第1章 重金属及其污染 1
1.1重金属及相关基础知识 1
1.1.1引言 1
1.1.2元素及元素周期表 1
1.1.3周期表中元素分类 2
1.1.4地壳中元素的组成、分布及主要存在形式 3
1.1.5金属元素及其分类 5
1.1.6重金属 8
1.2重金属的特性及环境领域中关注的重金属 9
1.2.1重金属的存在形态 9
1.2.2重金属的毒理毒性特点 9
1.2.3重金属对微生物的毒性机制 9
1.2.4我国水体中优先控制污染物黑名单 10
1.2.5环境领域中关注的重金属 11
1.3我国重金属污染特征分析 16
1.3.1引言 16
1.3.2主要污染的重金属种类 16
1.3.3主要污染行业 17
1.3.4重金属废水的特征 20
1.4重金属废水处理技术 22
1.4.1重金属废水处理技术分类 22
1.4.2重金属废水处理中需要考虑的关键问题 27
1.5重金属废水处理浓缩物中重金属的回收/无害化处理 33
1.5.1引言 33
1.5.2重金属回收 34
1.5.3无害化处理 40
1.6关于重金属废水处理的几点建议 40
1.7重金属污染生物修复的重要性 41
参考文献 42
第2章 生物吸附基础 50
2.1生物吸附的提出和发展 50
2.1.1生物吸附概念的形成 50
2.1.2生物吸附研究的历史 51
2.1.3生物吸附的研究现状 57
2.1.4生物吸附的发展方向 58
2.2活细胞和死细胞、生物吸附和生物积累 59
2.3生物吸附的含义 61
2.4生物吸附处理重金属/放射性废水的实现形式 67
2.4.1生物吸附处理重金属的典型工艺流程 67
2.4.2生物吸附过程的多种实现形式 68
2.5吸附质种类 69
2.6生物吸附剂种类 70
2.7生物吸附的主要研究内容 72
2.8生物吸附的技术特点 72
2.9生物吸附发展中存在的问题及分析 73
2.10生物吸附应用探索 76
2.10.1生物吸附的商业化尝试 77
2.10.2生物吸附实际应用的可行性分析 81
2.11生物吸附发展方向 82
2.11.1重新认识生物吸附的研究意义 82
2.11.2生物吸附成本核算与比较 84
2.11.3深入探讨生物吸附的本质及特性 84
2.11.4探索生物吸附与其他技术的综合利用 85
2.11.5开发出类似于离子交换树脂的商业化生物吸附剂 85
2.11.6加强生物吸附机理研究 86
2.11.7扩大生物吸附的应用领域 86
参考文献 87
第3章 生物吸附剂 91
3.1生物吸附剂及其类型 91
3.1.1生物吸附剂的定义 91
3.1.2生物吸附剂来源及其分类 94
3.1.3生物吸附剂的发展 98
3.2生物吸附的生物学基础 98
3.2.1概述 98
3.2.2细菌 104
3.2.3丝状真菌 117
3.2.4酵母菌 121
3.2.5藻类 125
3.2.6海藻、细菌、真菌细胞壁结构比较 131
3.2.7壳聚糖、纤维素、木质素、淀粉等天然有机生物大分子 132
3.2.8农林废弃物 140
3.2.9生物材料中与重金属生物吸附有关的官能团 141
3.3生物吸附剂评价标准 144
3.3.1评价及筛选标准 144
3.3.2生物吸附剂评价中需要注意的问题 145
3.4生物吸附实验 148
3.4.1引言 148
3.4.2生物吸附剂干重、生物吸附量、去除率的计算方法 148
3.4.3生物吸附动力学实验：确定生物吸附平衡时间te 149
3.4.4生物吸附平衡实验：确定平衡吸附量qe 150
3.4.5热力学实验：温度的影响 151
3.4.6举例 酿酒酵母生物吸附性能研究：材料与方法 152
3.5生物吸附剂的吸附性能总结 154
3.5.1引言 154
3.5.2部分微生物对金属的吸附容量 154
3.5.3微生物吸附重金属的种类 155
3.5.4潜在的生物吸附剂种类 157
3.6细菌作为生物吸附剂 158
3.7真菌（丝状真菌）作为生物吸附剂 164
3.7.1简介 164
3.7.2青霉菌作为生物吸附剂 165
3.7.3曲霉菌作为生物吸附剂 169
3.7.4其他丝状真菌作为生物吸附材料 171
3.7.5真菌吸附重金属的选择性及比较 172
3.8酵母作为生物吸附剂 173
3.8.1酿酒酵母（S.cerevisiae）作为生物吸附剂的优势 173
3.8.2生物吸附研究中酿酒酵母的各种利用形式 174
3.8.3酿酒酵母生物吸附性能 176
3.8.4酿酒酵母对不同金属离子吸附的比较 179
3.8.5酿酒酵母与其他吸附剂吸附性能的比较 180
3.9海藻作为生物吸附剂 181
3.10壳聚糖基生物吸附剂 188
3.10.1引言 188
3.10.2壳聚糖基生物吸附剂的性能 190
3.11廉价生物吸附剂 194
3.11.1引言 194
3.11.2农林废弃物吸附重金属研究进展 196
3.11.3甜高粱秸秆及其改性研究 198
