Staphylococcus devriesei MS：污水重金属 “清洁工”，高效去除 Cd、Cr、Mn

《Scientific Reports》：Potential application of Staphylococcus devriesei MS as a biosorbent agent for manganase, chromium, and cadmium heavy metals in contaminated water

研究针对污水重金属污染问题，探究 Staphylococcus devriesei MS 对 Cd、Cr、Mn 的生物吸附，发现其效果显著，助力污水治理。

　　# Staphylococcus devriesei MS：污水重金属 “清洁工”，高效去除 Cd、Cr、Mn
在工业飞速发展的今天，环境中的重金属污染问题愈发严峻。像铬（Cr）、镉（Cd）、锰（Mn）等重金属，借助大气、水体和土壤等媒介，肆意侵入几乎所有的生态系统。它们不仅会干扰生态平衡，还对动物和人类的健康构成严重威胁。比如，铬（VI）具有很强的毒性和致突变性，长期接触可能引发癌症；镉会损害人体多个器官，影响骨骼、泌尿、生殖等系统；锰在人体内蓄积，会导致类似帕金森综合征的症状，还会引发肝毒性、心脏毒性等问题。

为了应对这一棘手的难题，来自埃及法尤姆大学（Fayoum University）的研究人员展开了深入研究。他们将目光聚焦于微生物，试图寻找一种高效、环保的方法来去除污水中的重金属。最终，他们发现了一株名为 Staphylococcus devriesei MS 的细菌，这一发现为污水重金属污染治理带来了新的希望。相关研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先是 16S rRNA 基因测序技术，通过该技术对细菌进行准确的鉴定和分类；其次，扫描电子显微镜 - 能量色散 X 射线光谱（SEM-EDX）、透射电子显微镜（TEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，用于观察细菌在吸附重金属前后的形态变化、元素分布以及细胞表面功能基团的变化，从而深入探究生物吸附的机制。

细菌的分离与鉴定

研究人员从埃及法尤姆污水处理厂的曝气池中采集污水活性污泥，经过一系列的稀释、培养和筛选，成功分离出对重金属具有高抗性的细菌菌株。通过革兰氏染色、生化特性鉴定以及 16S rRNA 基因测序等方法，确定该菌株为 Staphylococcus devriesei，其序列已提交至 GenBank，登录号为 PQ013181。

生物吸附特性研究

1. pH 的影响：研究人员调整溶液的 pH 值，探究其对细菌吸附 Cr³⁺、Cd²⁺、Mn²⁺离子能力的影响。结果发现，随着 pH 值升高，金属离子的去除率显著增加。当 pH 为 6 时，Cr³⁺和 Mn²⁺的去除率分别达到 91.6% 和 80.28%；pH 为 7 时，Cd²⁺的去除率为 79.6%。在低 pH（<5.0）条件下，由于大量 H⁺与金属离子竞争吸附位点，导致生物吸附能力很低。
2. 接触时间的影响：接触时间是生物吸附过程的重要因素。研究表明，延长接触时间对某些金属离子的去除效率有提升作用，但对另一些则可能产生抑制。对于 Cr³⁺和 Cd²⁺，6 小时的接触时间即可使微生物生物量达到最大去除率，分别为 91.6% 和 79.6%；而 Mn²⁺则需要 24 小时，最大去除率为 80.28%。
3. 初始金属离子浓度的影响：研究人员用不同浓度（2 - 20mg/L）的金属离子溶液进行实验，发现重金属的最大吸附量出现在 2mg/L，之后随着初始金属浓度增加，吸附量逐渐下降。当浓度超过 10mg/L 时，由于吸附位点饱和以及大量金属离子竞争结合位点，吸附能力略有降低。

吸附机制探究

1. FTIR 分析：通过 FTIR 分析，研究人员发现细菌细胞在吸附金属离子前后，特征峰的位置和强度发生了明显变化。例如，羟基（O - H）和氨基（N - H）的最大吸收峰在吸附后从 3311.78cm^-1移动到 3292.49cm^-1，羧酸（C = O）峰变宽且位移，这些变化表明羟基、烷基、酰胺、卤素、磷酰基等功能基团参与了生物吸附过程。
2. SEM - EDX 和 TEM 分析：SEM 图像显示，吸附金属离子后，细菌细胞形态发生显著变化。处理 Cr 的细胞表面变得粗糙、不规则且出现裂纹和褶皱；处理 Cd 的细胞变小、表面有凹陷和褶皱；处理 Mn 的细胞则变得更紧密、聚集。EDX 分析证实了金属离子在细胞表面的沉积，TEM 成像进一步观察到细胞内外的金属沉淀，表明细菌对重金属具有很强的吸附能力。

实际应用测试

研究人员采集了埃及法尤姆新阿扎布工厂取水口的水样，进行实际应用测试。结果显示，Staphylococcus devriesei MS 在最佳条件下，对 Cr³⁺、Cd²⁺、Mn²⁺的去除率分别达到 98.0%、81.2% 和 95.6%，表明该细菌在实际污水处理中具有良好的应用潜力。

综合上述研究结果，Staphylococcus devriesei MS 在去除污水中 Cd、Cr、Mn 等重金属方面表现出巨大的潜力。它不仅可以在实验室控制条件下高效吸附重金属，在实际的饮用水源处理中也能发挥重要作用。其低成本、易获取以及对金属离子的高亲和力等优点，为污水重金属污染治理提供了一种经济、有效的生物方法。这一研究成果为环境修复领域开辟了新的方向，有望推动相关技术的进一步发展和应用，帮助解决全球范围内日益严重的重金属污染问题。