環境條件對 Aspergillus Terreus 吸附水中重金屬離子
之影響
何宗漢
*李旺達
**孫逸民
***張福林
****摘 要
本研究使用不同生長期的細胞，探討在不同環境條件（金屬離子溶液之pH值、濃度和溫 度）及菌體濃度下，Aspergillus terreus CCRC 31128對Ni2+、Cr3+和Pb2+吸附量之影響。實驗結果顯示菌體在單成分的金屬離子中，其吸附量以對數期菌體對Ni2+、Cr3+最佳，而靜止期 菌體對Pb2+最佳，且吸附時間達6小時後，吸附量逐漸趨於平衡。在單一環境條件改變下，菌 體對金屬離子的吸附量隨著pH值增加而增加；菌體對金屬離子的吸附量隨著菌體濃度增加而 減少；菌體對金屬離子的吸附量隨著金屬離子濃度增加而增加，當金屬離子濃度達250 ppm 左右時，菌體的吸附量漸趨平緩；另外，溫度之變化（10℃ ~ 40℃）對吸附量影響不大。 關鍵字：Aspergillus terreus、生物吸附、重金屬離子、恆溫吸附 收稿日期2005年12月；接受日期2006年2月。 * 何宗漢：國立高雄應用科技大學化學工程與材料工程系教授，國立成功大學化工系博士，主要研究方向為半導體封裝 材料、印刷電路板材料、難燃高分子材料、水污染防治。 ** 李旺達：國立高雄應用科技大學化工系碩士。 *** 孫逸民：中華醫事學院職業安全與衛生學系教授。 **** 張福林：中華醫事學院職業安全與衛生學系副教授。
壹、緒論
傳統處理含有重金屬廢水的方法，主要以 物理或化學方法為主，包括化學沈澱（chemical precipitation）、混凝（coagulation）或氧化還原、 離子交換、薄膜分離（例如超過濾和逆滲透） 和活性碳吸附等1-3。然而各種處理方式各有其 缺點，如化學沈澱法所添加的化學藥劑以及產 生的大量污泥，若處理不當極可能造成二次的 污染，增加了後續處理上之困難，薄膜處理（例 如逆滲透、超過濾）需要較高的滲透壓、去除 效率低且造價昂貴。離子交換法以及活性碳吸 附法則需考慮成本和再生使用的問題，電解還 原 法 的 設 備 成 本 高 。 另 外 當 金 屬 濃 度 低 於 10~100 ppm時，將會降低去除效率、提高成本 3-5，因此開發一低成本和高效率的吸附劑有其 發展空間。由於生物吸附劑（biosorbent）本身 來自天然之中，不須額外添加人為的化學藥 劑，且可以減少二次危害的發生，更可降低成 本以及增加重金屬回收再利用的附加價值，這 種應用微生物來回收貴重金屬及處理毒性金屬 近年來已被廣泛地研究，但仍有許多缺點待克 服。 近年來由於生物科技的迅速發展、崛起，科學家們開始注意到生物的許多生理及物理特 性，並開始嘗試各項新技術如遺傳工程及細胞 融合等應用在生物處理上，作環境汙染廠址的 復育及污染防治等工作6。利用微生物去除重金 屬相較於傳統處理法，提供許多解決方法，如 處理完的生物污泥量較低、不需特別添加太多 的化學藥劑、維持運作的設備簡單且較低廉， 還有具有能夠結合生物技術去進行各種處理程 序的結合操作的發展潛力，以達到利用簡單的 設備及微生物，便能夠對複雜成分的廢水進行 除污的動作。近年來發現許多微生物的細胞或 是 其 分 泌 的 一 些 代 謝 產 物 或 是 多 醣 體 （polysaccharides）等，可以大量吸附累積各種 金屬7及放射性物質如鈾8。這種引起學者濃厚興 趣的生物累積或生物吸附的現象，不但可發生 在細胞體內、外和細胞表面，而且無論是活細 胞（living cells）或死細胞（dead cells）都有可 能發生，因此可利用生物體濃縮與去除廢水中 有害中金屬，達到去毒或回收的目的3,9。微生 物表面具有陰電性的羧基（carboxyl）、羥基 （hydroxyl）、有機磷化物（phosphoryl）、硫 醇基（sulfhydryl）等可與金屬陽離子產生鍵結。 因此不論死菌或活菌，微生物會同時將代謝相 關或代謝無關的金屬鍵結在細胞壁或細胞膜 上。 許多學者發現，用於釀造和醱酵工業中的微 生物，亦可用於去除及累積水中的重金屬，其中 包括細菌、酵母菌、真菌及藻類10,11，目前以真 菌最被廣泛地研究。真菌屬於多細胞微生物，型 態上的多樣性遠複雜於單細胞的細菌或酵母 菌，另外菌體生長容易且可大量地繁殖，且在稀 薄金屬廢水中，吸附效率高，不論應用在重金屬 之去除或回收，都不錯的效率。Aspergillus sp. 的菌屬，可廣泛地存活在各種不同環境的土壤 中 。 而在Aspergillus sp. 的菌屬中的Aspergillus terreus不僅具有產生lovastatin的降血脂物質12-14、