3.12新型生物吸附剂 201
参考文献 203
第4章 生物吸附剂的改性与再生 225
4.1概述 225
4.2预处理方法 227
4.2.1引言 227
4.2.2物理方法 228
4.2.3化学方法 228
4.2.4生物方法 229
4.2.5各种预处理方法的研究进展 229
4.3生物吸附剂的固定化 231
4.3.1引言 231
4.3.2生物固定化方法 232
4.3.3生物固定化载体 234
4.3.4固定化生物吸附剂的研究进展 235
4.4生物吸附剂物理化学改性方法及表征：以壳聚糖基生物吸附剂为例 236
4.4.1引言 236
4.4.2用于重金属去除目的的壳聚糖改性方法 237
4.4.3物理改性 238
4.4.4化学改性 242
4.4.5壳聚糖复合材料 249
4.5吸附剂的解吸及重复利用 250
4.6废弃生物吸附剂的最终处置 253
4.7壳聚糖基生物吸附剂的制备及表征 253
4.7.1材料 253
4.7.2纳米磁性壳聚糖的制备 254
4.7.3磁性壳聚糖的制备 254
4.7.4二乙烯三胺改性磁性壳聚糖的制备 254
4.7.5二硫化碳改性磁性壳聚糖的制备 254
4.7.6磁性壳聚糖/PVA复合颗粒制备方法 254
4.7.7磁性壳聚糖固定化酿酒酵母的制备方法 255
4.7.8纳米磁性壳聚糖表征 255
4.7.9二乙烯三胺改性磁性壳聚糖的表征 259
4.7.10二硫化碳改性磁性壳聚糖的表征 260
4.7.11磁性壳聚糖/PVA复合颗粒的表征 264
4.7.12磁性壳聚糖固定化酿酒酵母（壳聚糖生物固定化颗粒）的表征 266
4.7.13小结 269
4.8木质纤维素材料的改性以及表征 270
4.8.1木质纤维素材料改性方法 270
4.8.2甜高粱秸秆乙醇发酵残渣及性能表征 272
4.8.3秸秆辐照接枝丙烯酸制备与表征方法 278
4.8.4辐照接枝条件的优化 281
4.8.5材料的表征：羧基含量、SEM、 FTIR、 XRD 283
4.8.6羧基功能化改性秸秆材料制备及表征 287
参考文献 291
第5章 生物吸附影响因素 300
5.1金属离子性质的影响 300
5.1.1引言 300
5.1.2实验及参数选择 303
5.1.3 QSAR模型建立方法 305
5.1.4 X2mr的影响 317
5.1.5 2/r，|log KOH|，IP的影响 318
5.1.6极化力各种参数的影响 318
5.1.7其他离子性质的影响 319
5.1.8离子性质影响的小结 320
5.2反应条件对生物吸附的影响 321
5.2.1引言 321
5.2.2吸附时间 321
5.2.3重金属离子初始浓度/生物量浓度 323
5.2.4温度的影响 323
5.2.5 pH的影响 324
5.2.6金属离子初始浓度与生物吸附剂浓度的影响 326
5.2.7竞争离子/共存离子/其他共存物的影响 326
5.2.8离子强度的影响 327
5.3二元/三元重金属离子体系的生物吸附特征 337
5.3.1磁性壳聚糖对Pb（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）的竞争吸附 338
5.3.2二硫化碳改性磁性壳聚糖对Pb（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）的竞争吸附 341
5.3.3二乙烯三胺改性磁性壳聚糖对Cu（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）的竞争吸附 344
5.3.4秸秆及其改性材料对多元体系中金属离子的等温吸附特性 346
5.4生物细胞性质及培养条件对生物吸附的影响 353
5.4.1生物细胞种类 353
5.4.2微生物菌龄 355
5.4.3微生物培养的碳源 355
5.4.4其他成分对生物吸附的影响 357
5.5生物体材料对重金属的选择性或亲和性 357
5.5.1引言 357
5.5.2金属离子的选择性或亲和性研究 358
5.5.3利用配位理论分析吸附性能及吸附选择性 365
5.6需要考虑的几个问题 367
参考文献 368
第6章 生物吸附机理 376
6.1引言 376
6.1.1生物吸附机理主要研究内容 376
6.1.2生物吸附机理研究中需要考虑的问题 377
6.1.3生物吸附机理研究的方法学 379
6.1.4生物吸附机理研究思路及技术路线 379
6.2生物吸附过程 379
6.2.1引言 379
6.2.2被动吸附 381
6.2.3主动吸收 381
6.2.4重金属生物吸附过程分析 381
6.3生物吸附机理 382
6.3.1引言 382
6.3.2细胞外富集/沉淀/转化 382
6.3.3细胞表面吸附/沉淀/转化 383
6.3.4胞内吸附/沉淀/转化 386
6.4生物吸附机理的研究手段 388
