2.4 重金属污染废水生物修复的影响因素
影响微生物吸附的因素很多，受吸附剂、金属离子本身的物理化学性质以及各种操作的环境条件的影响，如pH值、光、温度、金属离子浓度和共存离子等，也取决于某些生理条件，如微生物细胞是活性或非活性。
2.4.1 pH值
金属离子溶液pH值是影响微生物吸附的重要因素，许多研究表明，在一定的pH范围内，吸附量随pH值的升高而增大。黄民生等[37]用曲霉吸附铅离子和镉离子时发现，pH值从4.0升到5.5时，吸附量随pH值的升高而增大，而pH值提高到6.0以后，吸附量逐渐下降。pH值低时，微生物细胞壁上的各种基团被氢离子所占据，从而阻碍金属离子的吸附，且pH值越低，阻力越大。当pH增大时，会暴露出更多带负电荷的吸附基团，有利于金属离子吸附在细胞表面。pH值过高对金属吸附亦存在不利影响。当溶液pH值超过金属离子沉淀的上限时，溶液中的金属离子以氢氧化物的形式存在，微生物可吸附的游离金属离子减少，所以金属离子的吸附量急剧减少。
2.4.2 温度
过高或过低的温度都会使吸附量有所降低，但是总的来说，温度对微生物的吸附量的影响不如pH值那样明显。吴涓等[38]研究了温度对白腐真菌吸附铅离子的影响，结果表明:28℃和35℃时的吸附率分别为95.62%和94.81%，40℃时的吸附率为82.49%，温度对吸附影响不大。黄民生等研究了温度对啤酒酵母吸附的影响，结果为温度在20～50℃范围内，随着温度的升高啤酒酵母吸附量有一定的增加。但由于升温会增加运行成本，因此在微生物吸附过程中不宜采用高温操作。
2.4.3 共存离子
当溶液中存在其他金属离子时，一般都会抑制主要金属离子的吸收。这是因为这些共存离子与主要离子竞争细胞上有限的带负电荷的基团，从而导致主要金属离子的吸附量的减少。例如吴涓等[38]考察了铜、锌、镉三种离子对铅离子吸附能力的影响，结果发现这些共存离子的存在均使铅离子的吸附量下降。但也有例外，牛慧等的研究发现，非活性产黄青霉对铅离子的吸附受到镉、锌、铜、二价砷等离子的影响，其中镉离子、二价砷离子对铅离子的吸附影响很小，镉离子使铅离子的吸附量略有增加，锌离子则使铅离子的吸附量减少。
2.4.4 微生物吸附剂的预处理
微生物吸附剂的预处理：研究表明，对微生物吸附剂进行一些物理、化学的预处理，如用酸、碱浸泡或加热等方法，可以不同程度改变其吸附能力。吴涓等[38]研究发现经过碱处理的白腐真菌吸附铅离子的能力大大提高，在0.1mol/L的NaOH溶液浸泡40min，吸附量可以达到23.66mg/g，明显大于未经碱处理的白腐真菌的吸附量（16.06mg/g）。认为碱处理可从细胞壁上除去无定形多糖，改变葡聚糖和甲壳质的结构，从而允许更多的Pb2+吸附在其表面。同时NaOH可溶解细胞上一些不利于吸附的杂质，暴露出细胞上更多的活性结合点，使吸附量增大。此外，碱处理使得细胞壁上的H+解离下来，导致负电性官能团增多，吸附量也会增大。黄民生等研究发现，经10%的甲醛、1%氯化汞和0.1mol/L的碳酸铵处理后，啤酒酵母对U的吸附效果明显增加;而经0.1%谷氨酸、0.1%天冬氨酸和0.1mol/L的EDTA和0.1mol/L的硝酸处理后，啤酒酵母对U的吸附效果明显降低。
2.4.5 影响微生物吸附-浮选的物理和化学因素
2.4.5.1 疏水作用
微生物具有许多独特的表面化学性质，如较高的负电性和较强的疏水性，决定其表面性质的主要因素是它表面细胞壁的化学结构。其脂多糖、脂蛋白中含有大量长链脂肪酸等，这种非极性的碳氢链导致了表面疏水性。当与重金属离子吸附作用后，可使重金属离子从亲水变成疏水，疏水性的重金属离子易采用浮选法除去。单位膜基质是由磷脂组成的，疏水基向内，亲水基向外与水相连。在磷脂双分子膜中，埋入基质的是蛋白质，横跨脂肪酸双分子层的区城具有疏水特性，亲水蛋白质和其他带电荷的物质如金属离子可附着在亲水表面，这个通常被称为单位膜，由磷脂双分子层组成，蛋白质嵌入其中。细胞膜的主要蛋白通常有高度疏水的外表面，与高度的非极性脂肪酸紧密结合。整合膜蛋白实际上跨过双分子层，因此它的表面暴露在细胞的内部和外部。细胞质膜的整个结构的稳定性主要依靠氢键和疏水作用。此外，阳离子如Mg2+、Ca2+也与磷脂类的负电荷结合，从而有助于膜结构的稳定。
2.4.5.2 氢键
通常认为氢键键合是普遍存在的吸附机理。傅立叶变换红外光谱（FT-IR）、核磁共振（NMA）和拉曼光谱等表面分析表明，这种吸附行为与药剂表面结构和金属离子种类有关[39]。由于细菌表面具有多个功能团，可与药剂及离子在多个部位形成氢键。
