传统的化学絮凝剂处理废水的效果明显,但是他们会造成二次污染,对自然和生物都会产生危害。同时会产生大量含有这些化学絮凝剂的污泥,增加了后续处理的成本。微生物絮凝剂是由微生物生长过程中向体外分泌的生物高分子有机物,其主要成分为多糖和蛋白质,其在自然环境下可自行降解,无残留、无二次污染。微生物絮凝剂具有丰富的官能团丰富和较高的环境效益,近年来,它被应用到多个领域,例如吸附重金属、去除染料和合成纳米粒子等。目前生物絮凝剂的生产方法既耗时又昂贵,限制了其推广和商业化。例如,微生物絮凝剂平均生产周期通常需要几百个小时,需要提供底物和营养。此外,微生物絮凝剂生产过程需要采用高温灭菌技术。因此,降低微生物絮凝剂的生产成本和研究微生物絮凝剂应用的机制是解决目前微生物絮凝剂在废水中应用问题的关键。研究表明,大多数菌株在高盐的环境下容易受到等离子体分解的影响,就像加热效应一样。因此,我们希望可以利用高盐的条件取代传统的灭菌技术。在前人的研究中可以发现芽孢杆菌具有较强的高盐耐受性,并且芽胞杆菌分泌的胞外聚合物具有丰富的羧基,氨基,羟基等基团为吸附重金属提供了大量的吸附位点。利用芽孢杆菌可以在高盐条件下分泌微生物絮凝剂的特点,可以将难以处理的高盐废水作为廉价培养基减少生产微生物絮凝剂的成本。同时,可以减少生产微生物絮凝剂过程中灭菌这一环节可以简化流程,节约能源。据此,实验拟将芽孢杆菌分泌的微生物絮凝剂作为重金属吸附剂,利用芽孢杆菌可以在高盐的条件下生长的特性开发一种新型低廉高效的生物吸附剂。针对目前对于高盐浓度对芽孢杆菌生产微生物絮凝剂的影响以及对微生物絮凝剂吸附重金属的机制还不明确等问题,我们利用多种技术分析在盐胁迫下分泌的微生物絮凝剂的产量,组成结构,理化性质以及对重金属的去除效率,建立微生物絮凝剂吸附重金属的机理模型。通过本课题的研究我们有望找到一条经济、有效的提高重金属吸附效果的新途径,并为微生物絮凝剂吸附重金属的理论及技术研究提供可靠的理论依据和技术指导。本论文主要研究结论如下:1.芽孢杆菌在高盐条件下制备微生物絮凝剂及其絮凝效果:在高盐条件下,芽孢杆菌生产微生物絮凝剂的产量为2.4 g/L左右。高盐条件下生产的微生物絮凝剂需要和阳离子助凝剂Fe3+联用才能对高岭土颗粒有较好的絮凝效果。微生物絮凝剂的最佳絮凝条件为添加120 mg/L微生物絮凝剂和0.4 m M Fe3+。微生物絮凝剂具有较好的耐热性能,并且在较宽的p H范围内对高岭土颗粒表现出较高的絮凝率,絮凝率都保持在90%以上,说明其在实际运用中有广泛的前景。2.絮凝剂的表征及絮凝机理:高盐条件下生产的微生物絮凝剂主要是由54.17%的多糖,32.68%左右的蛋白质以及23.52%的其他物质组成的。三维荧光光谱图中可以看出是絮凝剂样品中含有类色氨酸相关的蛋白和类酪氨酸相关的蛋白。经过红外光谱和X射线光电子能谱分析发现微生物絮凝剂样品主要是由C、N、O组成并且含有丰富的羟基、羧基和氨基等基团。环境扫描电镜图谱中可以看出样品是网状结构且表面具有丰富的孔隙。通过对絮凝土沉淀物的显微镜观察,絮凝前后Zeta电位变化分析,絮凝活性组分分析以及高岭土和微生物絮凝剂结合键分析,可以判断出絮凝过程中主要作用机理是电中和和吸附架桥。3.微生物絮凝剂对重金属的吸附研究:高盐条件下生产的微生物絮凝剂对Pb2+、Cr6+和Cu2+的去除率为Pb2+>Cu2+>Cr6+。微生物絮凝剂吸附重金属的实验中,微生物絮凝剂对Pb2+的最大吸附容量为485.09 mg/g,对Cr6+的最大吸附容量为175.86 mg/g,对Cu2+的最大吸附容量为205.18 mg/L。微生物絮凝剂吸附重金属的过程中不是简单的单层吸附,其中所发生的反应较为复杂。化学吸附是整个吸附过程中主要的限速步骤。同一种微生物絮凝剂对三种重金属离子的吸附容量和吸附速率不同,可能是由于吸附过程中发挥作用的组分和金属离子不同造成的。4.微生物絮凝剂吸附重金属的机理:通过微生物絮凝剂吸附三种重金属前后的红外光谱图,我们可以发现微生物絮凝剂吸附重金属的过程中,微生物絮凝剂中蛋白质、多糖和核酸等组分中的基团都发挥作用。吸附不同的重金属离子,微生物絮凝剂中发挥作用的基团也存在不同。根据三维荧光光谱数据拟合结果,我们可以发现微生物絮凝剂吸附过程中蛋白质和类腐殖质组分与重金属结合。扫描电镜图可以看出微生物絮凝剂为多孔结构为重金属吸附提供了丰富的位点。从SEM-EDX图中我们可以发现吸附过程中重金属和微生物絮凝剂表面的K+和Mg2+发生了离子交换反应,说明离子交换在吸附过程中发挥重要作用。通过将去除蛋白前后的微生物絮凝剂对重金属的去除率对比以及红外光谱、三维荧光光谱和扫描电镜能谱等方法对微生物絮凝剂吸附重金属的机理进行探究,我们可以发现微生物絮凝剂吸附重金属主要作用为表面络合,静电吸附和离子交换。