ferrichrome、kojic acid、gallic acid、itaconic acid、 citric acid等食品或工業上有用的物質，還有不錯 的amylase、glucose isomerase、pectinase、lipase 及廢棄物分解酵素(如cellulase、xylanase、β -glucosidase等)的產生能力。因此在農業廢棄物 之 資 源 回 收 與 再 生 能 源 工 業 上 ， Aspergillus terreus 是 較 常 被 探討使用的。但是 Aspergillus terreus於環境保護上，特別是含重金屬廢水之處 理利用，則較少被探討。本研究中首先培養 Aspergillus terreus CCRC 31128，得到三種生長時 期之菌體，經過前處理後，製備成一生物吸附 劑。以批式吸附的方式，探討三種生長時期之菌 體去除水中含鎳、鉻、鉛金屬離子之吸附能力。 於不同環境條件（金屬離子溶液之pH值、濃度和 溫度）及菌體濃度下，探討菌體分別對Ni2+、Cr3+ 和Pb2+吸附量之影響。
貳、實驗
一、菌株與培養方法
將 購 自 新 竹 食 品 工 業 發 展 研 究 所 的 Aspergillus terreus CCRC 31128菌株，經菌種的 保存、活化、前培養處理得到的菌液進行搖瓶 振盪醱酵實驗。準備250 mL錐形瓶，內含pH = 6.5，50 mL液態合成培養基（pH值以2N HCl(aq) 或2N KOH(aq)調整），其組成如表2-1所示。將 前培養24小時後的2.5 mL菌液接種至錐形瓶進 行主培養。恆溫振盪槽的轉速設定為200 rpm， 溫度為28℃。二、菌種生長曲線的製作
在搖瓶醱酵培養期間，於每隔一時間，以 過濾收集菌體後，烘乾至恆重，並以培養時間 為橫軸，乾菌重和pH值為縱軸，即可得生長曲線。
三、菌體之吸附量
菌體之吸附量依下式計算可得。 M V C C q( 0 e) ... (2-1) 式中q為吸附量（mg / g biomass）；C0為起 始金屬濃度（mg / L）；Ce為濾液之金屬濃度（mg / L）；W為乾菌重（g）；V為金屬溶液之體積 （L）。 表 2-1 搖瓶振盪培養所使用之液態合成培養基15 成 份 濃 度 KH2PO4 5 g/L K2HPO4 5 g/L FeSO4 •7H2O 0.2 g/L MnSO4 • 4H2O 0.1g/L *MgSO4 • 7H2O 0.1g/L *CaCl2 • 2H2O 20 mg/L ZnSO4 • 7H2O 0.2 g/L CuCl2 • 2H2O 5 mg/L H3BO3 11 mg/L (NH4)6Mo7O24 • 4H2O 5 mg/L *Mono-hydrate sodium glutamate 12.5 g/L*Glucose 45 g/L *表示需分開滅菌。
四、菌體對金屬離子之批式吸附實驗
以菌體濃度為100 mg/L，加入200 ppm之金 屬離子溶液中，在28℃，150 rpm恆溫振盪槽 中，進行吸附反應。於0.25、0.5、0.75、1、1.25、 1.5、2、2.5、3、3.5、4、8小時，分別以0.45 μm 聚醋酸纖維素濾膜過濾後，以濾液分析金屬離 子濃度之變化。分別改變不同的環境因子，包 括：pH值、菌體濃度、金屬離子濃度及溫度， 進行吸附實驗。參、結果與討論
一、菌種培養及其生長曲線
在醱酵工業上，若欲提高目標產物的產量 常以篩選高產量的變異株來進行，然而，選擇 合適的培養基和培養條件也是提高目標產物的 產量的方式之ㄧ16。因此本實驗決定使用碳源、 氮源、磷酸鹽、鉀、鈣及其他微量金屬所組成 之液態合成培養基（synthetic medium）15，如表 2-1 所 示 。 期 望 得 到 Aspergillus terreus CCRC 31128最大的菌體產量，以進行後續的實驗。 將活化的孢子懸浮液（1 %的接種量）經前 培養後，接種至pH = 6.5，50 mL之液態合成培 養基（表2-1）中，在溫度為28℃，轉速為200 rpm 下，進行主培養。