（环境科学专业论文）微生物絮凝剂对几种废水的测试及其机理的研究.pdf

通过对微生物絮凝剂的絮凝机理的研究，表明样品成分中含大量 糖类物质，絮凝剂主要成分中不含蛋白质和核酸。通过e d t a 、h c l 和尿素处理絮凝沉淀的现象，可以推理絮凝剂与高岭土颗粒之间的结 合是靠氢键。通过对紫外和红外两个图谱的分析，可以得知该絮凝提 取物中主要含有多糖类物质，不含蛋白质和核酸。微生物絮凝剂组分 中含有羧基，为阴离子絮凝剂。通过电位仪对絮凝过程中絮凝剂用量 与电位的测试，再一次可以推理是絮凝剂和高岭土之间形成了氢键。 对微生物固定化处理水样做了初步研究，实验选用了聚乙烯醇 ( p v a ) 和硼酸溶液的反应制作固定化小球，又选取了色度很大的印 染废水进行了絮凝实验。通过菌株鉴定，并且参阅伯杰细菌鉴定手 册，得知实验所用的菌株为粪产碱杆菌。 关键词：絮凝剂，水处理，固定化，絮凝机理，菌株鉴定 i i m i c r o o r g a n i s mf l o c c u l a n tu s e di ns e v e r a l k i n d so fw a s t e w a t e rt e s t sa n di t sm e c h a n i s m i 之e s e a r c h a bs t r u c t 2 9 lk l e i ts o l u t i o nw a su s e da sm i c r o o r g a n i s mf l o c c u l a n t f l o c c u l a t i o no b j e c t i tw a sd e t e r m i n e das e r i e so ff l o c c u l a t i o nc o n d i t i o n s a n dt h ef l o c c u l a n tn a t u r e ，a sw e l la si t sp r o c e s s i n ge f f e c t t h ef l o c c u l a t i o n c o n d i t i o n so ft e m p e r a t u r e 、p h 、t h eb e s t t h r o w i n g i n c r e m e n t o f c o a g u l a n ta i d sa n dt h eb e s tt h r o w i n gi n c r e m e n to ft h em i c r o o r g a n i s m f l o c c u l a n tw e r e s t u d i e d t h r o u g h t h e e x p e r i m e n t ，i tw a sf i n a l l y d e t e r m i n e dt h a tw h e np hw a s9 8 ，t h ee f f e c to fp r o c e s s i n gt h ek l e i t s o l u t i o nw a st h eb e s t i n a d d i t i o n ，t h ee f f e c to ft e m p e r a t u r eo n f l o c c u l a t i o nw a sn o to b v i o u s s i m u l t a n e o u s l ys o m er e s u l t sw e r es h o w e d t h a tt h eb e s ti n c r e m e n to fc o a g u l a n ta i d s ( c a c l 2 ) w a s12 5 m l lw a t e r ； t h eb e s ti n c r e m e n to ft h em i c r o o r g a n i s mf l o c c u l a n tw a s1 2 5 m l lw a t e r ； t h ef l o c c u l a t i o nr a t ec o u l d r e a c h9 0 1 t h ef l o c c u l a t i o no ft h e a c t u a li n d u s t r i a lw a s t ew a t e ra n dt h e f i v e rw a t e rw e r et e s t e d t h er i v e rw a t e rw a st a k e nf r o mt h es h a n g h a i i i i w u n i n gr o a dc r o s s s e c t i o na n dp u h u it a n gs o n g ji a n ga r e a b yu s i n g f l o c c u l a n t ，t h ec o de l i m i n a t i n gr a t eo ft h ew a t e rs a