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内容介绍

本书的主要内容围绕着水环境中生物膜的基本性质及其对污染物的吸附作用展开，侧重于生物膜对水环境中痕量重金属的迁移转化规律的影响。书中概述了自然水体生物膜及其在环境中行为的研究进展；建立并完善了生物膜上主要组分选择性萃取技术，验证了选择性萃取分离技术的适用性，采用选择性萃取-吸附-统计分析的方法研究不同水体生物膜对铅和镉吸附的热力学规律、膜中各组分的吸附特征以及生物膜吸附铅和镉的动力学特征，推导了吸附动力学方程，考察了各组分的吸附动力学规律；同时利用相关分析方法确定了生物膜中不同化学组分对吸附铅、镉的相对贡献及定量吸附模型，揭示了生物膜吸附铅、镉的吸附位，分析了生物膜吸附铅、镉能力存在差异的原因，建立了生物膜主要化学组分与水环境中相应化学物质之间的关系模型，探讨了影响生物膜吸附铅、镉的因素以及膜上铁、锰氧化物的分布规律；研究了pH等环境要素、培养季节等培养条件等影响因素对生物膜吸附重金属的影响；最后还对生物膜生长过程中对重金属的富集情况进行了分析，得出生物膜上各主要化学组分对重金属的富集规律。本书内容对于深入理解污染物在水环境中的环境行为具有重要意义。

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精彩书摘

自然水体生物膜是一种典型的由生命物质和非生命物质、有机物和无机物组成的复合体，在水环境中发生的自净过程中起非常重要的作用（Sergi et a1.，2002）。在自然水体中，生物膜一般是以半稳定的、开放的动态系统的形式存在，其组成处于动态的变化中：水环境中的各种成分在生物膜上发生着合成、聚结、转化和降解等作用而成为生物膜的一部分，同时还会随着生物膜的脱落重新回到水相中（Nelson et a1.，1996；Liinsdorf et a1.，1997）。水环境中生物膜的形成和生长过程是物理、化学和生物过程综合作用的结果。在一个清洁的固体表面（载体）上，生物膜的发育形成过程一般为：①水中有机分子从水中向载体表面运送，其中一部分被吸附在表面上而快速形成有机分子膜，改良载体表面物理化学性质；②水中一些浮游的微生物细胞被传送到改良的载体表面，碰撞到载体表面的细胞一部分被表面吸附一段时间后因水力剪切或其他物理、化学和生物作用而解吸出来，另一部分则被表面吸附后变成不可解吸的细胞；③不可解吸的细胞可以摄取并消耗水中的底物和营养物质，进行新陈代谢，并可能产生大量的胞外聚合物等产物，将微生物细胞紧紧地结合在一起，形成生物膜，并不断积累；④生物膜中的细胞在增殖的同时亦发生衰老、脱离以及向水中释放游离细胞，最终生物膜中的细胞和其他物质的增多与减少达到相对稳定的动态平衡，形成一个稳定的微生态系统（Characklis and Marshall，1990；Wimpenny，1996）。图1一1一1简单示意了这一过程，图1-1-1（a）～（d）分别对应前面的4步过程。显然，在生物膜的形成过程中，胞外聚合物对生物膜的形成至关重要，起到了黏合剂和稳定剂的作用：凝胶状的胞外聚合物首先附着在水环境中的各种基质表面，使得各种微生物和矿物质逐步黏附到基质上，而微生物代谢产生的更多胞外聚合物进一步维持了这种体系的稳定（Costerton et a1.，1987；White，1996；Schorer and Eisele，1997）。