每隔一時間，測得菌體質量 與醱酵液pH值之變化情形，將所得數據以培養 時間為橫軸，乾菌重和pH值為縱軸，即可得生 長曲線，如圖3-1所示。從圖3-1可知，在培養第 0 ~ 3天為誘導生長期（lag phase），僅有少量 孢子凝聚形成紮實平滑的菌絲球（pellet），此 時期相當於細胞分裂增殖之準備期。到了第6天 時，進入對數生長期（log phase），此時菌體 生長最為旺盛，大量的孢子凝聚形成菌絲球， 直至第11天時，乾菌重可達到最高值（869.31 g/L）。之後，隨著培養時間之增加，乾菌重亦 呈 緩 慢 下 降 之 趨 勢 可 視 為 菌 體 的 靜 止 期 （stationary phase）。此 現 象 是 因為菌體之菌 絲球的擴大，再加上菌體表面分枝（branching） 的增加，造成菌體直徑的擴大，而使得菌體會 聚集變成結塊，導致菌體受到質傳阻力的影 響，營養傳遞漸趨困難17。因此，本研究依生長 曲線，分別培養誘導生長期（3天）、對數生長 期（8天）、及靜止期（11天）之菌體；菌體試 樣代號分別為AB1（誘導期）、AB2（對數期）、 AB3（靜止期）。 在培養第4天時，醱酵液之pH值變化不大， 維持在pH = 6.4 ~ 6.5之間，隨著菌體之增殖而 開始下降，至第6天逐漸趨於水平，此歸因於菌 體 生 長 以 葡 萄 醣 作 為 碳 源 ， 經 醣 解 作 用 （glycolysis）產生酸性代謝物16,18。到了第8天， 當培養基中碳源耗盡，開始以L-麩胺酸鈉為氮 源，建構細胞體結構，隨著菌體代謝胺基酸或 有機酸所產生的鹼性副產物，pH值大幅的上 升。在第16天以後，隨著菌體進入死滅期（death phase），pH值有趨緩的現象。 圖 3-1 Aspergillus terreus CCRC 31128 之生長 曲線二、恆溫平衡吸附曲線
為暸解菌體吸附金屬離子的吸附過程，本 實 驗 以 三 種 生 長 時 期 菌 體之菌體濃度為100 mg/L，分別在Ni2+（200 ppm，pH = 7）、Cr3+ （200 ppm，pH = 4）、Pb2+（200 ppm，pH = 5） 溶液中，進行6小時之恆溫吸附。每隔15分鐘， 以濾液經火焰式原子吸收光譜儀測定。將測得 金屬離子濃度對吸附時間作圖，結果如圖3-3~5 所 示 。 結 果 顯 示 AB1 、 AB2 以 及 AB3 分別在 Ni2+、Cr3+、Pb2+溶液中，在6小時內可達平衡吸 附狀態。在圖3-3、3-4中發現吸附時間達30分鍾 左右時，AB1和AB2對Ni2+、Cr3+之吸附呈現兩 階段的吸附現象。當AB3對Pb2+之吸附時，於圖 0 4 8 12 16 20 200 400 600 800 1000 1200 1400Dry cell weight pH Time (day) Dry cell w eight (g / L) AB2 AB1 AB3 4 6 8 10 pH
3-5中，也同樣發現呈現兩階段的吸附現象。 圖 3-6 三種不同生長相的細胞對 Ni2+之飽和吸 附量 圖 3-7 三種不同生長相的細胞對 Cr3+之飽和吸 附量 圖 3-8 三種不同生長相的細胞對 Pb2+ 之飽和吸 附量
三、環境因子對菌體吸附能力之影響
本研究利用批式搖瓶醱酵培養後，經過 濾、水洗、研磨和過篩，最後以冷凍乾燥得到 三種生長時期之菌體粉末（AB1、AB2、AB3）， 在不同環境條件（金屬離子溶液之pH值、濃度 和溫度）及菌體濃度下，探討菌體對水中分別 含Ni2+、Cr3+、Pb2+的吸附效果。 (一) pH值對菌體吸附金屬離子之影響 將 三 種 生 長 時 期 之 菌 體 濃 度 固 定 為 100 mg/L，在不同的pH條件下分別加入200 ppm之 Ni2+、Cr3+及Pb2+溶液進行吸附，吸附量之結果 如圖3-9~11所示。由圖3-9可知AB1、AB2及 AB3在不同pH值之Ni2+溶液中進行吸附後，發 現在pH = 4.5以下時，吸附量=38.4 ~ 60.1 mg/g biomass且無顯著之變化；當pH = 5時，吸附量 開始有上升之趨勢，且隨金屬溶液的pH值增加 而增加。在pH = 7時，吸附量可達最大值，且 吸 附 量 大 小 順 序 依 次 為 AB2 （ 184.3 mg/g biomass）＞AB1（133 mg/g biomass）＞AB3 （83 mg/g biomass）。