（环境工程专业论文）食品加工废水培养复合型生物絮凝剂产生菌及培养条件优化研究.pdf

，? - j 四川大学硕士学位论文 s t u d yo nc o m p l e xb i o f l o c c u l a n tp r o d u c i n gb a c t e r i ad o m e s t i c a t e d b y f o o dp r o c e s s i n gw a s t e w a t e ra n d o p t i m a lc o n d i t i o n s e n v i r o n m e n t e n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e l i ns o n ga d v i s o r w a n gx i a n g d o n g a tp r e s e n t , m i c r o b i a lf l o c c u l a m st h a th a v ef l o c c u l a t i n ga c t i v i t ya r eg e n e r a l l y b i o d e f a d e dr e a d i l y a n dh a r m l e s st ot h ee n v i r o n m e n ta n dh u m a nb e i n g s ，s o b i o - f l o c c u l a n t sa r e a t t r a c t i n g w i d ei n t e r e s ta n d u r g e n t l y c a l l e df o r n o w b i o - f l o e c u l a n t sb e c a m em o r ea n dm o r ei m p o r t a n ti ns e w a g e d i s p o s i n g h o w e v e r , b e c a u s eo ft h e i rh i g h e rc o s ta n dr e l a t i v e l yl o w e ro u t p u t , t h e ya r eh a r dt ob ep u ti n t o i n d u s t r i a l i z e da n dc o m m e r c i a l i z e dp r o d u c t i o n s om a n yr e s e a r c hw o r k sf o c u so nt h e s c r e e n i n go ff l o c c u l a n t sa n dt h er e s e a r c ho fc u l t u r i n g n o w a d a y s 。m a n yo ft h e f l o c c u l a n t su s et h es i n g l es t r a i nt od i s p o s ew a s t e w a t e r t h i ss t u d yf o c u so nc o m p l e xb i o f l o c c u l a n t st h a tw e r ec u l t u r e db yw a s t e w a t e r a n du s e dt od i s p o s ew a s t e w a t e rb yt h es t r a i n st h e yp r o d u c e t h i ss t u d yu s e dt h ef o o d p r o c e s s i n gw a s t e w a t e rt oc u l t u r et h em i x e ds t r a i n ss oa st oi n d u c et h ec o s l s t r a i n sw h i c hw e r ep r o t e c t e di nt h el a bw e r em i x e de a c ho t h e ra n dt h em i x e d s t r a i n so ff 1 4 。f 1 5 。h 8 ，h 9 ，h 1 0w e r es c r e e n e d c o m p l e xs t r a i nf 1 4w a ss c r e e n e da n dt h eo p t i m u mc u l t u r ec o n d i t i o n sw e r e f o u n dw h e nt h ec o do ft h ew a s t ew a t e rw a s3 0 1 8 m g l , n i t r o g e no r i g i nw a s a m m o n i u ms u l f a t e 。