随着现代工业以及矿业的发展,人们对资源的过度开发及不合理利用,污染物的超标排放,导致环境问题日益严重。尤其是一些不良企业任意排放未经过处理的工业废水,导致水体污染的问题尤为严重。许多重金属离子,如砷、铅、汞、铬、铜、锌和镉,会对人类和生态环境带来不利的影响。近年来研究热点从传统的物理和化学方法转到运用生物法去除重金属,后者被认为具有较大发展前景。生物法可以分为植物处理法、动物处理法、微生物处理法,具有效率高、低成本和产物可生物降解无二次污染等诸多优点。其中微生物法主要利用一类特殊的微生物——硫酸盐还原菌（Sulfate reducing bacterial,SRB）,具有将硫酸盐还原成硫化氢能力,而被广泛用于高效修复重金属污染废水。同样,具有良好吸附性能的生物材料由于来源广泛、可再生、可生物降解等特点,可作为去除污水重金属离子一种实用材料,也具有较大的应用前景。本论文针对硫酸盐还原菌与生物材料联合使用处理重金属污水技术进行了系统的研究,主要工作内容如下:1.通过在培养基中分别依次增加重金属的浓度,驯化获得高耐受重金属的硫酸盐还原菌,对Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺的耐受浓度分别为250 mg/L,150 mg/L,150 mg/L。同时,驯化得到高耐受重金属的蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus,B.cereus）,耐受Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺浓度分别为300 mg/L,150 mg/L,200 mg/L,并分别考察了pH、温度对SRB和B.cereus去除Cd²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺的影响。2.SRB-CCMKGM-Ni/Fe协同处理含镉污水体系。（1）SRB,用于产生H₂S,与重金属结合形成重金属硫化物沉淀;交联羧甲基魔芋葡甘露聚糖（Crosslinked carboxymethyl konjac glucomannan,CCMKGM）,是优良的吸附剂;纳米镍铁双金属颗粒（Ni/Fe bimetallic nanoparticles,Ni/Fe）,由化学合成法制备,具有还原水体中重金属离子的能力。考察了不同初始Cd²⁺浓度,pH、温度、反应时间对SRB,CCMKGM,Ni/Fe,SRB-CCMKGM,SRB-CCMKGM-Ni/Fe体系Cd²⁺去除率和SO₄^2-残留量的影响。实验结果表明,所构建的SRB-CMKGM-Ni/Fe体系处理含镉污水的效率明显高于SRB,CCMKGM,Ni/Fe体系。该体系较大提高了Cd²⁺和SO₄^2-去除率,和SRB对重金属毒性的耐受性。SRB-CCMKGM和SRB-CCMKGM-Ni/Fe体系分别在Cd²⁺200mg/L和250mg/L条件下去除率>85%,特别在Cd²⁺150mg/L,可以分别达到89.5%和99.7%,而SRB,CCMKGM,Ni/Fe的Cd²⁺去除率分别只有57.3%,52.3%,58.9%。说明吸附在CCMKGM上的SRB能显著提高体系去除Cd²⁺和SO₄^2-的能力。在Ni/Fe双金属颗粒协助下,Cd²⁺去除率和SRB的活性均较大提高。（2）利用扫描电镜、傅里叶远红外光谱、X射线衍射和原子火焰吸收光谱等分析手段,进一步研究SRB-CCMKGM-Ni/Fe体系去除重金属的机制。实验结果表明,该体系的重金属去除方式主要包括生物吸附,化学还原和硫酸盐还原作用。