发 挥作用。尽管这些聚合物主要是中性多糖,但它们 同样也含有如糖醛酸、磷酸盐等可以络合溶解金 属离子的化合物。不同微生物产生的胞外多糖组 成不同,因而不同微生物结合金属的性质也不一样。 微生物生长条件强烈影响胞外聚合物的组成 ,从而 也影响金属的分离。但胞外吸附金属,只有在溶液 金属浓度低时才行。
生物吸附——利用生物体及其衍生物来吸附水 中重金属的过程。 (1)在低浓度下（1～100mg/L）,金属可以被选择 性的去除; (2)节能、处理效率高; (3)操作时的pH值和温度条件范围宽pH=3～9， T=4 ～90℃; (4)易于分离回收重金属;
(5)其原材料来源丰富,吸附剂易再生利用。
2019/2/23 5
2019/2/23
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二、生物吸附的原理
1.生物累积与生物吸着
生物累积：微生物活细胞利用生物新陈代谢作用 产生的能量，通过主动运输等方式，把金属离子 输送到细胞内部。
生物吸着：不包括生物的新陈代谢和主动运输过 程，而是通过离子交换、络合、协同、螯合、物 理吸附、沉淀等方式去除溶液中的金属。
2019/2/23
《微生物吸附剂》课件
耐受性
研究微生物吸附剂对不同环境条件的耐受能力。
微生物吸附剂的应
04
用微生物吸附剂在重金属废水处 理中具有广泛应用，如活性污 泥、生物膜等。
微生物通过吸附作用将重金属 离子从废水中去除，同时通过 生物代谢将重金属转化为无害 或低毒性的物质。
微生物吸附剂具有成本低、效 率高、环保等优点，是重金属 废水处理的重要手段之一。
微生物吸附剂的未
05
来发展与挑战
微生物吸附剂的发展趋势
高效性
01
随着环保要求的提高，微生物吸附剂需要具备更高的吸附效率
和更强的处理能力，以满足日益增长的水处理需求。
多样性
02
针对不同种类的污染物，需要开发多种类型的微生物吸附剂，
以实现更广泛的应用。
环保性
03
微生物吸附剂的制备和应用过程应遵循绿色化学原则，减少对
微生物絮凝剂
利用微生物产生的具有絮 凝功能的代谢产物，对水 体中的悬浮颗粒、重金属 离子等进行吸附和沉降。
微生物吸附剂的应用领域
污水处理
微生物吸附剂可用于污水 处理过程中的重金属离子 、有机污染物的去除，提 高出水水质。
环境修复
微生物吸附剂可用于污染 土壤、地下水等的修复， 通过吸附和降解作用降低 污染物浓度。
在含油废水处理中的应用
含油废水主要来源于石油化工、机械 制造等行业，含有大量的油类物质和 重金属离子。
微生物吸附剂在含油废水处理中具有 高效、环保、低成本的优点，为含油 废水处理提供了新的技术手段。
微生物吸附剂能够通过吸附和生物代 谢有效地去除含油废水中的油类物质 和重金属离子，降低废水对环境的危 害。
培养基制备
微生物吸附剂制备
根据所选菌株的生长需求，制备适合 的培养基。
研究微生物吸附剂对不同环境条件的耐受能力。
微生物吸附剂的应
04
用微生物吸附剂在重金属废水处 理中具有广泛应用，如活性污 泥、生物膜等。
微生物通过吸附作用将重金属 离子从废水中去除，同时通过 生物代谢将重金属转化为无害 或低毒性的物质。
微生物吸附剂具有成本低、效 率高、环保等优点，是重金属 废水处理的重要手段之一。
微生物吸附剂的未
05
来发展与挑战
微生物吸附剂的发展趋势
高效性
01
随着环保要求的提高，微生物吸附剂需要具备更高的吸附效率
和更强的处理能力，以满足日益增长的水处理需求。
多样性
02
针对不同种类的污染物，需要开发多种类型的微生物吸附剂，
以实现更广泛的应用。
环保性
03
微生物吸附剂的制备和应用过程应遵循绿色化学原则，减少对
微生物絮凝剂