t h em e d i u mi n i t i a lp hw a s6 0a n dr e l a t i v ei n o c u l a t i o nw a s1 0 a tt h i st i m et h ef l o c c u l a t i n gr a t ew a s8 7 1 ：c o m p l e xs t r a i nf 1 5w a ss c r e e n e da n d t h eo p t i m u mc u l t u r ec o n d i t i o n sw e r ef o u n dw h e nt h ec o do ft h ew a s t ew a t e rw a s 3 0 1 8 m g l , n i t r o g e nc r i # nw a sa m m o n i u ms u l f a t e ，t h em e d i u mi n i t i a lp hw a s6 0a n d s u p p o r t e d b y t h e a p p l i c a a o n f o u n d a t i o n o f s i c h u a n , c h i n a ( 0 5 j y 0 2 9 - 0 2 6 - 2 ) - 、 四川大学硕士学位论文 r e l a t i v ei n o c u l a t i o nw a s5 a tm i st a m et h ef l o c c u l a t i n gr a t ew a s8 9 7 i nt h i s c o n d i t i o n 。t h e ya r ec u l t u r e di nf o o dp r o c e s s i n gw a s t e w a t e rf o r1 8h o u r s 。a n dt h e t e m p e r a t u r ei s3 0 c c o m p l e x s t r a i nh 8w a ss c r e e n e da n dt h eo p t i m u mc u l t u r ec o n d i t i o n sw e r ef o u n d w h e nt h ec a r b o nw a ss t a r c h ，n i t r o g e n 嘶g i nw a sc a r b a m i d e 。t h em e d i u mi n i t i a lp h w a s5 0a n dr e l a t i v ei n o c u l a t i o nw a s1 0 a tt h i st i m et h ef l o c c u l a t i n gr a t ew a s 8 6 5 ：c o m p l e xs t r a i nh 9w a ss c r e e 日t e da n dt h eo p t i m u mc u l t u r ec o n d i t i o n sw e r e f o u n dw h e nt h ec a r b o nw a s s a c c h a r o s e ，n i t r o g e no r i g i nw a sa m m o n i u ms u l f a t e 。t h e m e d i u mi n i t i a l p hw a g6 0a n dr e l a t i v ei n o c u l a t i o nw a s1 0 a tt h i st i m et h e f l o c c u l a t i n gr a t ew a s9 8 9 ：c o m p l e xs t r a i nh 1 0w a gs c r e e n e da n dt h eo p t i m u m c u l t u r ec o n d i t i o n sw e r ef o u n dw h e nt h ec a r b o nw a ss t a r c h ，n i t r o g e no r i g i nw a s s o d i u mn i t r a t e 。t h em e d i u mi n i t i a lp hw a s7 0a n dr e l a t i v ei n o c u l a t i o nw a s5 a t t h i st i m et h ef l o c c u l a t i n gr a t ew a s8 4 2 i nt h i sc o n d i t i o n t h e ya r ec u l t u r e di nf o o d p r o c e s s i n gw a s t e w a t e rf o r2 6h o u r s a n dt h et e m p e r a t u r ei s3 0 t h eb i o - f l o c c u l a n t sp r o d u c e db ym i x i n gs t r a i n su s i n gf b o dp r o c e s s i n gw a s t e w a t e r s h o w e dr e d u c ev a l u e