天然水環(huán)境中的生物膜及其對重金屬的吸附

前言

自然水體中的微生物在有載體（固體物質(zhì)）存在時(shí)，將在其表面形成生物膜。從環(huán)境化學(xué)的角度看，生物膜的主要組分是金屬氧化物（鐵氧化物、錳氧化物、鋁氧化物等）和有機(jī)質(zhì)。生物膜的各主要組分對重金屬的吸附能力、吸附速率和吸附機(jī)理不同，影響因素也不同。開展對自然水體中生物膜及其主要組分對重金屬的吸附特征的研究，有助于深入了解重金屬在自然水環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化的化學(xué)行為和作用機(jī)制，對環(huán)境化學(xué)理論的發(fā)展也具有重要意義。本書的內(nèi)容圍繞著自然水體生物膜的基本性質(zhì)及其與污染物的相互作用展開，側(cè)重于生物膜對水環(huán)境中痕量重金屬的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的影響。書中概述了自然水體生物膜的基本特征及其在水環(huán)境中行為的研究進(jìn)展；研究了生物膜的組分構(gòu)成，以及影響生物膜生長及其主要組分構(gòu)成的因素；建立并完善了生物膜主要組分的選擇性萃取技術(shù)，驗(yàn)證了萃取技術(shù)的適用性：研究了生物膜吸附重金屬的基本熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征：建立了“選擇性萃取一重金屬吸附一統(tǒng)計(jì)分析”的研究方法，并應(yīng)用該方法研究了不同水體生物膜中主要化學(xué)組分對重金屬吸附的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征；探討了影響生物膜及其主要組分吸附重金屬的主要因素；此外還對生物膜生長過程中生物膜及其主要組分對重金屬的富集規(guī)律進(jìn)行了分析。本研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、教育部跨世紀(jì)優(yōu)秀人才培養(yǎng)計(jì)劃、教育部高等學(xué)校骨干教師資助計(jì)劃、教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金等多項(xiàng)科研基金的大力支持：吉林大學(xué)為本研究的開展也提供了相關(guān)支持條件。這些資助和支持是本研究工作得以順利完成的前提。參加本研究工作的人員還有楊帆、馬小凡、張白羽、張菁菁、費(fèi)珊珊、陳瀟君、紀(jì)亮、許云竹、趙興敏、劉亮、甘淑嫻、丁曉歐、喬倩倩、劉小雪、梁大鵬、沈秀娥、于菲、張波濤、鄭娜、劉勁夫、郭平、李中華、彭菲、蘇春彥、郭晶、趙宇俠等。他們的工作為本書的順利完成提供了重要支持。在本書出版之即，特向?yàn)槲覀兲峁┲С值幕?、單位和相關(guān)人員表示衷心的感謝，向參與本研究工作的其他各位研究人員表示衷心的感謝。

內(nèi)容概要

本書的主要內(nèi)容圍繞著水環(huán)境中生物膜的基本性質(zhì)及其對污染物的吸附作用展開，側(cè)重于生物膜對水環(huán)境中痕量重金屬的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的影響。書中概述了自然水體生物膜及其在環(huán)境中行為的研究進(jìn)展，建立并完善了生物膜上主要組分選擇性萃取技術(shù)，驗(yàn)證了選擇性萃取分離技術(shù)的適用性，采用選擇性萃取-吸附-統(tǒng)計(jì)分析的方法研究不同水體生物膜對鉛和鎘吸附的熱力學(xué)規(guī)律、膜中各組分的吸附特征以及生物膜吸附鉛和鎘的動(dòng)力學(xué)特征，推導(dǎo)了吸附動(dòng)力學(xué)方程，考察了各組分的吸附動(dòng)力學(xué)規(guī)律。同時(shí)利用相關(guān)分析方法確定了生物膜中不同化學(xué)組分對吸附鉛、鎘的相對貢獻(xiàn)及定量吸附模型，揭示了生物膜吸附鉛、鎘的吸附位，分析了生物膜吸附鉛、鎘能力存在差異的原因，建立了生物膜主要化學(xué)組分與水環(huán)境中相應(yīng)化學(xué)物質(zhì)之間的關(guān)系模型。最后還對生物膜生長過程中對重金屬的富集情況進(jìn)行了分析，得出生物膜上各主要化學(xué)組分對重金屬的富集規(guī)律。

