摘 要

本论文以胶冻芽孢杆菌作为生物吸附剂的生物材料，探究其对水溶液中Cr（VI）的吸附特性。设计实验从生物吸附剂投加量、溶液pH以及溶液中Cr（VI）的初始质量浓度三个方面筛选胶冻芽孢杆菌生物吸附剂最适宜的环境条件。实验结果表明生物吸附剂对Cr（VI）的去除率随着生物吸附剂投加量的增加而增加；当pH值处于在2-12之间时，生物吸附剂对Cr（VI）的去除率随着pH的增大而减小；增加溶液中Cr（VI）的初始质量浓度能提高胶冻芽孢杆菌对Cr（VI）的吸附容量，但会降低Cr（VI）的去除率。以这三个实验为基础，得到的最优吸附条件为：胶冻芽孢杆菌生物吸附剂投加量为1.5 g，溶液pH值为4，Cr（VI）的初始质量浓度为20 mg/L。在这样的环境条件下对Cr（VI）的去除率可以达到94.77%，胶冻芽孢杆菌Cr（VI）的吸附容量为0.3159 mg/g。

关键词：生物吸附；胶冻芽孢杆菌；吸附特性；重金属；Cr（VI）；

Abstract

The aim of this work is to study the adsorption of aqueous Cr(VI) by Bacillus gelatinosa as biological adsorbent including the impact factor assessment and underlying mechanism investigation. The effects of adsorbent dosage, solution pH, initial Cr(VI) concentration on the adsorption of Cr(VI) by Bacillus gelatinosa were carried out in this work. The experimental results show that the higher removal efficiency of Cr(VI) is achieved with the increasing adsorbent dosage. The removal efficiency of Cr(VI) decreases with the increase of the solution pH in the range of 2 to 12. Furthermore, increasing of the initial Cr(VI) concentration in the solution will lead to the enhancement of the adsorption capacity by Bacillus gelatinosa, while resulting in the decrease of Cr(VI) removal efficiency. The suitable environmental conditions were selected based on these three experiments for best Cr(VI) adsorption: initial Cr(VI) concentration at 20 mg/L, solution pH of 4) and the adsorbent dosage at 1.5 g. In this case Cr(VI)removal efficiency could achieve 94.77% and the adsorption capacity of Bacillus gelatinosa for Cr(VI) would be 0.3159mg/g.

Keywords: Biosorption; Bacillus gelatinosa; adsorption characteristics;heavy metal; Cr（VI）

目 录

第1章 绪论 1

1.1重金属污染 1

1.1.1水体重金属污染现状 1

1.1.2水体重金属污染的危害 2

1.1.3典型重金属铬的来源与危害 3

1.2现阶段水体重金属处理工艺 3

1.3生物吸附剂的研究 5

1.3.1生物吸附剂研究现状 5

1.3.2芽孢杆菌生物吸附剂的研究 6

1.4研究内容 8

第2章 实验材料和方法 9

2.1 实验材料 9

2.1.1生物吸附剂 9

2.1.2实验仪器 9

2.1.3实验试剂 9

2.1.4实验所需溶液的配制 10

2.2实验方法 10

2.2.1吸附剂投加量对吸附的影响 10

2.2.2 pH对吸附的影响 11

2.2.3 Cr（VI）初始质量浓度对吸附的影响 11

2.3样品分析方法 11

第3章 实验结果与讨论 13

3.1 实验结果 13

3.1.1生物吸附剂投加量对Cr（VI）吸附的影响 13

3.1.2 pH对Cr（VI）吸附的影响 13

3.1.3初始Cr（VI）质量浓度对Cr（VI）吸附的影响 14

3.2讨论与分析 15

3.2.1生物吸附剂投加量对Cr（VI）吸附的影响 15

3.2.2 pH对Cr（VI）吸附的影响 16

3.2.3 Cr（VI）初始质量浓度对Cr（VI）吸附的影响 17

第4章 总结与展望 18

4.1 总结 18

4.2 展望 18

参考文献 19

致谢 23

第1章 绪论

1.1重金属污染

重金属指的是密度在4.0以上约60种元素或者密度在5.0以上的45种元素[^[1]]。虽然，砷、硒为非金属，但它的毒性以及某些性质与重金属相似，因此也将其列入重金属污染物的范围之内。环境污染这方面所指的重金属，主要指的是含有明显的生物毒性的汞、铬、铅以及类金属砷，还包括有含有毒性的重金属铜、镍等[^[2]]。