so ft u r b i d i t y , c h r o m aa n dc o dt op a p e rw a s t e w a t e r , w i n e d i s t i l l e r yw a s t e w a t e r ，a c t i v a t e ds l u d g e ，a n ds oo n t h ed a t ai n d i c a t e dt h a tf o o dp r o c e s s i n gw a s t e w a t e rc a nb eu s e dt oc u l t u r ef l o c c u l a n t s p r o d u c i n gs t r a i n sa n dr e d u c et h ep r o d u c t i o nc o s lt h es t u d yr e s u l t sa r ev e r yw e i g h t i l y b a s i cd a t af o rp r o d u c i n gb i o - f l o c c u l a n t si no r g a n i cw a s t e w a t e r , a n db u i l daf o u n d a t i o n f o ra p p l i c a t i o na n df u r t h e rs t u d yo ft h i sm e t h o d k e y w o r d s ：m i c r o b i a lf l o c c u l a n t ，m i x e df l o c c u l a n t - p r o d u c i n gs t a i n 。f o o dp r o c e s s i n g w a s t e w a t e r ，o p t i m u mc u l t u r ec o n d i t i o n i v 环境预测及对策研究分析，我国2 0 0 0 年工业废水达6 0 1 亿吨，总污水量达 7 9 0 亿吨“1 。因此大量的生活饮用水和工业用水必须经过净化才可使用，城市 污水和工业废水必须经过治理才可排放。在生活污水和各种工业废水中，常含 有不同种类和数量的悬浮体和胶体。如采矿废水中含有大量无机矿物质悬浮 体；炼焦煤气废水含有焦油及悬浮体；机械加工废水中含有油脂及大量固体悬 浮物；而造纸、制糖、染料行业和生活污水中则含有大量的有机微粒。这些悬 浮物，胶体等，其大小在1 0 一1 0 3 m 的范围内。由于这些微粒不是以分子状 态分散到介质水中，所形成的体系具有很大界面，属热力学不稳定体系。但这 些颗粒自动凝聚成大颗粒并从分散介质中沉淀出来的速度却很慢，原因之一就 是水体中的悬浮体及胶体表面大多带有同性电荷，颗粒间出于同性电荷的相斥 而分散稳定，不互相聚集圆。 对于上述各类废水的处理，一般都要先使这些胶体和悬浮体脱稳，进而 凝聚、絮凝成大颗粒而沉淀出来。这是给水与废水处理中广泛应用的方法。在 给水处理中，凡地表水源的水厂，絮凝方法几乎是不可缺少的处理方法之一。 在污水处理中，根据污水种类和性质，可在任一处理阶段，与其他处理方法配 合使用。在一些工业废水的二级处理中，也经常采用絮凝处理方法。絮凝处理 方法主要是去除水体中的胶体和悬浮体，包括无机物和有机物，从表观而言就 是浊度、色度等指标。同时也能部分地去除一些溶解性的杂质。实践证明，在 污水的二级处理中，采用絮凝处理方法除磷是一种有效而经济的方法。此外， 絮凝处理过程还可改善污泥的脱水性能脚。 众所周加，絮凝过程就是向各待处理水体中加入一定的絮凝剂，使水体中 胶体体系在所加絮凝剂作用下，相互接触、碰撞脱稳凝集成一定粒径的聚积体， 脱稳的聚积体由于进一步碰幢、化学黏结、网捕卷扫、共同沉淀等作用而聚积 成絮状体，最终借助重力作用而沉淀以达到固液分离的目的m 。因此，在絮凝 处理过程中，絮凝剂的种类、性质、品种的好坏是关系到絮凝处理效果的关键 因素。有了性能优良的絮凝剂，通过控制合适的加药量及混合方法，加之后续 四川大学硕士学位论文 四川大学硕士学位论文 0 5 m g l 时可是鲑鱼致死，且由于铝盐絮凝法产生的污泥广泛应用于农业，导 致土壤中铝含量升高，植物出现铝害，从而影响植物正常生长，甚至死亡，并 伴随这些农作物进入食物链亦影响到人体健康。临床上铝中毒主要表现为铝性 脑病、铝性骨病和铝性贫血等。老年型痴呆症即是铝性脑病的一种，产生这种 病症主要是因为处理水中a l 3 + 浓度过高所致。铁系絮凝剂中的铁盐对人体健康 和生态环境有不利影响，铁盐的腐蚀性较强，在无机絮凝剂中，铁盐和铝盐对 设备都有腐蚀作用，但铝盐絮凝剂一般比铁盐絮凝剂的p h 值高出2 3 ，所以铁 盐的腐蚀性比铝盐强。亚铁盐存在返黄和变黑问题，f e “处理有机物含量高、 色度高的原水，能与水中的腐植酸等作用生成难以絮凝沉降的腐植酸铁等有机 铁化合物，使水变成“黑水”，所以国外已禁止使用亚铁盐净水剂，同时铁盐不 宜处理含硫废水和某些工业给水，在含硫废水中，f e ”能与硫化物生成硫化铁和 硫化亚铁胶体混和物，很难产生絮凝沉淀，对于食品、酿造、纺织、造纸等工 业给水，因水中的铁会直接影响产品的色、味等质量，故也不宜用铁盐作絮凝 剂。 