由圖3-10可知AB1、AB2 及AB3在不同pH值之Cr3+溶液中進行吸附後， 發現在pH = 2以下時，吸附量=10 ~ 17 mg/g biomass且無顯著之變化；當pH = 2.5時，吸附 量開始有上升之趨勢，且隨金屬溶液的pH值增 加而增加。在pH = 4時，吸附量可達最大值， 且 吸 附 量 大 小 順 序 依 次 為 AB2 （ 42 mg/g biomass）>AB1（38 mg/g biomass）>AB3（30 mg/g biomass）。由圖3-11可知AB1、AB2及 AB3在不同pH值之Pb2+溶液中進行吸附後，發 現在pH = 3以下時，吸附量=101 ~ 37.6 mg/g biomass且無顯著之變化；當pH = 3.5時，吸附 量開始有上升之趨勢，且隨金屬溶液的pH值增 加而增加。在pH = 5時，吸附量可達最大值， 吸 附 量 大 小 順 序 依 次 為 AB3 （ 121.7 mg/g biomass）>AB2（86 mg/g biomass）>AB1（80.1 mg/g biomass）。 以上結果顯示AB1、AB2以及AB3分別對 Ni2+、Cr3+及Pb2+之吸附量隨金屬溶液的pH值增 0 1 2 3 4 5 6 7 175 180 185 190 195 Metal conc. (mg / L) Time (hr) AB1 AB2 AB3 0 1 2 3 4 5 6 7 182 184 186 188 190 Metal conc. (mg / L ) Time (hr) AB1 AB2 AB3 0 1 2 3 4 5 6 7 175 180 185 190 Metal conc. (mg / L) Time (hr) AB1 AB2 AB3加而增加，此歸因於水溶液中的H+濃度隨pH值 的增加而減少，降低在活性位置上與金屬陽離 子（Ni2+、Cr3+及Pb2+）之競爭，導致吸附量有 增加的趨勢。 圖 3-9 pH 值對三種不同生長相菌體吸附 Ni2+之 影響 圖 3-10 pH 值對三種不同生長相菌體吸附 Cr3+ 之 影響 圖 3-11 pH 值對三種不同生長相菌體吸附 Pb2+ 之 影響 (二)菌體濃度對菌體吸附金屬離子之影響 將三種生長時期之菌體濃度為50、100、 150、200、250、300、350、400 mg/L，分別加 入Ni2+（200 ppm，pH = 7）、Cr3+（200 ppm， pH = 4）以及Pb2+（200 ppm，pH = 5）溶液中 進行吸附，吸附量之結果如圖3-12~14所示。 由圖3-12可知AB1、AB2及AB3以不同菌體 濃度，在Ni2+溶液中進行吸附後，發現菌體濃度 為50 mg/L時，吸附量可達最大值，且隨著菌體 濃度的增加，吸附量有遞減的趨勢；吸附量大 小順序依次為AB2（321.43 mg/g biomass）＞ AB1（214.29 mg/g biomass）＞AB3（128.57 mg/g biomass）。 由圖3-13可知AB1、AB2及AB3以不同菌體 濃度，在Cr3+溶液中進行吸附後，發現菌體濃度 為50 mg/L時，吸附量可達最大值，且隨著菌體 濃度的增加，吸附量亦有遞減的趨勢；吸附量 大小順序依次為AB2（64.1 mg/g biomass）＞ AB1（59 mg/g biomass）＞AB3（51.43 mg/g biomass）。 由圖3-14可知AB1、AB2及AB3以不同菌體 濃度，在Pb2+溶液中進行吸附後，發現菌體濃度 為50 mg/L時，吸附量可達最大值，且隨著菌體 濃度的增加，吸附量亦有遞減的趨勢；吸附量 大小順序依次為AB3（168.75 mg/g biomass）＞ AB2（135.2 mg/g biomass）＞AB1（118.13 mg/g biomass）。 進一步利用水中殘餘金屬離子百分比對菌 體濃度作圖，可得知對吸附金屬離子所需菌體 的使用量，結果如圖3-15~17所示。可發現水中 殘餘Ni2+、Cr3+及Pb2+之百分比隨著菌體濃度的 增加而減少，當菌體濃度約在150 mg/L以上 時，有逐漸增加的趨勢。 由以上結果顯示AB1、AB2以及AB3分別對 Ni2+、Cr3+及Pb2+之吸附量，隨著菌體濃度的增 1 2 3 4 10 20 30 40 50 AB1 AB2 AB3 q (mg / g biomass) pH 2 3 4 5 30 60 90 120 AB1 AB2 AB3 q (mg / g bi omass) pH 3 4 5 6 7 50 100 150 200 q (mg / g b iomass) pH AB1 AB2 AB3 0 100 200 300 400 0 100 200 300 400 AB1 AB2 AB3 q (mg / g biomass) Biomass conc. (mg / L)