書籍目錄

前言    、第1章　天然水環(huán)境中的生物膜與重金屬  1.1　自然水體生物膜及其基本特征    1.1.1　生物膜的概念與基本組成¨    1.1.2　生物膜的基本特征  1.2  自然水體中的重金屬    1.2.1　水環(huán)境中重金屬的危害與環(huán)境行為    1.2.2　影響水環(huán)境中重金屬行為的因素  1.3  自然水體生物膜的環(huán)境行為    1.3.1　生物膜對重金屬的吸附與富集    1.3.2　生物膜對有機(jī)污染物的吸附與降解    1.3.3　生物膜對污染物的指示作用      1.3.4　其他行為    參考文獻(xiàn)第2章  自然水體生物膜的獲取與影響生物膜生長的因素  2.1　自然水體生物膜的獲取    2.1.1　自然水體生物膜的獲取方法    2.1.2　獲取生物膜的主要水體  2.2　影響自然水體生物膜生長的主要因素    2.2.1　水溫    2.2.2　水中的溶解氧    2.2.3　光照    2.2.4　水深    2.2.5　水的pH    2.2.6　其他影響因素  參考文獻(xiàn)第3章  自然水體生物膜的主要組分  3.1　生物膜主要化學(xué)組分簡介    3.1.1　無機(jī)礦物質(zhì)    3.1.2　微生物和其他有機(jī)成分  3.2　生物膜主要化學(xué)組分與水中相應(yīng)化學(xué)物質(zhì)間的關(guān)系    3.2.1　不同水體生物膜主要化學(xué)組分與水中相應(yīng)物質(zhì)間的關(guān)系    3.2.2　同一水體不同水深生物膜主要化學(xué)組分與水中相應(yīng)物質(zhì)問的關(guān)系  3.3　影響自然水體生物膜主要化學(xué)組成的環(huán)境因素    3.3.1　水深    3.3.2　培養(yǎng)時(shí)間    3.3.3　溶解氧    3.3.4　水溫    3.3.5　培養(yǎng)水體的顆粒物粒徑    3.3.6　培養(yǎng)水體的pH  3.4　自然水體生物膜中鐵和錳的形態(tài)分析  3.5  自然水體生物膜中鐵氧化物、錳氧化物的積累速率    3.5.1　生物膜中鐵氧化物、錳氧化物生長過程的反應(yīng)級數(shù)    3.5.2　生物膜中鐵氧化物、錳氧化物生長速率的比較  3.6  自然水體生物膜中的微生物種群及其生長規(guī)律    3.6.1　生物膜中微生物的形態(tài)和種類    3.6.2　生物膜中的微生物量    3.6.3　生物膜生長過程中膜中微生物種群和生物量的變化    3.6.4　生物膜中微生物的群集特征      3.6.5　不同季節(jié)生物膜上微生物的種群分布特征  參考文獻(xiàn)第4章  自然水體生物膜主要化學(xué)組分的選擇性萃取分離  4.1　選擇性萃取方法及其篩選    4.1.1　Ti（Ⅲ）試劑用于萃取鐵氧化物    4.1.2　NH20H·HCl用于單獨(dú)萃取錳氧化物或同時(shí)萃取去除鐵氧化物、錳氧化物    4.1.3　Na2S2O4用于同時(shí)萃取去除鐵氧化物、錳氧化物    4.1.4　草酸銨/草酸用于同時(shí)萃取去除鐵、錳氧化物    4.1.5　一些用于萃取鐵氧化物的螯合劑或還原劑    4.1.6　用于萃取鐵氧化物、錳氧化物的酸性試劑    4.1.7　有機(jī)質(zhì)的萃取方法　　……第5章  自然水體生物膜及其主要組分吸附重金屬的熱力學(xué)特性第6章  自然水體峰物瞳殛茸豐善絹分吸附重金屬的動(dòng)力學(xué)特征第7章　影響自然水體生物膜吸附重金屬的因素第8章　自然水體生物膜過程中生物膜及其主要組分對生金屬的富集附錄參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：自然水體生物膜是一種典型的由生命物質(zhì)和非生命物質(zhì)、有機(jī)物和無機(jī)物組成的復(fù)合體，在水環(huán)境中發(fā)生的自凈過程中起非常重要的作用（Sergi et a1.，2002）。在自然水體中，生物膜一般是以半穩(wěn)定的、開放的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的形式存在，其組成處于動(dòng)態(tài)的變化中：水環(huán)境中的各種成分在生物膜上發(fā)生著合成、聚結(jié)、轉(zhuǎn)化和降解等作用而成為生物膜的一部分，同時(shí)還會(huì)隨著生物膜的脫落重新回到水相中（Nelson et a1.，1996；Liinsdorf et a1.，1997）。水環(huán)境中生物膜的形成和生長過程是物理、化學(xué)和生物過程綜合作用的結(jié)果。在一個(gè)清潔的固體表面（載體）上，生物膜的發(fā)育形成過程一般為：①水中有機(jī)分子從水中向載體表面運(yùn)送，其中一部分被吸附在表面上而快速形成有機(jī)分子膜，改良載體表面物理化學(xué)性質(zhì)；②水中一些浮游的微生物細(xì)胞被傳送到改良的載體表面，碰撞到載體表面的細(xì)胞一部分被表面吸附一段時(shí)間后因水力剪切或其他物理、化學(xué)和生物作用而解吸出來，另一部分則被表面吸附后變成不可解吸的細(xì)胞；③不可解吸的細(xì)胞可以攝取并消耗水中的底物和營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)行新陳代謝，并可能產(chǎn)生大量的胞外聚合物等產(chǎn)物，將微生物細(xì)胞緊緊地結(jié)合在一起，形成生物膜，并不斷積累；④生物膜中的細(xì)胞在增殖的同時(shí)亦發(fā)生衰老、脫離以及向水中釋放游離細(xì)胞，最終生物膜中的細(xì)胞和其他物質(zhì)的增多與減少達(dá)到相對穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡，形成一個(gè)穩(wěn)定的微生態(tài)系統(tǒng)（Characklis and Marshall，1990；Wimpenny，1996）。圖1一1一1簡單示意了這一過程，圖1-1-1（a）～（d）分別對應(yīng)前面的4步過程。顯然，在生物膜的形成過程中，胞外聚合物對生物膜的形成至關(guān)重要，起到了黏合劑和穩(wěn)定劑的作用：凝膠狀的胞外聚合物首先附著在水環(huán)境中的各種基質(zhì)表面，使得各種微生物和礦物質(zhì)逐步黏附到基質(zhì)上，而微生物代謝產(chǎn)生的更多胞外聚合物進(jìn)一步維持了這種體系的穩(wěn)定（Costerton et a1.，1987；White，1996；Schorer and Eisele，1997）。

編輯推薦

《天然水環(huán)境中的生物膜及其對重金屬的吸附》由科學(xué)出版社出版。

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