1 1 2 有机高分子絮凝剂 有机高分子絮凝剂同无机高分子絮凝剂相比，具有用量少、絮凝速度快， 受共存盐类、p h 值及温度影响小，生成污泥量少，且易处理等优点。目前使 用的有机高分子絮凝剂主要有人工合成和天然改造两种类型哪。 人工合成有机高分子絮凝剂多为聚丙烯、聚乙烯物质，如聚丙烯酰胺、 聚乙烯亚胺等这些絮凝剂都是水溶性的线性高分子物质，每个大分子由许多 包含带电基团的重复单元组成，因而也称为聚电解质。 我国当前使用较多的是聚丙烯酰胺，为非离子型高聚物，常与铁盐、铝 盐合用。利用铁盐、铝盐对胶体颗粒的电性中和作用和高分子絮凝剂优异的絮 凝功能，从而得到满意的处理效果。聚丙烯酰胺在使用中具有用量少，凝聚速 度快，絮凝体大而强韧的特点。我国目前生产的人工合成有机高分子絮凝剂中 8 0 是这种产品。 天然有机高分子絮凝剂原料来源丰富，价格低廉，选择性大，投药量小， 絮凝速度快，不受共存盐类、p h 值和温度变化的影响，污泥量少，且安全无 毒，可以完全生物降解，容易处理。无二次污染，2 0 世纪7 0 年代以后，它的 3 四川大学硕士学位论文 研究开发备受关注。经过二十多年的发展，已经出现了大量性能、用途不同的 天然高分子絮凝剂，如淀粉类、壳聚糖类、木质素类、植物胶类、蛋白质类、 藻类等“。经改性后的天然高分子絮凝剂与合成有机高分子絮凝剂相比，具 有选择性强、无毒、价廉等优点。在许多天然改性高分子絮凝剂中，淀粉改性 絮凝剂的研制，尤为引入注目。这是因为淀粉来源广、价格便宜、且产品完全 可以生物阵解，在自然界中形成良性循环。但由于它的絮凝活性较弱，限制了 其广泛的开发应用。 合成有机高分子絮凝剂虽然被广泛地应用于水处理中，但因合成这些聚 合物的单体具有强烈的神经毒性，而且还有很强的致癌性嘲。因此在环保意识 日益增强的今天，愈来愈多的研究者注意到天然改性高分子絮凝剂在应用上的 低毒、易生物降解、原料来源广、价格较低等特点，其主要方法是将天然淀粉、 纤维素、植物胶等经过醚化、酯化、磺化、交联接技等反应制得淀粉类、纤维 四川大学硕士学位论文 的新型水处理剂。在强调环保的今天，生物絮凝剂具有其他絮凝剂无法比拟的 优点。 1 2 生物絮凝剂产生菌种类及来源 1 8 9 6 年，l o u i sp a s t e u r 最早发现了酵母菌( l e v u r ec a s s e e u s e ) 的“絮 凝作用” z s o 这种。絮凝作用”是指细胞的凝集现象。当时，这种。絮凝” 主要用于从培养液中分离出微生物。后来的研究发现，用絮凝化酵母代替非絮 凝化酵母，可获得教好质量的啤酒“”。1 9 3 5 年，b u t t e r f i e l d 从活性污泥中分 离出第一株絮凝剂产生菌，该菌的培养液有一定的絮凝能力7 1 。1 9 7 1 年，z a j i c 和k n e t t i n g 从煤油中分离出一株棒状杆菌，该菌可产生对水泥有絮凝作用的多 聚物o ”。1 9 7 6 年，j n a k a m u r a 等人对能产生絮凝效果的微生物进行了研究。他 们从霉菌，细菌，放线菌，酵母菌等2 1 4 种菌株中，筛选出1 9 种具有絮凝能力 的微生物，其中霉菌8 种，细菌5 种，放线菌5 种，酵母菌1 种，且发现以酱油 曲霉( a s o j a e ) 产生的絮凝剂a j 7 0 0 2 对面包酵母絮凝效果最好“”。1 9 8 5 年， h t a k a g i 等研究了拟青霉素( p a e c i l o m y c e ss p i 1 ) 微生物产生的絮凝剂 p f l 0 1 。这种m b f 的分子量约为3 0 万，主要成分是半乳糖胺p f i o i 对枯草杆菌， 大肠杆菌，啤酒酵母，红血细胞，活性污泥，纤维素粉，活性炭，氧化铝等均 有良好的絮凝效果叫1 9 8 6 年，r k u r a n e 等研究活性污泥法处理酞酚酯废水时 发现了红平红球菌( r k e r y t h r o p o l i s ) ，该菌在日本旱田土壤中很常见。当废 水和活性污泥存在红平红球菌时，不但去除酞酚酯的效率高，而且处理液透明， 污泥沉降性良好。他们利用该菌研制出的絮凝剂n o c - 1 ，用于畜产废水处理， 膨胀污泥的沉降，瓦厂废水处理，纸浆废水及颜料废水等有色废水的脱色时效 果显著刚。美国，日本，英国，法国，德国，前苏联，芬兰，葡萄牙，以色列， 韩国都对船f 进行了研究，并取得了一些初步的研究效果踟。 能产生生物絮凝剂的微生物种类很多，见表1 1 。从表1 可以看出，报道 较多的有芽孢杆菌、假单胞菌、曲霉、诺卡氏菌、酵母等菌属。 