加，吸附量也愈低。其原因在於菌體濃度的增 加，會使得溶液中單位重量的菌體所吸附金屬 離子的量減少；另一方面菌體表面之活性位置 雖然增加，由於受到工作體積的限制，當菌體 濃度約在150 mg/L以上時，其活性位置彼此之 間受到覆蓋的影響，導致吸附量逐漸下降19。 圖 3-12 菌體濃度對三種不同生長相菌體吸附 Ni2+ 之影響 圖 3-13 菌體濃度對三種不同生長相菌體吸附 Cr3+ 之影響 圖 3-14 菌體濃度對三種不同生長相菌體吸附 Pb2+ 之影響 圖 3-15 菌體濃度與水中殘餘 Ni2+百分比之關係 圖 3-16 菌體濃度與水中殘餘 Cr3+百分比之關係 圖 3-17 菌體濃度與水中殘餘 Pb2+ 百分比之關係 (三)金屬離子濃度對菌體吸附金屬離子之影 響 將 三 種 生 長 時 期 之 菌 體 濃 度 固 定 為 100 mg/L，分別加入50、100、200、250、300、400、 450、500 ppm之Ni2+（pH = 7）、Cr3+（pH = 4）、 0 100 200 300 400 0 20 40 60 q (mg / g b iomass) AB1 AB2 AB3 Biomass conc. (mg / L) 0 100 200 300 400 500 600 0 50 100 150 q (mg / g bi omass) AB1 AB2 AB3 Biomass conc. (mg / L) 0 100 200 300 400 85 90 95 100 Residu a l met a l io ns in wa ter ( %) Biomass conc. (mg / L) AB1 AB2 AB3 0 100 200 300 96 98 100 Residua l met a l io ns in wa ter ( %) Biomass conc. (mg / L) AB1 AB2 AB3 0 100 200 300 400 500 600 90 95 100 Residual meta l io ns in wa ter ( %) Biomass conc. (mg / L) AB1 AB2 AB3
Pb2+（pH = 5）溶液中進行吸附，吸附量之結果 如圖3-18~20所示。 由圖3-18可知AB1、AB2及AB3在不同金屬 離子濃度之Ni2+溶液中進行吸附後，發現在金屬 離子濃度為100 ppm以上時，吸附量開始有上升 之趨勢，且隨金屬離子濃度增加而增加。在金 屬離子濃度為250 ppm時，吸附量逐漸趨於平衡 狀態，且吸附量大小順序依次為AB2（176 mg/g biomass）＞AB1（146.79 mg/g biomass）＞AB3 （93 mg/g biomass）。 由圖3-19可知AB1、AB2及AB3在不同金屬 離子濃度之Cr3+溶液中進行吸附後，發現在金屬 離子濃度為50 ppm以上時，吸附量開始有上升 之趨勢，且隨金屬離子濃度增加而增加。在金 屬離子濃度為250 ppm時，吸附量逐漸趨於平衡 狀態，且吸附量大小順序依次為AB2（42.44 mg/g biomass）＞AB1（39.5 mg/g biomass）＞ AB3（31.4 mg/g biomass）。 由圖3-20可知AB1、AB2及AB3在不同金屬 離子濃度之Pb2+溶液中進行吸附後，發現在金屬 離子濃度為50 ppm以上時，吸附量開始有上升 之趨勢，且隨金屬離子濃度增加而增加。在金 屬離子濃度為250 ppm時，吸附量逐漸趨於平衡 狀態，且吸附量大小順序依次為AB3（136.5 mg/g biomass）＞AB2（86.5 mg/g biomass）＞ AB1（80 mg/g biomass）。 以上結果顯示AB1、AB2以及AB3分別對 Ni2+、Cr3+和Pb2+之吸附量，隨著金屬離子濃度 的增加而增加，當金屬離子濃度達250 ppm左右 時，吸附量逐漸趨於平緩，其原因在於單位重 量菌體表面上，可利用的吸附位置隨著金屬離 子濃度的增加而減少，加上菌體表面可利用的 吸附位置數量有限，而逐漸被金屬離子佔滿。 另外金屬離子濃度的增加，溶液中金屬離子密 度增加，導致離子間相互牽制的效應愈大，而 降低金屬離子的移動性。