利用微生物产生的具有絮 凝功能的代谢产物，对水 体中的悬浮颗粒、重金属 离子等进行吸附和沉降。
微生物吸附剂的应用领域
污水处理
微生物吸附剂可用于污水 处理过程中的重金属离子 、有机污染物的去除，提 高出水水质。
环境修复
微生物吸附剂可用于污染 土壤、地下水等的修复， 通过吸附和降解作用降低 污染物浓度。
在含油废水处理中的应用
含油废水主要来源于石油化工、机械 制造等行业，含有大量的油类物质和 重金属离子。
微生物吸附剂在含油废水处理中具有 高效、环保、低成本的优点，为含油 废水处理提供了新的技术手段。
微生物吸附剂能够通过吸附和生物代 谢有效地去除含油废水中的油类物质 和重金属离子，降低废水对环境的危 害。
培养基制备
微生物吸附剂制备
根据所选菌株的生长需求，制备适合 的培养基。
第十五讲微生物吸收营养物质的方式(共24张PPT)
基因转位主要存在于厌氧和兼性厌氧型细菌中， 也主要是用于单（或双）糖与糖的衍生物，以及核苷 与脂肪散的运输
第十七页，共二十四页。
在酶Ⅱ的作用下P-HPr将磷 酸(lín suān)转移给糖
在酶Ⅰ的作用 (zuòyòng)下HPr被激 活
第十八页，共二十四页。
运送机制:是依靠磷酸转移酶系统,即磷酸烯醇式丙酮酸-己糖 磷酸转移酶系统.
这时，糖被P-HPr上的磷酸激活，并通过酶2的作用将糖-磷酸释放
到细胞内。 酶2
P-HPr+糖 糖-P +HPr
酶2是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有特异性选择(xuǎnzé) 作用，因此细胞膜上可诱导出一系列与底物分子相应的酶2。
第二十页，共二十四页。
细胞膜外
细胞膜
S S
Enz2
S Enz2
❖ 物质进出细胞，有三道屏障： ❖ 荚膜、粘液层：蔬松对物质的运输影响较小 ❖ 细胞壁： 粗筛，允许一定分子大小物质通过，无 选择性 ❖ 细胞质膜：半渗透(shèntòu)膜，高度的选择性
第三页，共二十四页。
细胞质膜的透性
❖ ①水分子最易透过。
❖ ②大分子物质必须由胞外酶水解 (shuǐjiě)成小分子可溶于水的物质才 可透过。
3. K+激发E+脱磷酸化恢复为E, 同时将K+运入细胞.
第十六页，共二十四页。
4、基团(jī tuán)转位(Group translocation)
基因转位(zhuǎn wèi)是一种特殊的主动运输，与普 通的主动运输相比，营养物质在运输的过程中发 生了化学变化（糖在运输的过程中发生了磷酸化 ）。其余特点与主动运输相同。
特点：运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定 不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输
第十七页，共二十四页。
在酶Ⅱ的作用下P-HPr将磷 酸(lín suān)转移给糖
在酶Ⅰ的作用 (zuòyòng)下HPr被激 活
第十八页，共二十四页。
运送机制:是依靠磷酸转移酶系统,即磷酸烯醇式丙酮酸-己糖 磷酸转移酶系统.
这时，糖被P-HPr上的磷酸激活，并通过酶2的作用将糖-磷酸释放
到细胞内。 酶2
P-HPr+糖 糖-P +HPr
酶2是一种结合于细胞膜上的蛋白，它对底物具有特异性选择(xuǎnzé) 作用，因此细胞膜上可诱导出一系列与底物分子相应的酶2。
第二十页，共二十四页。
细胞膜外
细胞膜
S S
Enz2
S Enz2
❖ 物质进出细胞，有三道屏障： ❖ 荚膜、粘液层：蔬松对物质的运输影响较小 ❖ 细胞壁： 粗筛，允许一定分子大小物质通过，无 选择性 ❖ 细胞质膜：半渗透(shèntòu)膜，高度的选择性