5 四川大学硕士学位论文 表1 1 一些能产生生物絮凝剂的微生物 微生物絮凝剂产生菌名称微生物絮凝剂产生菌名称 a c i n e t o b a c t e rs p 不动杆菌属 z o o g l o e ar a m i g e r a 生枝动胶菌 a e r o m o n a s s p 气单胞菌属 m y c o b a c t e r i u mp h l e i 草分枝杆菌 a g r o b a c t e r i u ms p 土壤杆菌属n o c a r d i aa m a r a e 苦味诺卡氏菌 a l c a l ig e n e sc u p i d u s 协腹产碱杆菌 n o c a r d i ac a l c a r c a 石灰壤诺卡氏菌 a l c a l ig e n e s f a e c a l i s 粪产碱杆菌 n o c a r d i ar e s t r i c a 椿象虫诺卡氏菌 a l c a l ig e n e sl a t u s 广泛产碱菌 n o c a r d i ar h o d n i i 红色诺卡氏菌 a r t h r o b a c t e r s p 节杆菌属 n o c a r d i as p 诺卡氏菌属 a z m o n a s s p 氮单胞菌属 s t r e p t o m y c e sg r i s e u s 灰色链霉菌 b a c i l l u sc o a g u l a n s 凝结芽孢杆菌 s t r e p t o m y c e sv i n a c e u s 酒红色链霉菌 b a c i l l u sl i c h e n i f o r m , s 地衣芽孢杆菌 a s p e r g i l l u ss p 曲霉属 b a c i l l u sm e g a t e r i u m 巨大芽孢杆菌 a s p e r g i l l u s f u m l g a t u s 烟曲霉 b a c i l l u sm u c i l g n o n s 硅酸盐芽孢杆菌 a s p e r g i u u so c h r a c e u s 棕曲霉 b a c i l l u ss p 芽孢杆菌属 a s p e r g i l l u sp a r a s i t i c u s 寄生曲霉 b a c i l l u ss u b t i l i s 枯草芽孢杆菌 a s p e r g i l l u ss o ja e 酱油曲霉 b r e v i b a c t e r i u mi n s e c f i p h i l u m 嗜虫短杆菌 a s p e r g i l l u sv e s i c o l o r 杂色曲霉 c i t r o b a c t e r s p 柠檬酸杆菌属 au r e o b a s i d i u m p u l l u l a n s 出芽短梗霉 c o r y n e b a c t e r i u mg l u t a m i c u m 谷氨酸棒杆菌 c i r c i n e l l as y d o w i聚多卷霉 c o r y n e b a c t e r i u mh y d r o c a r b o n a c a l a s t u s 解 e u p e n i c i l l i u mc r u s t a c e u s 皮壳正青霉 烃棒状杆菌 d e m a t i n u m s p 暗色孢属g e o t d c h u mc a n d i d u m白地霉 e n t e r o b a c t e rs p 肠杆菌属 h a n s e n u l aa n o m a 缸 异常汉逊酵母 e n t e r o b a c t e r a e r o g e n e s 产气肠杆菌 m o n a s c u sa n k a 赤红曲霉 e s c h e r i c h i ac o i l 大肠杆菌 p a e c i l o m y c e ss p 拟青霉属 f l a v o b a c t e r i u ms p 黄杆菌属 p e n i c i l l i u mc y c l o p i u m 园弧青霉 k l e b i e l l ap l a n t l c o l a 植生克雷伯氏菌 p e n i c i l l i u m p u r p u r o g e n u m 产紫青霉 l a c t o b a c i l l u s s p 乳酸杆菌属 s a c c h a r o m y c e s c e r e v l s i a e 酿酒酵母 m e t h y l o b a c t e r i u mr h o d e s i a n u n m 罗得西亚 s c h i z o s a c c h a r o m y c e s p o m b e 栗酒裂殖酵母 甲基杆菌 o e r s k w v i as p 厄氏菌属 s o r d a r i a f u m i c o l a 粪生粪壳 p s e u d o m o n a s s p 假单胞菌属 w h i t er o t f u n g i 白腐真菌 p s e u d o m o n a h a e r u g i n o s a 铜绿假单胞菌 a n a b a e n o p s i sc i r c u l a r i s 环圈项圈蓝细菌 p s e u d o m o n a sa l c a ug r n e s产碱假单胞菌c a l o t h r i xd e s e r t i c a沙漠眉藻 p s e u d o m o n a s s t u t z e r i施氏假单胞菌 s t a p h y l o c o c c u sa u r e u s 金黄色葡萄球菌 r h o d o c o c c u se r y t h r o p o l i s 红平红球菌 s p o r o l a c t o b a c i l l u ss p 芽孢乳杆菌属 6 四川大学硕士学位论文 1 3 微生物絮凝剂的种类及化学组成 1 3 1 微生物絮凝剂的种类 微生物絮凝剂包括直接利用微生物细胞的絮凝剂和微生物细胞代谢产生 的絮凝剂。