6.4.1概述 388
6.4.2傅里叶变换红外光谱（FTIR） 391
6.4.3扫描电子显微镜-能谱（SEM-EDX） 403
6.4.4透射电子显微镜-能谱（TEM-EDX） 419
6.4.5原子力显微镜（AFM） 421
6.4.6紫外-可见光谱（UV-Vis） 425
6.4.7 X射线光电子能谱（XPS） 427
6.4.8同步辐射光源的X射线吸收精细结构谱（XAFS） 431
6.4.9电感耦合等离子体-质谱（ICP-MS） 442
参考文献 453
第7章 生物吸附过程模拟 459
7.1吸附动力学模型 459
7.2等温吸附模型 461
7.3吸附热力学模型 465
7.4酿酒酵母生物吸附过程分析 466
7.4.1酿酒酵母吸附重金属离子的时间进程 466
7.4.2酵母吸附重金属离子的动力学模型 467
7.4.3等温吸附过程及模型拟合 468
7.4.4重金属离子生物吸附容量的比较 469
7.4.5温度对酿酒酵母生物吸附量的影响 471
7.5磁性壳聚糖对重金属的吸附特性 473
7.5.1磁性纳米壳聚糖吸附Cu（Ⅱ）的动力学 473
7.5.2磁性壳聚糖和二硫化碳改性磁性壳聚糖吸附Pb（Ⅱ）的动力学 475
7.5.3温度对纳米磁性壳聚糖吸附Cu（Ⅱ）的影响 476
7.5.4磁性壳聚糖和二硫化碳改性磁性壳聚糖吸附Pb（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）的等温吸附特征 480
7.5.5纳米磁性壳聚糖吸附Cu（Ⅱ）的热力学 484
7.5.6小结 485
7.6多元体系中Pb、Cu、Zn竞争吸附 485
7.6.1磁性壳聚糖对多元体系中Pb（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）的竞争吸附 485
7.6.2秸秆及其改性材料对PbCu-Zn的竞争吸附特性 490
参考文献 498
第8章 重金属废水的生物处理 503
8.1生物对重金属的固定与溶解机制 503
8.1.1引言 503
8.1.2生物对重金属的固定机制 504
8.1.3生物对重金属的溶解机制 505
8.2重金属废水生物处理概况 505
8.2.1重金属废水生物处理原理 505
8.2.2重金属废水生物处理工艺 506
8.2.3重金属废水生物处理案例 506
8.3硫酸盐还原菌处理重金属废水 507
8.3.1硫酸盐还原菌简介 507
8.3.2 SRB处理重金属废水的原理 511
8.3.3硫酸盐还原菌处理重金属废水的特性 512
8.3.4硫酸盐还原菌去除重金属离子的动力学 517
8.4藻菌生物膜系统处理重金属废水 521
8.4.1引言 521
8.4.2处理效果分析及机理探讨 521
8.5零价铁-硫酸盐还原菌（ZVI-SRB）处理重金属废水 522
8.5.1引言 522
8.5.2 ZVI-SRB处理重金属废水的研究思路 523
8.5.3 ZVI-SRB处理重金属废水的实验方法 523
8.5.4 ZVI-SRB处理重金属废水的效果 524
8.5.5 ZVI-SRB处理重金属废水的机理分析 526
8.6固定化SRB处理重金属废水 528
8.6.1引言 528
8.6.2 SRB等固定化及活性测试 528
8.6.3固定化SRB去除Ni2＋的特性 529
8.6.4固定化SRB去除Ni2＋的动力学 530
8.6.5固定化SRB去除Ni2＋的等温吸附特性 533
8.6.6固定化SRB对多种重金属（Cu2＋、Zn2＋、Ni2＋）的竞争吸附 535
8.6.7固定化SRB连续处理含Ni2＋废水 536
8.7生物法处理实际电镀废水 539
8.7.1引言 539
8.7.2处理工艺流程及处理效果 539
8.7.3重金属离子去除机理分析 540
8.7.4生物法与物化法的技术经济比较 541
8.7.5新型纳米生物材料处理电镀废水 541
8.8一种基于生物抗性机制的新型膜反应器处理重金属废水 543
8.8.1基本原理 543
8.8.2重金属废水处理效果 544
8.8.3重金属污染土壤的修复效果 544
8.9水生植物治理重金属水体污染 544
8.9.1水生植物的类型及处理废水的原理 544
8.9.2水生植物处理废水的方式 545
8.9.3水生植物去除重金属的潜力 547
8.9.4水生植物去除重金属的不足 547
8.10人工湿地去除重金属 547
8.10.1引言 547
8.10.2重金属的去除效果 548
8.10.3人工湿地的作用机理 548
8.11典型重金属废水的生物处理 549
8.11.1含Cr废水的生物处理 549
8.11.2含Hg废水的生物处理 549
8.11.3含As废水的生物处理 552
8.11.4含U废水的生物处理 556
8.11.5其他重金属废水的生物处理 558
参考文献 558