圖 3-18 金屬離子濃度對三種不同生長相菌體吸附 Ni2+之影響 圖 3-19 金屬離子濃度對三種不同生長相菌體吸附 Cr3+之影響 圖 3-20 金屬離子濃度對三種不同生長相菌體吸附 Pb2+之影響 (四)溫度對菌體吸附金屬離子之影響 將 三 種 生 長 時 期 之 菌 體 濃 度 固 定 為 100 mg/L，分別加入Ni2+溶液中（200 ppm，pH = 7）， 在溫度為10、20、28、40℃下，進行吸附後， 吸附量之結果如圖3-21所示。 由圖3-21可知AB1、AB2以及AB3在10℃ ~ 40℃下，對Ni2+之吸附量影響不大。雖然溫度增 加會使吸附劑表面的邊界層厚度減小，使得質 傳阻力降低，增加金屬離子被吸附在菌體表面 的機會20，與本實驗結果有所不符合，其原因可 能是菌體之吸附作用並非單純藉由靜電吸引力 所支配，可能涉及其他諸如共價鍵、疏水鍵或 氫鍵之非靜電力作用，亦即化學吸附，導致與 金屬離子間的親和力不會因溫度改變而產生脫 附的現象。 圖 3-21 溫度對三種不同生長相菌體吸附 Ni2+之 影響
肆、結論
本 研 究 首 先 分 別 培 養 Aspergillus terreus CCRC 31128得到生長曲線，再依生長曲線分別 培 養 三 種 生 長 時 期 之 菌 體 ， 分 別 為 誘 導 期 （AB1）、對數期（AB2）和靜止期（AB3）。 三種生長時期的菌體分別經過水洗、過濾、冷 凍乾燥、研磨及過篩後，得到的菌體粉末用來 吸附水中的重金屬離子。於不同環境條件（金 屬離子溶液之pH值、濃度和溫度）及菌體濃度 下，探討菌體分別對Ni2+、Cr3+和Pb2+吸附量之 影響，並利用恆溫吸附模式，進而推論其吸附 行為；此外，在多成分金屬離子共存的環境下， 0 100 200 300 400 500 0 50 100 150 200 250 q (mg / g b iomass) AB1 AB2 AB3 Metal conc. (mg / L) 0 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 50 q (mg / g biomass) AB1 AB2 AB3 Metal conc. (mg / L) 0 100 200 300 400 500 600 0 30 60 90 120 150 q (mg / g biomass) AB1 AB2 AB3 Metal conc. (mg / L) 10 20 30 40 50 100 150 200 250 AB1 AB2 AB3 q (mg / g bi omass) Temperature (oC)觀察金屬離子在菌體表面上互相競爭的情形。 根據實驗結果，歸納出以下的結論： (一)恆溫平衡吸附實驗中顯示，AB1、AB2 以及 AB3 分別對 Ni2+、Cr3+、Pb2+之吸附， 在 6 小時內即可達平衡吸附。當菌體在 吸附期間，呈現兩階段的吸附現象，有 助於提升菌體對金屬離子的吸附量。 (二)不同環境條件及菌體濃度下菌體對金屬 離子的吸附結果顯示：吸附量隨金屬溶 液的 pH 值的增加而增加，此歸因於水溶 液中的 H+濃度隨 pH 值的增加而減少， 且當 pH＞pI 時菌體表面帶負電荷，有助 於提升菌體對金屬離子的吸附量。溶液 中單位重量的菌體所吸附金屬離子的量 隨著菌體濃度的增加而減少；而總吸附 量隨著菌體濃度的增加而增加但是當菌 體濃度約達 150 mg/L 以上時，因為其菌 體之吸附活性位置彼此之間受到覆蓋， 導致總吸附量反而逐漸下降。菌體的吸 附量隨著金屬離子濃度增加而增加；但 是當金屬離子濃度達 250 ppm 時，菌體 表面上的活性位置逐漸被佔滿，吸附量 便不再增加。另外，水溶液溫度之變化 （10℃ ~ 40℃）對吸附量影響不大。