微生物细胞如酵母细胞壁的葡聚糖，甘露聚糖，蛋白质和n 一乙酰 葡萄糖胺等成分均可作为絮凝剂。丝状真菌细胞壁多糖除葡聚糖，甘露聚糖外， 还有几丁质。几丁质是n 一乙酰- d - 氨基葡萄糖以1 3 - 1 ，4 - 糖苷键连成的不分支 的链状结构，它经过碱水解可产生带正电性的脱乙酰几丁质( 壳聚糖) 。壳聚 糖含有活性氨基和羟基，对许多微生物菌体及其他带负电的粒子有较强的絮凝 能力，因而近年来在环保中备受青睐嗌1 利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂是 指微生物细胞分泌到细胞外的代谢产物，主要是细菌的荚膜和粘液质，除水分 外，其余主要成分为多糖及少量的多肽，蛋白质，脂类及其复合物，其中多 糖在某种程度上可作为絮凝剂。 1 3 2 微生物絮凝剂的组成和结构 近年来，研究者借助各种技术和手段对多种絮凝剂的组成和结构进行了 分析，结果如表1 2 所列。 7 四川大学硕士学位论文 表1 2 生物絮凝剂的组成 絮凝剂产生菌 絮凝剂 组成 名 a s p e r g i l l u s分子量在3 0 万到1 百万之问由半乳糖胺残基 p a r a m t i c u s a h u7 1 6 5 以a 一1 ，4 糖苷键相连的直链大分子。含量为 5 5 到6 5 氮未取代的半乳糖胺残基随机分布 于多糖链上 p a c e c i o m y c e ss p p f 一1 0 1 分子量为3 0 万。由半乳糖胺形成的多糖含8 5 半乳糖胺，2 3 乙酰基和5 7 甲酰基。还含 有氮未取代的半乳糖胺，大部分以a - - 1 ，4 链相 连 a s p e r g i l u s ，s o j u e 分子量大于2 0 万。含2 0 9 的半乳糖胺。0 3 , u 7 0 0 2的葡糖胺和3 5 3 的2 2 酮葡糖酸，2 7 5 的蛋白 质。其中，半乳糖胺和葡糖胺均非乙酰化。 a c a i g e n e s a l 一2 0 1 分子量超过2 百万。是一种多聚糖絮凝剂。含4 2 c u p i c u s5 的葡萄稽。3 6 3 8 的半乳糖，8 5 2 的葡糖 k j 2 0 1 醛酸和1 0 3 的乙酸。 r 2 3m i x e dm i c r o b e s a p r 一3 分子量超过2 百万是由葡萄糖，半乳糖，琥珀酸 和丙酮酸( 摩尔比为5 6 ：1 ：0 6 ：2 5 ) 组成 的酸性多糖 r h o d o c o c c u s 由多酞和脂质组成。 e r y t h r o p o u s $ 2 1 n o c a r d i a s f u e 舷f i x 由三种以上物质组成的混合物。其中主要组分可 能是多酞。其组分之一含有2 5 6 的甘氨酸，1 3 8 的丙胺酸和1 2 3 的丝氨酸 l r c u a d e n d r o ns p 定性分析表明其上可能含有氨基己糖，糖醛酸， l s 2 4 9 中性糖和蛋白质。 1 4 微生物絮凝剂的合成周期及影响因素 1 4 1 微生物絮凝剂的合成周期 生物絮凝剂的合成与其代谢活动有关。有的研究者认为，微生物停止代 谢之后或由于自身的分解才能释放絮凝剂，形成絮体。例如f l a v o b a c t e r i u m s p 只在对数生长期和静止期才出现絮凝活性。c o r y n r e b a c t a r i u ms p 菌经过3 d 培养后在静止期才开始出现絮凝活性，之后絮凝活性保持不变“”。 a s p e r g i l u ss p 在培养对数期初期就表现出絮凝活性“”。稳定期达到最 四川大学硕士学位论文 大值，之后随着培养时间的延长，絮凝活性下降。p d j o d o c o c c u se r y t h o p o l i s 对数生长期的早期和中期，随着细胞的增长，同时产生絮凝物质，到了静止期， 不再产生新絮凝物质。 对a c a l i g e n e sl a t u s d e 的研究表明“，絮凝剂最大产生量是在对数生 长期的中后期，在静止期后期，絮凝活性迅速下降，其原因可能是因为解絮凝 酶的存在所致。 因此，最好是在絮凝剂产生菌在对数生长期后期或静止初期收获生物絮 凝剂，此后，絮凝活性即使不下降也不会再提高。 1 4 2 微生物絮凝剂合成的条件 微生物絮凝剂的合成除与菌种有关外，还与絮凝剂产生菌的培养条件有 关。影响微生物絮凝剂形成的因素很多，如培养基的组成、初始p h 、通气状 况及培养温度等。 