2.4.5.3 静电作用
废水中的重金属离子，多数带正电，如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+等。有些高价重金属离子虽然带负电，但可通过还原作用将它转变成带正电的离子，如
等带负电的离子通过还原作用转变成带正电的Cr3+，带正电的重金属离子废水可用细菌来治理。细菌最外的表面具有荷负电的基团（磷酸盐、羧酸盐等），游离的羧酸盐荷磷酸盐基团的pKa值位于pH值2～4范围，荷负电的细菌细胞可与荷正电的金属离子发生静电作用，特别是在高于细菌等电点时。
2.4.5.4 细胞表面成分对吸附-浮选的影响
（1）氨基酸的电离 所有的蛋白质均由同一组共20种标准氨基酸构成，典型的氨基酸有氨基
）、羧基（—COOH）、氢原子（H）和侧链（R基）结合到中心α-碳原子（Cα）上。在中性pH值条件下，氨基质子化
），而羧基离子化（COO-），此时，氨基酸是个兼性离子。
带有能离子化侧链的那些氨基酸有一个附加的酸-碱基团，在低pH值时，氨基和羧基都质子化，因而氨基酸呈阳离子形式H3N+CH2COOH；当用增加强碱的量滴定氨基酸溶液时，它失去两个质子，首先从有较低pK值（pK=2.3）的羧基（基团在此pH时是一半解离），然后从有较高pK值（pK=9.6）的氨基；当其不带电荷时，此时的pH值称为等电点（pI）。所有的20种标准氨基酸的α-羧基的pK值为1.8～2.9，而它们α-氨基的pK值在8.8～10.8。当氨基酸相互连接成蛋白质时，只有其侧链基团和末端的α-氨基和α-羧基是可以离子化的。
（2）氨基酸侧链的疏水化与氢键 20种氨基酸的侧链有很大的区别，有些侧链是非极性的，表现出疏水性；而其他一些侧链是极性的或是在中性pH值下离子化的，表现出亲水性。由于单个氨基是兼性离子，所以是水溶性的。按照侧链，它可分为6种脂肪族、3种芳香族、2种含硫、2种醇类、3种碱性、2种酸性和2种酰胺氨基酸，其中脂肪族、芳香族、含硫氨基酸都具有疏水性，而天冬氨酸和谷氨酸是二羧基氨基酸，它们的侧链在pH=7时都离子化了，所以在蛋白质中是带负电荷的。这两个氨基酸经常出现在蛋白质的表面上。另外，蛋白质是氨基酸以肽键连接在一起的线性序列。肽键是一个氨基酸的α-氨基和另一个氨基酸的α-羧基之间的共价键。线性序列的肽键构成蛋白质的一级结构，而蛋白质的二级结构涉及多肽链的局部的有规律折叠，三级结构涉及多肽链中所有氨基酸的三维排布，这些具有生物活性的天然的构象由多重非共价键所维持。
多肽螺旋结构的稳定性部分是由于在螺旋不同部分之间形成一些弱的静电键，称为氢键。原子核对轨道电子的吸引称为亲电子性，不同的原子是不等的，它依赖于原子核中的质子数目。羰基中氧原子比碳原子更亲电子。氧原子带负电荷δ-，碳原子带正电荷δ+，而氢原子比碳原子和氧原子的亲电子性小。因此，弱的静电键可以在两个氨基酸的羰基氧原子和氨基氢原子或羟基氢原子之间形成。在多肽螺旋中，可以沿着多肽形成大量的氢键，提供很大的结构稳定性。
（3）肽聚糖与表面脂多糖 细胞壁是由肽聚糖构成的，它是寡糖类和蛋白质的复合物。寡糖是单糖，是用糖苷键连接到蛋白质（糖蛋白）或脂质（糖脂）的短肽链。单糖的通式为（CH2O）n，由许多羟基的碳键和一个醛基或一个酮基组成。在开链构型中含有一个游离醛基或酮基的糖能还原铜离子（Cu2+）为亚铜离子（Cu+），由此称为还原糖。其中，由氨基（通常是乙酰化的）取代一个或一个以上羟基的氨基糖（例如乙酰葡萄糖胺）及其糖衍生物是许多糖蛋白的常规组分。
多糖是单糖连接在一起的长链，主要的储存多糖是糖原（在动物中）、淀粉（在植物中）和葡聚糖（在酵母和细菌中）。纤维素是结构多糖，存在于植物细胞壁中。葡聚糖是葡萄糖残基主要以
6键连接的葡萄糖高聚物。它所形成的脂多糖是革兰阴性菌的主要表面成分，约占细菌干重的3.4%。每个细菌表面约有一百多万个脂多糖分子，它和蛋白质、磷脂、脂蛋白等共同形成革兰阴性菌细胞壁的外膜。O-特异性多糖链具有亲水性，带负电荷。作为主要表面成分，脂多糖在细菌和外环境的相互作用中扮演着重要角色。
（4）膜与脂肪酸链 脂肪酸有一长的烃链，其一端为羧基。绝大多数的脂肪酸有着偶数的碳原子，而且不是侧链。脂肪酸是膜的组成成分，膜构成环绕细胞和独特区室的界面，起着选择性通透屏障的作用，并参与信号传递过程。所有膜都含有不同数量的脂质和蛋白质，而某些膜还含有少量糖类，在膜中主要有三类脂质：甘油磷脂、鞘质和固醇。它们主要由脂肪酸的碳氢链和一个磷酸化的头部基团组成，脂肪酸的碳氢链疏水而极性头部基团亲水，易形成双分子层或微团。