现代工业的迅速发展产生了大量含重金属废水,对水体造成了严重污染,对环境和人体健康造成严重危害。酵母是一类重要的工业微生物,在食品和饮料工业中应用广泛,利用其作为生物吸附剂,不仅可以降低吸附剂的生产成本,还可以减少发酵工业中生物残渣的处理费用,具有较好的经济、环境效益。本文讨论了深红酵母(Rhodotorula rubra)对重金属离子Pb2+的吸附。　　非活性深红酵母对重金属离子Pb2+的吸附过程受到酵母加入量的影响,随着酵母加入量的增加,吸附率逐渐增加,而吸附量则逐渐减小。Pb2+溶液初始pH值是影响吸附的重要因素,当pH值低时,大量存在的H+使酵母细胞壁表面的官能团质子化,不利于Pb2+的结合,吸附率随之下降。初始浓度为吸附质克服固液两相间的质量传递阻力提供了重要的驱动力,随着初始溶液浓度的增加,吸附量升高、吸附率减小。在25℃~45℃范围内,温度对吸附的影响不显著。动力学研究表明,深红酵母对Pb2+的吸附速度较快,由前期的快速吸附(5min)和后期的慢速吸附(2h)两个阶段组成,吸附在2 h时基本达到平衡,可以用Elovich方程对其吸附动力学进行描述,拟合相关系数为0.97;在25 mg/L-150 mg/L浓度范围内,也可用准二级速率方程描述深红酵母对Pb2+的吸附行为。生物吸附平衡可采用Langmuir方程、Freundlich方程及Dubinin-Radushkevich方程来拟合,拟合结果较为理想,相关系数均接近0.99。本实验中通过二级动力学方程拟合,并结合Arrhenius公式计算得深红酵母对Pb2+吸附活化能为21.56 kJ/mol;以Langmuir方程拟合并计算得到ΔG0<0,ΔH0=13.926 kJ/mol,说明非活性深红酵母对Pb2+的吸附能自发进行。通过吸附Pb2+前后的红外光谱及X射线光电子能谱分析进一步证实,非活性深红酵母细胞对Pb2+的吸附是一个以物理吸附为主,并伴随有化学吸附的过程。　　不同解吸剂对Pb2+离子的解吸效果有所差异,酸类的解吸效果优于盐类。盐酸作为解吸剂,解吸率可以达到95％。在H+浓度大于Pb2+浓度的情况下,盐酸浓度和加入量对解吸效果的影响很小,0.1 mol/L盐酸即可达到解吸要求。解吸正交实验表明,温度对解吸影响不大,解吸时间是最显著影响因子。解吸是一个快速反应过程,前5min即达到了最大解吸量的83％,在30min左右解吸基本达到平衡。解吸附过程可以用准二级速率方程来描述,拟合相关系数为0.8455。　　海藻酸钠包埋法制得的吸附小球,其理化性能较好。本实验采用2％海藻酸钠与0.5％明胶的混合材料包埋干酵母,经5次吸附-解吸循环后其机械性能基本保持不变,并仍有95％的吸附率和85％的解吸率。改变明胶含量对固定化酵母的吸附性能影响不大,但是可以提高固定化小球的机械性能。固定化小球的吸附速度较快,在反应的前5min即达到了最大吸附量的90％,吸附在20min左右达到平衡,吸附率达到约100％,相对于未包埋的酵母,包埋后吸附小球吸附平衡时间缩短、吸附率与吸附量增加。随着吸附小球粒径的加大,吸附材料比表面积减小,吸附效率降低;在50mg/L~1500 mg/L的初始浓度范围内,准二级动力学方程对固定化酵母吸附Pb2+的动力学过程都具有很好的拟合度(R2均在0.95以上),Elovich方程更适用于高浓度区间(1000mg/L以上);吸附平衡与Freundlich等温式具有极好的拟合关系,相关系数为0.9979,说明吸附不能简单的描述为单分子层的均相过程,而可能是一个包含内扩散过程的非均相扩散吸附。　　应用本实验室自行设计的流化床反应器(直径D=3cm)对Pb2+进行动态吸附,取得了较好的效果。在反应器填充高度为30cm、流速为0.3L/h时,对初始浓度为100mg/L的Pb2+溶液处理效果较好,此时处理重金属溶液体积为反应器的16倍,出口处Pb2+浓度可控制在5mg/L以下,吸附率达到95％,固定化酵母的利用率可达65.29％。随着初始浓度的增加(从50mg/L增加至100mg/L),固定化酵母的利用率增加,但当流速一定时(0.3L/h),过高的Pb2+离子浓度(﹥100mg/L)会使吸附颗粒表面Pb2+数目过饱和,造成穿透时间缩短,吸附小球的利用率降低。而流速过高则使溶液中金属离子在反应器中没有足够的停留时间以达到吸附平衡,出口处Pb2+离子浓度上升很快,已无法保证出水要求,流速过低会使停留时间延长,造成反应器体积的增大和运行成本的提高。