培养基组成包括合适的碳源、氮源以及其它生长因子，而从微生物絮凝 剂产出的培养条件的研究结果可以看出，碳源与絮凝剂的产生有较大的关系。 如在尼e r y t h r o p o l i s 的培养中，用0 5 葡萄糖和0 5 的蔗糖为碳源时， 絮凝剂的产量要高于用l 的蔗糖和8 的废糖浆为碳源时的产量嘲。同时也 有人发现，对生长最合适的碳源并不一定就是对絮凝剂的分泌最有利的碳源。 如用橄榄油为碳源培养尼e r y t h r o p o l i s 时，虽然细菌的生长较快，但是絮凝 剂的产量却不高洲也应注意的是培养过程中如加入过量的碳源也会抑制絮凝 物质的形成。对于氮源，以尿素和硫酸铵培养时产絮凝剂的效果最佳嘲，采用 氯化铵和硝酸铵也可刺激生长，但絮凝剂的产量不如尿素和硫酸铵的高仅为其 的6 0 7 0 。在培养基中加入微量生长因子，如蛋白胨、酵母膏、氨基酸等 可以促进絮凝剂的产生脚。 培养基初始p h 值可影响絮凝剂产生菌的生长和絮凝剂的分泌，因此调节 好初始p h 值使其生长环境的p h 值保持在某一最适范围，这时微生物生长迅速， 分泌絮凝剂旺盛如张平例等人从活性污泥中分离筛选到的一株高效絮凝剂产 生菌一大肠杆菌，其在初始p h 值为6 0 7 0 时对高岭土悬浊液的絮凝率可达 9 9 5 。邓述波啪1 等从霉菌中筛选出一株寄生曲霉，初始p h 为3 0 ，对高岭 土也具有很强的絮凝性。罗平等人口1 从重庆城南污水厂的回流污泥中筛选得到 9 四川大学硕士学位论文 一株具有稳定絮凝活性的菌株r l 一2 ，培养基初始p h 值为8 o 时对高岭土悬浊 液的絮凝率达9 8 1 ，并且其对多种实际废水都有明显的净化效果。湛雪辉 等筛选出菌株x h 一1 ，最适p h 6 5 7 5 ，此时微生物絮凝剂对高岭土的絮凝率 近8 6 。郑耀通等从污泥和污水中筛选到l 株活性较高的絮凝剂产生菌为 放线菌，其在以蔗糖为碳源、硝酸钠为氮源的培养条件下产絮凝活性最高且适 应较大的p h 范围。 培养温度对微生物絮凝剂的产生也有较明显的影响，温度太低会使生 长速度变慢，温度过高，则使菌体产生絮凝剂的活性或产量降低。不同的絮凝 四川大学硕士学位论文 电中和絮凝机理认为，污水中胶体粒子的表面一般带有负电荷，当带有一 定正电荷的链状生物大分子絮凝剂或其水解产物靠近胶粒表面或被吸附到胶 粒表面上时，将会中和胶粒表面上的一部分负电荷，减少静电斥力，从而使胶粒 间能发生碰撞而凝聚，重力作用而沉降下来 化学反应机理认为生物大分子中某些活性基团与被絮凝物质相应基团反 应，进而聚集成较大的分子而沉淀下来通过对生物大分子进行改性处理，使 其添加或丧失某些活性基团，即活性基团决定了絮凝剂的活性 卷扫作用机理认为，当微生物絮凝剂的投加量一定且形成小颗粒絮体时， 可以在重力作用下，迅速网捕，卷扫水中一些胶粒，从而产生沉淀从微生物絮 凝剂的多样性出发，它的絮凝机理不应该是单一的，而应是复合的为了更好 地解释机理，需要对特定絮凝剂和胶体颗粒的组成、结构、电荷、构像及各种 反应条件对它们的影响进行更深入的探讨。 1 6 微生物絮凝剂的应用 生物絮凝剂处理的对象较广，包括活性污泥、粉煤灰、墨水、泥水、饮 用水、河底沉积物、高岭土、粪尿水、印染废水、果汁、细菌、酵母菌以及各 种生产废水等。如已研制成的生物絮凝n o c - 1 是以红平红球菌为主体，在 c a 2 + 存在下，对大肠杆菌、酵母、泥浆水、河底沉积物、粉煤灰、活性炭粉末， 畜产废水、膨胀污泥、瓦厂废水、纸浆废水、染料废水有极好的絮凝和脱色效 果，该产品已商品化。生物絮凝剂对悬浊液( 如果汁、血细胞悬液、菌悬液， 泥水浆等) 絮凝速度快、用量少、效果好，对胶体( 如碳素墨水) 、溶液( 如 多种染液) 均有较好的絮凝效果，对富含有机质的屠宰废水和血水也有较好的 絮凝、去色效果，而其他絮凝剂由于各自的特点而在某些应用领域的应用受到 限制。 江苏微生物研究所的陆茂林从土壤和污泥中筛选出两株絮凝活性较高的 卡氏菌，并对其适宜培养基，培养时间和培养液p h 变化与絮凝活性之间的关 系进行了研究m 。中国科学院成都生物研究所的李智良用常规细菌分离纯化方 法从废水，土壤，活性污泥中分离筛选得到6 株絮凝剂产生菌，用其发酵液离 心后的上清液对造纸黑液，皮革废水，硫化燃料废水，电镀废水，彩印制版废 水。石油化工废水。造币废水及篮墨水等进行絮凝实验，结果表明废水固液分 四川大学硕士学位论文 离效果良好，c o d 去除率在5 5 - 9 8 ，悬浮物，色度，浊度去除率均在9 0 以 上m 。南开大学环境科学系的庄源益从天津市区和郊区土壤中分离得到的多株 菌株中筛选出6 株对印染水溶液有较好的絮凝脱色作用的菌株，利用其培养液 对有代表性的活性，酸性，酸性媒介和直接耐晒等染料水溶液进行了探索性的 絮凝实验。所选菌株培养液对直接深染料废水的脱色率可达9 0 以上，对直 接黑染料生产废水稀释液的脱色率为6 0 左右，但对其它染料脱色效果不明 显m 。大连理工大学环境科学与工程系的宫小燕从污水处理厂活性污泥中分离 筛选到1 株具有稳定絮凝性状的菌株，并对影响该菌所产m b f 的絮凝活性条件 进行了初步研究。上海大学环境科学系的黄民生在污水处理厂的回流污泥中 分离筛选出3 株絮凝荆产生菌。