m p l eo fs u z h o ur i v e r r e a c h e d4 5 1 ，t h er a t eo fp u h u it a n g sw a t e rs a m p l er e a c h e d5 7 8 t h ee li m i n a t i n gr a t eo fn h 3 一no fs u z h o ur i v e r sw a t e rs a m p l er e a c h e d 9 2 2 p u h u it a n g sr a t er e a c h e d7 3 3 i n d u s t r i a lw a s t ew a t e ri n c l u d e p r i n t i n gw a s t e w a t e r ，w h i c hw a sp r o v i d e db yt h ec h e m i c a li n s t i t u t e ，a n d t h es t a r c hw a s t ew a t e r ，w h i c hw a sp r o v i d e db yt h es h a n g h a il v y u a n s t a r c hf a c t o r y b o t ho ft h ec h r o m a t i c i t ya n dt h et u r b i d i t yo ft h ep r i n t i n g w a s t e w a t e rw e r ev e r yh i g h ，a n dt h ec o do ft h ep r i n t i n gw a s t e w a t e rw a s 13 4 5 6m g l ，s ot h ew a t e rs a m p l ed i l u t e d10t i m e sw a su s e di nt h i s e x p e r i m e n t t h r o u g hc h a n g i n gp r o c e s s i n gc o n d i t i o n s ，c o de l i m i n a t i n g r a t ec a nr e a c h51 1 i tw a sa l s od e t e r m i n e dt h a tt h eb e s ti n c r e m e n to f 1 c a c l 2a n dm i c r o o r g a n i s mf l o c c u l a n tw e r e0 7 5 m la n d0 2 5 m lp e r 2 0 m l p r i n t i n gw a s t e w a t e rr e s p e c t i v e l y t h r o u g hs t u d y i n gt h ef l o c c u l a t i o nm e c h a n i s m ，t h ee x p e r i m e n t i n d i c a t e dt h a tt h ef l o c c u l a n tc o n t a i n e dm a s s i v ec a r b o h y d r a t e i td i d n t c o n t a i nt h ep r o t e i na n dn u c l e i ca c i d t h r o u g hp r o c e s s i n gf l o c c u l a n t s e d i m e n tw i t he d t a 、h c la n du r e a ，i tw a si n f e r e dt h a tt h eu n i o no f f l o c c u l a n ta n dt h ek l e i tp e l l e td e p e n d e do nh y d r o g e nb o n d t h eu l t r a v i o l e t a n di n f r a r e dt w o a t l a ss h o w e dt h a tt h ef l o c c u l a t i o n e x t r a c t i o nm a i n l y c o n t a i n e dp o l y s a c c h a r i d e s ，b u td i dn o tc o n t a i nt h ep r o t e i na n dn u c l e i c a c i d t h ef l o c c u l a n tc o m p o n e n ti n c l u d e dc a r b o x y lg r o u p ，w h i c hw a s i v a n i o nf l o c c u l a n t t h ep o t e n t i o m e t e rt e s tb e t w e e ne