在扫描电镜图像中,纳米Ni/Fe双金属粒子呈球状（40-80nm）,它对重金属污染物的氧化作用,增强了体系中活性组分的含量,如羟基自由基（·OH）。X射线衍射分析结果表明,反应后,在SRB-CCMKGM-Ni/Fe体系的表面,由于沉积了许多细小而不规则的颗粒而明显变粗糙,它们主要是SRB的还原反应产生的CdS,Ni/Fe双金属颗粒氧化还原反应产生的Cd⁰或CdO,还有由于Ni/Fe双金属粒子的破损,暴露的Fe⁰氧化还原产生Fe（OH）₃、Fe₃O₄、Fe₂O₃。FTIR分析表明SRB和CCMKGM参与吸附的化学官能团有–NH_2,-NH,–OH,C=O,O–C–O和-CH等,而且,酰胺基化合物峰值的变化也说明蛋白质中质子化的酰胺基在吸附过程中可能起重要的作用。此外,体系产生的CdS可以进一步用来制造太阳能电池,催化剂和颜料从而降低此技术的运行成本。以此体系组成的处理技术具有工艺简单,对设备要求低,操作成本比较低廉,处理效率较高,吸附材料可以回收并能自然降解不对环境造成污染等优点,是一种应用前景宽广的环保型重金属废水处理技术。3.基于蜡样芽孢杆菌-茶籽饼（油料副产品）-SRB协同作用,并结合生物浮选法构建新型复合重金属废水处理体系。其主要成员:茶籽饼（Camellia oleifera cake,COC）,作为吸附剂或微生物营养物;B.cereus,用于降解茶籽饼和吸附重金属;SRB,用于产生H₂S,与重金属结合形成重金属硫化物沉淀。所处理的废水中三种重金属初始浓度分别是:200mg/L Cd²⁺,100mg/L Cu²⁺,100mg/L Zn²⁺。（1）B.cereus降解茶籽饼最佳培养条件:转速150rpm,温度37℃,pH值7.0,培养时间48小时。此时,细菌数量为6.7×10⁶CFU/mL,茶皂素浓度7.8%。（2）分析探索了两种微生物和茶籽饼如何协同作用处理复合重金属废水。该体系对单一重金属去除能力依次为Cd²⁺>Cu²⁺>Zn²⁺,可能与SRB特殊的生物还原能力有关。在处理复合重金属污水时,最大去除率和两种微生物的生物量均低于体系处理单一重金属的数值,这可能是微生物同时受到三种重金属的影响造成。B.cereus降解茶籽饼产生营养物,并通过其有氧呼吸消耗反应体系中的氧气,为SRB提供缺氧和富含营养物质的环境。后者产生的硫化氢,使有毒重金属沉淀。因此,两者生物还原作用在重金属去除过程中发挥重要的作用。（3）通过原子火焰吸收光谱、扫描电镜和X射线衍射等分析手段进一步研究其去除重金属的机制。结果表明,处理后的微生物和茶籽饼颗粒表面出现大量的重金属硫化物（CdS,CuS,ZnS）和重金属化合物,并且,微生物的菌体形态受重金属及还原反应产物的影响,发生了明显变化。茶籽饼颗粒充当了微生物群落形成生物膜的基床,由于好氧B.cereus对氧气的消耗,造成在茶籽饼颗粒表面形成生物膜并产生一个有利于厌氧菌生长的空间。另外,以氢作为电子供体的SRB利用还原反应将重金属还原成重金属硫化物,后者也可以吸附重金属。B.cereus的重金属吸附机制包括表面吸附,细胞外沉淀和借助细胞内特殊成分的胞内积累。其细胞表面先是快速吸附重金属,随后是一个相对缓慢的细胞内积累重金属的过程。（4）重金属生物浮选法。由微生物菌体和茶皂素组成的重金属捕捉剂,以及浮选柱中产生的许多能够吸附重金属离子的小泡沫,可以显著地去除溶液中残留的有毒重金属。生物浮选过程中捕捉剂对三种重金属离子的选择吸附性表现为:Cd²⁺>Zn²⁺>Cu²⁺。浮选柱内溶液中残留的重金属几乎全部被去除。浮选结束后,用30mL-50mL的1 mol/L盐酸对浮选柱中生物颗粒上的重金属进行洗脱。洗脱后的生物颗粒可以被投入到下一轮实验中多次利用。这是一个运用生物材料和微生物协同作用去除污水中重金属的新方法,有助于未来处理含重金属废水的发展。