第三页，共二十四页。
细胞质膜的透性
❖ ①水分子最易透过。
❖ ②大分子物质必须由胞外酶水解 (shuǐjiě)成小分子可溶于水的物质才 可透过。
3. K+激发E+脱磷酸化恢复为E, 同时将K+运入细胞.
第十六页，共二十四页。
4、基团(jī tuán)转位(Group translocation)
基因转位(zhuǎn wèi)是一种特殊的主动运输，与普 通的主动运输相比，营养物质在运输的过程中发 生了化学变化（糖在运输的过程中发生了磷酸化 ）。其余特点与主动运输相同。
特点：运输的速率由胞内外该物质的浓度差决定 不消耗代谢能量，故不能进行逆浓度运输
高中生物竞赛理论辅导-生物技术吸附课件PPT
2021届
高中生物竞赛理论辅导课件
生物技术
20 吸 附
吸附现象
A rain – damp;
B 冰箱除异味 C 变色硅胶
20.1 吸附过程理论基础
20.1.1 基本概念
吸附
溶质从液相或气相转移到固相的现象。(该 过程包括两相:液相(气相)→固相) 表面能发生吸附作用的固体称为吸附剂(吸 附介质),一般为多孔微粒或多孔膜.被吸附的 溶质称为吸附物.
20.1.4 吸附平衡理论
吸附是一种平衡分离方法，根据不同溶质在液 固两相间分配平衡的差别实现分离。
当溶质在液固两相间达到吸附平衡时，吸附剂 上的平衡吸附质浓度q是液相游离溶质浓度c和
温度T的函数。
q f (c,T )
吸附等温线
当温度一定时，平衡吸附量q与液相游离溶质浓
度c之间的函数关系称为吸附等温线。
以线性推动力速率方程为例,阐述该假设的应 用.
设吸附平衡为Langmuir型,则有:
20.6膨胀床吸附
膨胀床是发展中的吸附分离技术．在 蛋白质类生物大分子的单步纯化分离 过程有着诱人的开发潜力．
膨胀床吸附
流化床：床内吸附粒子呈流化状态． 膨胀床：是液固相返混程度较低的液固流
化床．
（名校课堂）高中生物竞赛理论辅导- 生物技 术吸附 PPT-优 秀课件 【标准 版本】
交换吸附
1st 极性吸附: 吸附剂表面如为极性分子所组 成，则会吸引溶液中逞相反极性的物质或离子 而形成双电层，这种吸附称为极性吸附。
2nd 离子交换: 在吸附剂与溶液间发生离子交 换，即吸附剂吸附离子后，它同时要放出等当 量的离子于溶液中。
吸附剂表面键合的离子基团或可离子化基团, 通过静电引力吸附带有相反电荷的离子,吸附过 程发生电子转移.
高中生物竞赛理论辅导课件
生物技术
20 吸 附
吸附现象
A rain – damp;
B 冰箱除异味 C 变色硅胶
20.1 吸附过程理论基础
20.1.1 基本概念
吸附
溶质从液相或气相转移到固相的现象。(该 过程包括两相:液相(气相)→固相) 表面能发生吸附作用的固体称为吸附剂(吸 附介质),一般为多孔微粒或多孔膜.被吸附的 溶质称为吸附物.
20.1.4 吸附平衡理论
吸附是一种平衡分离方法，根据不同溶质在液 固两相间分配平衡的差别实现分离。
当溶质在液固两相间达到吸附平衡时，吸附剂 上的平衡吸附质浓度q是液相游离溶质浓度c和
温度T的函数。
q f (c,T )
吸附等温线
当温度一定时，平衡吸附量q与液相游离溶质浓
度c之间的函数关系称为吸附等温线。
以线性推动力速率方程为例,阐述该假设的应 用.
设吸附平衡为Langmuir型,则有:
20.6膨胀床吸附
膨胀床是发展中的吸附分离技术．在 蛋白质类生物大分子的单步纯化分离 过程有着诱人的开发潜力．
膨胀床吸附
流化床：床内吸附粒子呈流化状态． 膨胀床：是液固相返混程度较低的液固流
化床．
（名校课堂）高中生物竞赛理论辅导- 生物技 术吸附 PPT-优 秀课件 【标准 版本】
交换吸附
1st 极性吸附: 吸附剂表面如为极性分子所组 成，则会吸引溶液中逞相反极性的物质或离子 而形成双电层，这种吸附称为极性吸附。
2nd 离子交换: 在吸附剂与溶液间发生离子交 换，即吸附剂吸附离子后，它同时要放出等当 量的离子于溶液中。
吸附剂表面键合的离子基团或可离子化基团, 通过静电引力吸附带有相反电荷的离子,吸附过 程发生电子转移.