l e c t r i cp o t e n t i a la n dt h e a m o u mo ff l o c c u l a n ti nf l o c c u l a t i o n p r o c e s sa l s o i n f e r e dt h a tt h e h y d r o g e nb o n dh a sb e e nf o r m e db e t w e e nt h ef l o c c u l a n ta n dt h ek l e i t p e l l e t t h em i c r o o r g a n i s mi m m o b i l i z a t i o np r o c e s s i n gw a t e r s a m p l ew a s p r e l i m i n a r i l ys t u d i e d p v a ( 17 5 0 ) a n db o r i ca c i ds o l u t i o nw e r es e l e c t e dt o m a n u f a c t u r ei m m o b i l i z a t i o np e l l e ti nt h e e x p e r i m e n t i tw a ss e l e c t e d p r i n t i n gw a s t e w a t e rw i t hh i g hc h r o m a t i c i t y l e v e la s s a m p l eo ft h e f l o c c u l a t i o n t e s t f i n a l l y , b y 16 sr d n ag e n e s e q u e n c e a n dt h e h a n d b o o kb e r g e ri d e n t i f i c a t i o no fb a c t e r i a ”，t h es t r a i n su s e di n t h i s e x p e r i m e n tc o u l d b ec o g n i z e dal c a l i g e n e s f a e c a l i s h a n z h i x i n ( e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o rz h a o x i a o x i a n g k e yw o r d s ：f l o c c u l a n t ，w a t e rt r e a t m e n t ，i m m o b i l i z a t i o n ，f l o c c u l a t i o n m e c h a n i s m ，i d e n t i f i c a t i o no fm i c r o o r g a n i s m s v 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：毒畚恕瓤 日期： 砂0 7 年月2 t 日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 f 不保密曰。 学位论文作者签名：车春荛新 e t 期：z 0 0 7 年f 月7 1 - h 指导教师签名：艺a 勤彰夸 日期：研年f 肛彭日 第章前言 第一章前言 我国是一个水资源短缺的国家，淡水资源总量为2 8 0 0 0 亿立方米，人均只有 2 3 0 0 立方米，扣除难以利用的洪水径流和散布在偏远地区的地下水资源后，实 际可利用的淡水资源量仅为l1 0 0 0 亿立方米左右，人均可利用的水资源量约为 9 0 0 立方米。我国f i 但水资源缺乏，而且水资源还存在着严重的污染。废水来源 很多，如工业废水、城镇生活污水、农业径流、城市径流和雨水( 如酸雨) 等【l 】。 根据全国水环境监测网2 0 0 1 年的水质监测资料和国家地面水环境质量标准 ( g b 3 8 3 8 8 8 ) 【2 】，对全国九大流域片的7 0 0 多条河流的水质进行了评价。在评价 的1 2 1 万公里河长中，i 类水占5 o ，l l 类水占2 7 6 ，1 1 1 类水占2 8 8 ，1 v 类 水占1 4 2 ，v 类水占7 8 ，劣v 类水占1 6 6 由于水体污染和水源危机是关系 到国计民生的重要问题，冈此，治理污水、保护水资源迫在眉睫。 水和废水的处理方法日前主要有生物处理、离子交换、吸附、化学氧化、 电渗析、超滤和絮凝沉淀等许多种。其中，应用最普遍、成本较低的处理方法是 絮凝沉淀法。 1 1 立题背景 生物絮凝是一个由活细胞合成细胞外聚合物的动态过程。生物絮；疑剂的物理 化学性质由生物体的基冈构成确定【3 。目前，土壤和具有活性的污泥被视为絮凝 剂产生细菌的最佧的来源。