1.1.1水体重金属污染现状

生物的一切生命活动离不开水，近年来，水环境问题一直以来都是人类关注的一大关键问题，特别是水中重金属污染的问题，由于近年来工业的发展速度过快，但对排放污水的治理方式没有相应的更新，以至于许多水体中都存在重金属污染。由于重金属在水体内不容易去除，会在生物体内长期存在，并随着生物放大效应在生物体内长期聚集累积，最终影响人类健康。

一般来说，现在研究所描述的水体重金属污染，主要是针对一些工厂或者重工企业等排放出来的富含重金属的污染水源[^[3]]。当这些重金属没有经过一定的治理直接排放到水体之中时，其带有的重金属离子便会进入环境，引发水体重金属污染，污染严重的情况下会造成不可挽回的局面。这些污染问题都是在于[^[4]]：一、城市中的一些固体废物垃圾、一些冶炼重金属的工业工厂排放出来的工业废水、市民日常生活中产生的含有重金属污染物的生活污水以及含有重金属污染源的污染物直接排入水体之中，使得水体中逐渐聚集积累了大量的悬浮物与沉积物，导致水体中重金属不断增加。二、造成重金属污染的另外一个因素就是一些未经过科学处理的废旧电池，其中含有大量的镉、铅等剧毒重金属元素，使得水体环境、土壤环境受到严重的污染。三、人类生产活动[^[5]]，例如农药喷洒，会使得重金属进入土壤，随着下雨等其他途径进入水体造成重金属污染。我国为了从根源解决重金属污染的问题，制定了相应的污水排放标准。下表为我国排放标准中重金属最高允许排放浓度。

表1.1重金属污染物排放标准

1.1.2水体重金属污染的危害

随着时代发展，城市发展进程的不断加快，工业兴起，导致大量的含有重金属污染源的工业废水排放，大多数城市面临着严重的水体或者土壤重金属污染问题。存在于土壤中的重金属会在植物进行生物活动的过程中进入植物内，对植物体内产生的一些酶产生毒害作用，进而影响植物的日常生物活动[^[6]]。少量的某些重金属元素是生物生长必需的微量元素，但是当大量的重金属，尤其是一些矿区或者是重工企业的废水排放进入水体之中，就会引起水体生态系统中不同程度的重金属污染。重金属进入到水环境之中时，难以被水环境中的微生物正常分解，更无法通过水体的自我净化作用来减少水体中重金属污染的危害，这些在一定程度上对水体造成了严重的影响。这些负面影响主要表现为：在一定程度上抑制了水环境中植物的呼吸作用和光合作用，导致水环境中的其他生物的生存活动受到了不良影响；削弱了酶的活性，导致核酸组成发生了一定的变化[^[7]]，并且对水生植物细胞体积将造成抑制作用，影响其正常生长。而且，重金属通过进入水环境中的植物或者动物系统中，通过食物链的直接或者间接作用进入人体，并且由于生物放大的效应，重金属在人体体内的含量会高于水生生态系统中的重金属含量，导致人类身体健康甚至生命安全受到严重的威胁。1956年日本水俣湾地区居民因大量饮用含汞水导致发生的“水俣病”，以及在日本富山县神通川流域部分的居民，长期饮用受镉污染的喝水，并食用以此水灌溉养殖的稻米，使得镉在体内蓄积对人体肾脏造成危害，进而泛滥的一种“骨痛病”。这两种疾病都是由于重金属元素在人体内大量富集而产生的人体疾病。重金属元素对人体的主要危害见下表[^[8]][^[9]][^[10]]。