《有机吸附剂》课件
应用领域
气体分离与纯化
用于工业气体分离、空气净化、气体纯 化等，如天然气、氢气、氮气的分离和
纯化。
固体物质的分离与回收
用于废物处理、资源回收和矿物提取 等领域，如从废弃物中提取有用物质
、重金属的回收等。
液体分离与纯化
用于水处理、工业废水处理、食品饮 料加工等领域，如脱盐、脱色、除味 等。
化学反应催化剂
物理法
01
总结词
通过物理手段将有机物质转化为吸附剂的方法。
02 03
详细描述
物理法通常涉及到利用物理手段，如加热、加压、搅拌等 ，将有机物质转化为具有吸附性能的物质。这种方法制备 的吸附剂通常具有较好的机械稳定性和化学稳定性，适用 于一些特定的应用场景。
优缺点
物理法具有操作简单、能耗低等优点，但也存在制备过程 不易控制、产物性能不稳定等缺点。
选择性
总结词
选择性是有机吸附剂的另一个重要性能指标，它表示吸附剂对某一特定溶质的吸附能力相对于其他溶质的优越程 度。
详细描述
选择性好的吸附剂能够高选择性地吸附目标溶质，而对其他溶质的吸附较小。选择性的高低与吸附剂的表面化学 性质、孔结构以及溶质分子的大小、极性、官能团等特性有关。
再生性
总结词
再生性表示有机吸附剂在使用后能够通过特定方法恢复其吸附性能的能力。
详细描述
良好的再生性能可以降低吸附剂的更换成本和废弃物处理成本，同时也有利于实现吸附剂的循环使用 ，减少对环境的影响。再生方法包括热处理、化学处理、溶剂处理等，具体方法的选择取决于吸附剂 的种类和性质。
05
有机吸附剂的未来发展
新材料开发
高效能有机吸附剂
研发具有高吸附容量、快速吸附 和解吸速度的新型有机吸附剂， 以满足不断增长的需求。
生物吸附剂
真菌—明胶，酪蛋白，多肽材料 颗粒化：包括发酵菌体处理浓缩，交联混合，菌体挤出，颗粒化等
2.壳聚糖吸附剂的制备
优：含量高资源丰富
缺：细胞壁的主要成分, 与细胞内其他物质混在 一起，分离提取过程比 较复杂
壳聚糖吸附剂的吸附功能受改性剂的制备方法影响较大
E.g.
1)以壳聚糖为载体，正戊基为配基可建立新型疏水色谱填料 2)以壳聚糖为载体，戊二醛为交联剂获得不溶于稀酸的壳聚糖微球，可用于吸附牛血 清蛋白而用作生化分离材料 3)以冠醚作为交联剂与壳聚糖进行反应制备的壳聚糖，对重金属离子Au3+,Ag+,Pt41和 Pd2+具有较好的吸附性能 4)用香兰醛对壳聚糖改性，在重金属离子的吸附性能方面，对Cd2+,Zn2+的吸附符合 Langmuir及Freundlich公式，但对Pd2+的吸附不符合
• 真菌吸附剂中几丁质R2-NH和乙酰几丁质R-NH2在金属吸附中起 重要作用
• 壳聚糖吸附剂对金属离子除了螯合，络合等离子交换外，多数对 金属离子（如Cr3+,Zn2+,Cd2+,Ag+,Cu2+等）的吸附符合Lamgmuir等 纹饰，有典型的化学吸附行为，改性壳聚糖有时也有物理吸附行 为。
四.生物吸附剂的吸附机理
物理吸附：一般无选择性，主要由 范德华引力引起
化学吸附：有显著选择性，在固体 表面上形成化学键，涉及吸附分子 和吸附剂之间的电子交换与共有
生物吸附剂有时表现为物理吸附，多数 表现为分子吸附，离子交换被认为是生 物吸附的主要方式
• 藻类吸附剂中羧基，强酸性硫酸酯基（R-OSO3-）是重要的金属 吸附位点，与金属离子的交换特征和pH关系密切
生物吸附剂
生物吸附剂的基本概念 生物吸附剂的种类 生物吸附剂的制备
2.壳聚糖吸附剂的制备
优：含量高资源丰富
缺：细胞壁的主要成分, 与细胞内其他物质混在 一起，分离提取过程比 较复杂
壳聚糖吸附剂的吸附功能受改性剂的制备方法影响较大
E.g.