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The Effect of Environmental Factors
on the Adsorption of Heavy Metals from Water
by Aspergillus terreus
Tsung-Han Ho
*Wang-Ta Li
**Yih-Min Sun
***Fu-Lin Chang
****Abstract
In this study, the potential application of pretreated biomass of the fungus Aspergillus terreus CCRC 31128 on removing heavy metal ions (Ni2+, Cr3+, Pb2+) has been investigated. Batch adsorption experiments were carried out as a function of various environmental factors such as pH, biomass concentration, metal concentration, and temperature. The results indicate that the biomass of the fungus Aspergillus terreus CCRC 31128 is a potential biosorbent for the removal of nickel, chromium and lead ions from aqueous solution. The adsorption equilibrium time of these biomass was 6 hours and the maximum adsorption of biomass were log phase for Ni2+and Cr3+, stationary phase for Pb2+. The increase in the pH of the solution resulted in an increase in metal ions uptake. However, the amount of adsorbed metal ions per unit weight of biomass decreases with the biomass concentration of solution. The metal ions uptakes increase with the metal concentration, and then level off at 250 ppm. Metal ions uptakes by biomass were found to be independent of temperature in the range of 10-40℃.
Keywords: Aspergillus terreus, biosorption, heavy metal ions, isotherm adsorption
*
Tsung-Han Ho：Professor of Department of Chemical and Material Engineering, National Kaohsiung University of Applied Sciences.
**
Wang-Ta Li：Master of Department of Chemical and Material Engineering, National Kaohsiung University of Applied Sciences.
*** Yih-Min Sun：Professor of Department of Occupational Safety and Health Chung Hwa College of Medical Technology.
****
Fu-Lin Chang：Associate Professor of Department of Occupational Safety and Health Chung Hwa College of Medical Technology.
