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

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/l，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％。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1 研究背景

2 胞外聚合物的研究进展

2．1 胞外聚合物(EPS)的定义和作用

2．2 EPS的组成结构

2．3 EPS的化学组成

2．4 EPS的提取

3 重金属废水污染及其处理技术概述

3．1 重金属废水污染种类及其来源

3．2 重金属废水污染的毒性和危害

3．3 重金属废水的处理方法

3．4 微生物胞外聚合物对重金属的吸附

4 本研究的的内容和意义

第二章 自然水体生物膜胞外聚合物的提取、组分分析及其对铅离子的吸附

1 实验材料与仪器

1．1 实验材料

1．2 主要实验仪器

2 实验方法

2．1 生物膜的培养

2．2 生物膜EPS的提取

2．3 生物膜EPS成分的初步分析

2．4 生物膜EPS的制备

2．5 生物膜EPS对重金属的吸附实验

2．6 生物膜EPS的红外光谱分析

3 结果与讨论

3．1 多糖、蛋白质、DNA、Pb2+的标准曲线绘制

3．2 5种EPS提取方法的结果比较和分析

3．3 影响NaOH法提取生物膜胞外聚合物的因素

3．4 生物膜胞外聚合物对Pb2+的吸附

3．5 生物膜胞外聚合物吸附金属离子的红外光谱分析

4 本章小结

第三章 活性污泥胞外聚合物的合成、提取及其对铅离子的吸附

1 实验材料与仪器

1．1 实验材料

1．2 主要实验仪器

2 实验方法

2．1 活性污泥中产胞外聚合物菌株的筛选

2．2 产胞外聚合物菌株的EPS的提取方法

2．3 纯菌株的EPS对铅离子的吸附实验

2．4 C2菌株EPS的产量

2．5 活性污泥产胞外聚合物菌株电镜扫描前处理

2．6 C2菌株的分子生物学鉴定

3 结果与讨论

3．1 活性污泥产胞外聚合物菌株的筛选

3．2 C2菌株EPS对铅离子的吸附

3．3 影响C2菌株EPS产量的因素

3．4 C2菌株产EPS前后的扫描电镜观察

3．5 C2菌株的分子鉴定结果

4 本章小结

第四章 胞外聚合物组分分析

1 实验材料与仪器

1．1 实验材料

1．2 主要实验仪器

2 实验方法

2．1 EPS的制备

2．2 EPS的主要成分分析实验

2．3 EPS胞外多糖分析实验

3 结果与讨论

3．1 EPS主要成分比较

3．2 胞外多糖组分分析

4 本章小结

第五章 结论与展望

1 主要结论

2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学位论文