1)以壳聚糖为载体，正戊基为配基可建立新型疏水色谱填料 2)以壳聚糖为载体，戊二醛为交联剂获得不溶于稀酸的壳聚糖微球，可用于吸附牛血 清蛋白而用作生化分离材料 3)以冠醚作为交联剂与壳聚糖进行反应制备的壳聚糖，对重金属离子Au3+,Ag+,Pt41和 Pd2+具有较好的吸附性能 4)用香兰醛对壳聚糖改性，在重金属离子的吸附性能方面，对Cd2+,Zn2+的吸附符合 Langmuir及Freundlich公式，但对Pd2+的吸附不符合
• 真菌吸附剂中几丁质R2-NH和乙酰几丁质R-NH2在金属吸附中起 重要作用
• 壳聚糖吸附剂对金属离子除了螯合，络合等离子交换外，多数对 金属离子（如Cr3+,Zn2+,Cd2+,Ag+,Cu2+等）的吸附符合Lamgmuir等 纹饰，有典型的化学吸附行为，改性壳聚糖有时也有物理吸附行 为。
四.生物吸附剂的吸附机理
物理吸附：一般无选择性，主要由 范德华引力引起
化学吸附：有显著选择性，在固体 表面上形成化学键，涉及吸附分子 和吸附剂之间的电子交换与共有
生物吸附剂有时表现为物理吸附，多数 表现为分子吸附，离子交换被认为是生 物吸附的主要方式
• 藻类吸附剂中羧基，强酸性硫酸酯基（R-OSO3-）是重要的金属 吸附位点，与金属离子的交换特征和pH关系密切
生物吸附剂
生物吸附剂的基本概念 生物吸附剂的种类 生物吸附剂的制备
微生物学ppt课件第十三章 微生物的应用
切碎的目的 控制适宜的通气状况 微生物利用的养料容易 渗出,使微生物 迅速发展.
❖ 水分、通气与保温 ❖ 堆制和泥封 ❖ 翻堆
2021/6/18
16
有机肥料积制的微生物学过程
❖ 发热阶段 ❖ 高温阶段 ❖ 降温阶段 ❖ 腐熟保肥阶段
2021/6/18
17
发热阶段
❖ 好气条件下，易分解的有机物（如糖、淀粉 和蛋白质）迅速分解，产生大量热能。
❖ 可降解碳氢化合物 ❖ 生长快和保藏易 ❖ 能在不利条件下生长和发挥作用 ❖ 能协助进行生物乳化作用（bioemulsification) ❖ 不会产生二次污染
2021/6/18
43
生物治理面临的困境
❖目标微生物在实验室难培养 ❖环境中其他有毒物质的毒害 ❖营养缺乏 ❖氧气不足
2021/6/18
14
三、微生物与农村有机废物处理
堆肥材料按性质分： ❖ 不易分解的物质，如秸杆、杂草等。
❖ 促进分解的物质，如人畜粪尿、石灰、草木灰 等。
❖ 吸收性强的物质，主要是加入一些粉碎性的黏
土、草炭、秸杆或锯末，以吸收腐解过程中释 放出来的溶液，以避免养分的流失。
2021/6/18
15
堆肥的制作步骤
❖ 原料处理:植物秸杆类的原料，应先切碎并压裂。 有利行吸收水分
菌群 ❖ 细菌 ❖ 腐生的原生动物 ❖ 捕食性原生动物，如纤毛虫
2021/6/18
33
厌氧处理法
❖ 是在水中没有空气、缺乏溶解氧的情况
下，利用厌氧微生物分解污水中的有机
物，分解后的最终产物是甲烷、CO2、 N2、H2S和NH3等。
❖ 其分解过程是：有机物（芽孢杆菌）
小有机物（甲烷细菌） 等气体
❖ 水分、通气与保温 ❖ 堆制和泥封 ❖ 翻堆
2021/6/18
16
有机肥料积制的微生物学过程
❖ 发热阶段 ❖ 高温阶段 ❖ 降温阶段 ❖ 腐熟保肥阶段
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17
发热阶段
❖ 好气条件下，易分解的有机物（如糖、淀粉 和蛋白质）迅速分解，产生大量热能。
❖ 可降解碳氢化合物 ❖ 生长快和保藏易 ❖ 能在不利条件下生长和发挥作用 ❖ 能协助进行生物乳化作用（bioemulsification) ❖ 不会产生二次污染
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生物治理面临的困境
❖目标微生物在实验室难培养 ❖环境中其他有毒物质的毒害 ❖营养缺乏 ❖氧气不足
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14
三、微生物与农村有机废物处理
堆肥材料按性质分： ❖ 不易分解的物质，如秸杆、杂草等。
❖ 促进分解的物质，如人畜粪尿、石灰、草木灰 等。
❖ 吸收性强的物质，主要是加入一些粉碎性的黏
土、草炭、秸杆或锯末，以吸收腐解过程中释 放出来的溶液，以避免养分的流失。
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堆肥的制作步骤
❖ 原料处理:植物秸杆类的原料，应先切碎并压裂。 有利行吸收水分