这些菌株的培养液对土壤悬液的浊度去除率达 9 9 ，对碱性染料废水c o d 去除率在7 0 左右，色度去除率在9 2 左右。东北 大学的邓述波等从土壤中分离筛选到一株能产生高效髓f 的芽孢杆菌a 均。絮 凝实验表明，用y i b fa 9 处理高岭土悬浮液，效果明显优于其它类船f ，且不 需要添加c a + 及a l ”等助凝剂，用量也仅为一般船f 用量的1 1 0 l 1 0 0 ，处 理含泥河水，硫化染料废水，淀粉厂黄浆废水时，悬浮物及c o d 的去除率明显 高于聚丙酰胺等传统的化学絮凝剂删。与无机或有机高分子絮凝相比，生物絮 凝具有许多独特的性质，可广泛应用于废水处理、饮料工业、生物制药等方面。 所以近些年生物絮凝剂来倍受到研究者极大关注，有逐步取代传统絮凝剂的趋 势。 1 7 生物絮凝剂存在的问题 目前所开发的大多数絮凝剂产生菌都是在实验室中以葡萄糖、果糖，蔗 糖、淀粉等作为有机碳源，以酵母浸膏、牛肉膏、蛋白胨等作为有机氮源，存 在着成本高的问题。因此目前人们对微生物絮凝剂的研究侧重于以廉价的替代 品或有机废水，作为絮凝剂产生菌的碳源和氮源以降低微生物絮凝剂的生产成 本。k u r a n e 通过研究发现培养基中增加1 的乙醇时，絮凝活性大大的提高。 另外，用豆饼、生产废水和牛血取代酵母浸膏后，培养基的价格下降了2 3 以上。而某些絮凝剂产生菌还能以天然或人工合成的高分子物质作为培养基， 如解烃棒杆菌( c o r y n e b a c t e r i u m h y d r o c a r b o d a s t u s ) 可以利用煤油生长并产 生絮凝剂，使膨胀污泥得到恢复。周旭岫研究了p s e u d o m o n a ss p g x 4 - - 1 可以 1 2 四川大学硕士学位论文 利用多种有机废水生产微生物絮凝剂并着重考察了该菌种在鱼粉废水培养基 中合成p s d l 絮凝剂的基本特性。徐斌等9 2 1 对p s e u d o m o n a ss pg x 4 一l 菌利用 鱼粉废水产生的絮凝剂，其对高岭土悬浊液、土壤悬浊液、活性炭悬浊液和电 瓷厂废水有很好的除浊性能，对生活污水、重油催化污水和针织染纱水等几种 研究废水亦有较好的除浊能力和c o d 去除能力。尹华、余莉萍酬等利用微生物 絮凝剂产生菌a z o t o b a c t e r j - - 2 5 在味精废水中发酵产生絮凝剂对石化废水处 理效果最好，c o d c r 、s s 及色度的去除率分别为6 6 7 ，9 8 3 ，9 3 7 。 1 8 生物絮凝剂的发展前景 微生物絮凝剂以其无二次污染，可降解等特点展示了广阔的应用前景。 国外已有微生物絮凝剂商品出售，但成本较高，我国的微生物絮凝剂尚处于试 验室阶段，与国际水平接轨还有一些差距删。要抵挡入世后国外絮凝剂对我国 絮凝剂业的冲击，我国必须尽快将船f 推广应用到实际中去，要实现微生物絮 凝剂的大规模推广，关键是要提高生产效率、降低成本、拓宽适用范围和使用 效率。可从以下几方面入手： ( 1 ) 从分子生物学的角度深入研究微生物絮凝剂的遗传基因，运用基因 工程和生物技术对微生物进行遗传学改造。定向选育出高絮凝活性、高降解能 力的工程菌。加快对微生物絮凝剂结构、作用机理及影响因素的分析进程， 掌握这些因素有利于我国研制开发出高效的惦f ，并且研究在实际应用中使 微生物絮凝剂处于最佳絮凝状态的条件，提高絮凝效果，如取代基羟基( 一 0 h ) ，羟基( 一c o o 哪和甲基( 一0 t 3 ) 能够提高生物可降解性等。在运用微 生物絮凝剂处理废水时，可用适当办法提高有机物质中有利于降解的基因的 含量，减少不利降解基因的含量，为我国的微生物絮凝剂产业化生产奠定坚实 的物质和理论基础。 ( 2 ) 寻找物美价廉的培养基。目前微生物絮凝剂的使用成本较高，主要 最受培养基的影响，如在n o c l 的培养基中，作为n 源的酵母浸膏价格较贵， 占生产成本的8 0 ，若用豆饼，水产废水和牛血代替酵母浸膏，培养基价格下降 6 5 以上，关键是实际操作时应因地制宜，找出最适合的而且低廉的培养基。 ( 3 ) 研究m b f 与其它絮凝剂的配合使用。配合使用可以互补。不仅可提 高絮凝效率，而且还可降低投加量，在使用其它絮凝剂时应尽量选用不会产生 1 3 四川i 大学硕士学位论文 二次污染物质，如不用或少用含铝的( 助) 絮凝剂等。采用廉价底物经过多株 菌混合发酵后制得复合型微生物絮凝剂也是微生物絮凝剂的一个发展方向 【5 司 o ( 4 ) 从实际生产中的应用来看，要加紧研发高效反应器，优化运行条件、 探索新工艺新方法。另外微生物絮凝剂的代谢州和机制方面的研究州也不失 为提高产量并有效降低生产成本的一条捷径。 ( 5 ) 在选育有絮凝性状菌株时可以结合并利用现有微生物的其它有力 条件，如江南大学的陈燕嘲1 研究了可部分降解煤油烃的南极假丝酵母 ( ，c a n d i d aa n t a r c t i c a ) j w s h 一11 2 ，如果该菌种也有自絮凝特性，相信 其处理废液的能力肯定能大大加强。 ( 6 ) 目前在水处理领域多倾向于用生物法处理，如序批式活性污泥法 (