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前言 第1章天然水环境中的生物膜与重金属 1.1 自然水体生物膜及其基本特征 1.1.1 生物膜的概念与基本组成 1.1.2 生物膜的基本特征 1.2 自然水体中的重金属 1.2.1 水环境中重金属的危害与环境行为 1.2.2 影响水环境中重金属行为的因素 1.3 自然水体生物膜的环境行为 1.3.1 生物膜对重金属的吸附与富集 1.3.2 生物膜对有机污染物的吸附与降解 1.3.3 生物膜对污染物的指示作用 1.3.4 其他行为 参考文献 第2章自然水体生物膜的获取与影响生物膜生长的因素 2.1 自然水体生物膜的获取 2.1.1 自然水体生物膜的获取方法 2.1.2 获取生物膜的主要水体 2.2 影响自然水体生物膜生长的主要因素 2.2.1 水温 2.2.2 水中的溶解氧 2.2.3 光照 2.2.4 水深 2.2.5 水的pH 2.2.6 其他影响因素 参考文献 第3章自然水体生物膜的主要组分 3.1 生物膜主要化学组分简介 3.1.1 无机矿物质 3.1.2 微生物和其他有机成分 3.2 生物膜主要化学组分与水中相应化学物质间的关系 3.2.1 不同水体生物膜主要化学组分与水中相应物质间的关系 3.2.2 同一水体不同水深生物膜主要化学组分与水中相应物质间的关系 3.3 影响自然水体生物膜主要化学组成的环境因素 3.3.1 水深 3.3.2 培养时间 3.3.3 溶解氧 3.3.4 水温 3.3.5 培养水体的颗粒物粒径 3.3.6 培养水体的pH 3.4 自然水体生物膜中铁和锰的形态分析 3.5 自然水体生物膜中铁氧化物、锰氧化物的积累速率 3.5.1 生物膜中铁氧化物、锰氧化物生长过程的反应级数 3.5.2 生物膜中铁氧化物、锰氧化物生长速率的比较 3.6 自然水体生物膜中的微生物种群及其生长规律 3.6.1 生物膜中微生物的形态和种类 3.6.2 生物膜中的微生物量 3.6.3 生物膜生长过程中膜中微生物种群和生物量的变化 3.6.4 生物膜中微生物的群集特征 3.6.5 不同季节生物膜上微生物的种群分布特征 参考文献 第4章自然水体生物膜主要化学组分的选择性萃取分离 4.1 选择性萃取方法及其筛选 4.1.1 Ti（Ⅲ）试剂用于萃取铁氧化物 4.1.2 NH2OH·HCl用于单独萃取锰氧化物或同时萃取去除铁氧化物、锰氧化物 4.1.3 Na2S3O4用于同时萃取去除铁氧化物、锰氧化物 4.1.4 草酸铵／草酸用于同时萃取去除铁、锰氧化物 4.1.5 一些用于萃取铁氧化物的螯合剂或还原剂 4.1.6 用于萃取铁氧化物、锰氧化物的酸性试剂 4.1.7 有机质的萃取方法 4.1.8 萃取剂的筛选 4.2 自然水体生物膜中铁氧化物、锰氧化物选择性萃取条件的优化 4.2.1 生物膜中锰氧化物萃取条件的优化 4.2.2 铁氧化物、锰氧化物同时萃取的条件优化 4.2.3 选定条件下生物膜主要化学组分的选择性萃取分离 4.2.4 不同水体生物膜主要化学组分选择性萃取分离的比较 4.3 自然水体生物膜主要化学组分连续萃取和单独萃取的比较 4.3.1 萃取条件的选择 4.3.2 萃取条件的验证 参考文献 第5章自然水体生物膜及其主要组分吸附重金属的热力学特性 5.1 水溶液中的吸附作用与吸附等温线 5.2 自然水体生物膜对重金属的吸附热力学 5.2.1 自然水体生物膜对铅和镉吸附的基本热力学特征 5.2.2 自然水体生物膜对钴、镍和铜吸附的基本热力学特征 5.2.3 不同水体生物膜对铅和镉吸附的热力学特征 5.2.4 自然水体生物膜对不同重金属吸附能力差异的初步研究 5.3 自然水体生物膜主要化学组分对铅和镉的吸附热力学特征 5.3.1 选择性萃取一重金属吸附一统计分析方法的建立 5.3.2 选择性萃取一重金属吸附一统计分析方法的验证 5.3.3 不同水体生物膜各主要组分对铅的吸附 5.3.4 不同水体生物膜各主要组分对镉的吸附 5.3.5 不同水体生物膜各主要组分对铅和镉的吸附特征的对比 5.3.6 生物膜各组分吸附铅和镉时共存铅、镉间的相互影响 5.3.7 自然水体生物膜及其各组分对铅和镉吸附特征的讨论 5.4 生物膜中的有机组分对重金属吸附的热力学特征 5.4.1 活性细胞、非活性细胞和胞外聚合物对铅和镉的吸附 5.4.2 胞外多糖和胞外蛋白对铅和镉的吸附 参考文献 第6章自然水体生物膜及其主要组分吸附重金属的动力学特征 6.1 自然水体生物膜及其各组分吸附铅和镉的动力学特征 6.1.1 生物膜的萃取、吸附与数据统计分析 6.1.2 生物膜对铅和镉的吸附动力学——溶液浓度变化法 6.1.3 生物膜对铅和镉的吸附动力学——膜上浓度变化法 6.1.4 两种吸附动力学研究方法的比较 6.2 自然水体生物膜对钴、镍和铜吸附的基本动力学特征 参考文献 第7章影响自然水体生物膜吸附重金属的因素 7.1 破附体系溶液条件的改变对自然水体生物膜吸附重金属的影响 7.1.1 pH对自然水体生物膜吸附重金属热力学的影响 7.1.2 pH对自然水体生物膜吸附铅和镉动力学的影响 7.1.3 生物膜浓度对生物膜吸附铅和镉的影响 7.1.4 腐殖酸对生物膜吸附铅和镉的影响 7.1.5 离子强度对生物膜吸附铅和镉的影响 7.2 生物膜培养条件的改变对自然水体生物膜吸附重金属的影响 7.2.1 不同季节培养的生物膜吸附铅和镉的比较 7.2.2 不同水深培养的生物膜吸附铅和镉的比较 7.2.3 含有不同粒径颗粒物的湖水培养的生物膜吸附铅和镉的比较 7.2.4 不同pH的湖水中培养的生物膜吸附铅和镉的比较 参考文献 第8章自然水体生物膜生长过程中生物膜及其主要组分对重金属的富集 8.1 人工基质生物膜及其各组分对铅的富集 8.1.1 人工基质生物膜的培养、萃取与数据处理 8.1.2 人工基质生物膜中铁氧化物、锰氧化物对铅的富集特征 8.2 天然基质生物膜及其各组分对重金属的富集 8.2.1 天然基质生物膜的采集、萃取与数据处理 8.2.2 天然基质生物膜及其主要组分对重金属的富集 8.2.3 不同水体生物膜中铁氧化物、锰氧化物对铅富集特征的对比 参考文献 附录 附录1 部分分析测试与实验方法 F.1.1 以载玻片为基质的生物膜中金属氧化物与重金属含量的测定 F.1.2 以载玻片为基质的生物膜中有机质的测定 F.1.3 生物膜中微生物的光学显微镜和扫描电子显微镜观察 F.1.4 生物膜中微生物的鉴定与计数 F.1.5 实验所用沉积物中胡敏酸和富里酸的提取和测定方法 附录2 南湖生物膜中藻类和原生动物的鉴定结果（1999年9月） 参考文献

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