菌群 ❖ 细菌 ❖ 腐生的原生动物 ❖ 捕食性原生动物，如纤毛虫
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33
厌氧处理法
❖ 是在水中没有空气、缺乏溶解氧的情况
下，利用厌氧微生物分解污水中的有机
物，分解后的最终产物是甲烷、CO2、 N2、H2S和NH3等。
❖ 其分解过程是：有机物（芽孢杆菌）
小有机物（甲烷细菌） 等气体
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蛋白质 17
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芽孢杆菌属的菌株都 有强大的吸附金属的能力。 用地衣芽孢杆菌吸附Pb2+ 时，45min吸附量可达 224.8mg/g。多粘芽孢杆菌 对铜有潜在的吸附能力,吸 附量可达62.72mg/g。
用死芽孢杆菌制成了商 业用途的球状的生物吸附 剂AMT—BIO CLA IM,并 已获得了专利。
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斜生栅藻对UO22+吸附是一个快速而不需要能量的过程,
最c.藻大吸类附藻容量类达的7细5m胞g/g壁干在物多质,数能够情使况铀下浓是度由从纤5.0维mg素/L降 至也形很0成.0小5的m。g网绿/Ｌ状微, U藻结O在构22悬+构与浮C成状u,2含态+、下有N,i活丰2+、细富Z胞的n对2+多、C糖rC的d,2最+多之大糖间吸的带附竞负量争为 1电2.6,可7ｍ以ｇ通/ｇ过干静物电质,引干细力胞与为许13多.1金2m属g/ｇ离干子物相质结；合一。些大型
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③氧化还原
变价金属离子在具有还原能力的生物体上吸附, 有可能发生氧化还原反应,
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④无机微沉淀作用
通常,易水解而形成聚合水解产物的金属离子 在细胞表面易形成无机沉淀物。
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三、生物吸附剂
1.吸附剂的选择：只有与金属结合能力强和选择 性高的生物材料才能应用于实际 （1）种类种类： （2）选择原则：p350
微生物吸附剂
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放重
一、重金属毒性物质
大金 作属
用会
危通
重不金能属为与微一生般物耗所氧降的解有，机只物能不产同生，各在种水形害 人 类体态过 食 物中之
间的相互转化以及分散和富集，这个过健程链称
之为重金属的迁移。
康的 生
物
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骨痛病
微量、痕量的重金属即具 有潜在的危险性：震惊世界 的水俣病、骨痛病事件。闻 名世界的日本环境污染事件： 集体发疯事件（锰 中毒）、 水俣病事件（甲基汞）、痛 痛病事件（镉中毒）
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传统的处理方法：
化学沉淀法：如石灰沉 淀法，易造成二次污染
离子交换法：离子交换树 脂价格高
电解法：常用于电镀废水， 不能将金属离子浓度降到很 低
膜分离：成本高 选择性低，能耗大，运行 费用高，当水中的重金属浓 度较低时, 去除率不高。
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离子交换
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目前新兴的去除技术———生物吸附
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2.生物吸附的机理
（1）胞外富集/沉淀 (2)细胞壁表面发生吸附或络合反应 ①细胞壁表面络合 ②离子交换 ③氧化还原作用 ④无机微沉淀作用 （3）酶促(胞内吸附/沉淀/转化）：活性生物细 胞对金属的吸附与细胞上某种酶的活性有关；
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胞外富集
Francis发现有些细菌在生长过程中释放出的蛋白 质能使溶液中的Cd2+,Hg2+,Cu2+,Zn2+形成不溶 性的沉淀而被除去。
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②离子交换
离子交换是与细胞物质结合的金属离子被另一些结 合能力更强的金属离子代替的过程。有毒的重金 属离子与细胞物质具有很强的结合能力，因此， 离子交换在重金属废水的处理中具有特别重要的 意义。
➢ 例如，多糖是褐藻和红藻的结构成分，大多数天 然存在的海藻多糖是以Na+、K+ 、Ca2+ 、Mg2+离 子的盐形式存在。二价金属离子能够与这些多糖 的阳离子发生离子交换。
生物吸附——利用生物体及其衍生物来吸附水 中重金属的过程。
(1)在低浓度下（1～100mg/L）,金属可以被选择 性的去除; (2)节能、处理效率高; (3)操作时的pH值和温度条件范围宽pH=3～9， T=4 ～90℃; (4)易于分离回收重金属; (5)其原材料来源丰富,吸附剂易再生利用。
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青 霉
根 霉
曲霉（发辫状）
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对Pb2+和Cd2+ 有很好的回收作用， 还是一种很有前途 的处理核工业的放 射性废水的吸附剂。
酱油曲霉对Pb2+和 Cd2+的吸附率分别 为69.76%和 72.28%,米曲霉为 60.64%、81.34%, 无花果曲霉对铅的 吸附率可达 92.44% 。
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b.真菌：几丁质是许多真菌细胞壁的结构物质, 其它的
葡聚糖,如甘露聚糖等可替代几丁质存在于某些真菌的细 胞壁中,真菌的细胞壁通常含80%～90%的多糖。在重金 属的吸附过程中,起主要作用的是几丁质和葡聚糖。
酿酒厂的废菌体啤酒酵 母,它可以吸附多种重金属离 子和放射性元素,而且水中的 一些常见的离子K+、Na+、 Ca2+、Mg2+及盐度对吸附的 影响很小或不影响。
活性污泥和细菌产生的胞外多糖在金属分离中发 挥作用。尽管这些聚合物主要是中性多糖,但它们 同样也含有如糖醛酸、磷酸盐等可以络合溶解金 属离子的化合物。不同微生物产生的胞外多糖组 成不同,因而不同微生物结合金属的性质也不一样。 微生物生长条件强烈影响胞外聚合物的组成,从而 也影响金属的分离。但胞外吸附金属,只有在溶液 金属浓度低时才行。
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①细胞壁表面络合
络合作用是金属离子与几个配基以配位键相结合 形成的复杂离子或分子的过程。
当生物体暴露在金属溶液中时,金属离子与细胞壁 里的蛋白质、多糖及脂类中带负电的官能团如氨 基、酰氨基、羧基、羟基、磷酰基和硫酸盐等络 合而形成络合物，其中氮、氧、磷、硫作为配位 原子与金属离子配位络合。
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二、生物吸附的原理
1.生物累积与生物吸着
生物累积：微生物活细胞利用生物新陈代谢作用 产生的能量，通过主动运输等方式，把金属离子 输送到细胞内部。
生物吸着：不包括生物的新陈代谢和主动运输过 程，而是通过离子交换、络合、协同、螯合、物 理吸附、沉淀等方式去除溶液中的金属。
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2.生物吸附剂的制备:酸、碱、加热等预处理
3.生物吸附的影响因素
21.12.202016源自a.细菌:革兰氏阳性菌中,细胞壁90%由肽聚糖组成,另一组分
为磷壁酸。磷壁酸是一种酸性多糖;在革兰氏阴性菌中, 除肽 聚糖外还有另一层壁物质脂多糖组成。
细菌与重金属的吸附作用位点是细胞壁上的羧基和氨基 或结构蛋白上的N，P，O等原子。
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细胞壁在细胞吸附重金属离子的同时,伴随有其 它阳离子被释放。
以海藻酸盐NaAlg为例来说明二价金属离子 (Me2+)与多糖之间的离子交换：
2NaAlg + Me2+ — Me(Alg)2 十 2Na+
然而交换下来的离子总量只占金属离子的总吸 附量的一小部分，说明离子交换并非主要吸附机理。