各种各样的絮凝剂，譬如无机絮凝剂( 氯化铝和硫酸 铝盐) ，有机絮凝剂( 聚丙烯酰胺，聚乙烯距胺等) 还有天然絮凝剂或生物絮凝剂 ( 明胶、聚壳糖瓜儿豆树脂、和微生物絮凝剂等) 广泛被应用在化学制品和矿物工 业领域，譬如自来水生产，废水处理，清疏，顺流处理，发酵和食品工业。虽然 化学絮；疑剂冈有效的絮凝活性和低成本被广泛使用，但它们有毒害神经和致癌的 单体，冈此它们的应用有一定局限“。近年来，为解决环境问题，人们寄望于微生 物絮凝剂的发展，冈为它们具有生物降解能力和无害性。 第章| j 言 1 1 1 絮凝剂的定义 凡是用来将水溶液中的溶质、胶体或悬浮物颗粒产生絮状沉淀的物质都叫做 絮凝剂旧1 。在水溶液中，使用两种或两种以上的物质称作复合絮凝剂。 1 1 2 絮凝剂的分类| 6 1 根据絮凝剂的组成，目前常用絮凝剂可分为无机盐类絮凝剂，聚合无机盐类 絮凝剂，无机高分子絮凝剂、有机高分子絮凝剂及生物絮凝剂。有机高分子絮凝 剂又可分为天然有机高分子絮凝剂和人t 合成有机高分子絮凝剂。天然有机高分 子絮凝剂分为淀粉类和壳聚糖类等，壳聚糖类絮凝剂奉身可以作为阳离子型絮凝 剂，同时可通过交联，醚化，希夫碱【7 】等反应进行改性，所以壳聚糖类絮凝剂有 很大的潜力。还有就足微生物絮凝剂，国外微生物絮凝剂的商业化生产始于9 0 年代，因其f i 存在二次污染，使用方便等特点，应用前景也相当好。 1 1 3 各种絮凝剂的优缺点比较 长期以来，给水和废水处理中使用的絮凝剂主要有两大类| 8 l ：以铝系和铁系 絮凝剂为代表的无机高分子类和以聚丙烯酞胺类絮凝剂为代表的合成有机高分 子絮凝剂。但它们在使用过程中的彳i 安全性和对环境造成的二次污染越来越受到 人们的关注。 据研究资料表明旧一引，铝盐絮凝剂具有一定的毒性，主要表现在四个方面： ( 1 ) 对水生生物的毒性效应，当水中铝含量高于0 2 - 0 5 m g l ，即可使鱿鱼致死； ( 2 ) 表现在对植物的毒性效应，由于铝盐絮凝产生的污泥在农业中的广泛使用， 导致土壤中铝含量升高，植物出现铝病害，从而影响植物生长，甚至死亡；( 3 ) 表现在对人的毒性效应，老年性痴呆就是铝性脑病的一种反映，根据研究资料表 明，老年性痴呆病与日俱增正是由于饮用水中含有较高浓度的铝，其经过很短的 时间就可大量积累于脑组织中而发病；( 4 ) 铝盐系絮凝剂还会对微生物产生毒性 效应，当铝的浓度大于2 5 m g l 时会对活性污泥产生毒性影响，并使整体对废水 的处理效果下降。 铁盐对金属有腐蚀作用，并且会造成处理水中带有颜色，而且高浓度的铁也 会对人体健康和生态环境造成4 i 利影响。自6 0 年代以来，人1 = 合成的有机高分 子絮凝荆在给水和废水处理及污泥调节中得到广泛应用，例如日前使用较多的是 第章| 前言 聚丙烯酞胺类絮凝剂。但是由于合成这些聚合物的单体具有强烈的神经毒性、致 畸变性，而且还是很强的致癌剂，所以国外对其使用分别做了一些规定：美国批 准使用的聚丙烯酞胺最大容许浓度为l m g l ：英国规定聚丙烯酞胺的投加剂量平 均f i 得超过0 5 m g l ，最大投加剂量f i 得超过l m g l ，从而大大限制了这些絮凝 剂的应用。相比之下，天然有机高分子絮凝剂主要优点是易于生物降解、无害、 无二次污染1 。如传统的天然有机絮凝剂，改性淀粉就用在一些禁止使用聚丙烯 酞胺类絮凝剂的场所。但天然有机高分子絮凝剂往往存在絮凝效率f i 尽如人意、 储存期较短、投加剂量大等问题，从而妨碍了其在实际应用的有效性。和传统化 学絮凝剂比较，生物絮凝剂更容易生物降解，同时具有无毒性，4 i 产生二次污染 的特点。因此，生物絮凝剂吏有潜力应用到水处理和废水处理。更可以延伸到食 品和发酵过程。生物絮凝剂甲在几年前已经被投入很多的研究了。许多产生絮凝 作用的细菌、真菌、酵母都从土壤或废水中分离出来了2 - 1 s 。到今天，已经有超 过6 0 种的产生微生物的生物絮凝剂被报道【1 6 】。 1 2 微生物絮凝剂的微观结构和电性 1 2 i 微生物絮凝剂的微观结构 已知的微生物絮凝剂的微观立体结构主要有以下两种： ( 1 ) 纤维状。k 丑z l l o 等( 1 9 9 0 ) 旧从n o c a d i aa m f l l 忽e 提取的絮凝剂的蛋白质 中含有7 5 的甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸，该絮凝剂可以形成丝绸一样的纤维，是 絮凝体形成过程中的颗粒间联结物。 ( 2 ) 球状。n a k a m u a r a ( 1 9 7 6 ) i s l 从酵母a s p e r g i i l u s s o j a e 中获得的絮凝剂有三 种成分：聚己糖胺、蛋白质与2 一葡糖酮酸。2 一葡糖酮酸的作用是维持絮凝剂成 球形，一旦丧失2 一葡糖酮酸后，絮凝剂的微观结构就发生变化，而且絮凝行为 模式也由非离子型絮凝剂的絮；疑模式转变为阳离子型絮凝剂的絮凝模式。 总之，微生物絮凝剂的微观立体结构由微生物絮凝剂化学成分所决定，其絮 凝模式与其微观形状密切相关。 1 2 2 微生物絮凝剂的电性 微生物絮凝剂本身所具有的基团，决定了其带电荷的性质。根据文献所述， 微生物絮凝剂所带电荷多为负电荷n 引。张永波等( 2 0 0 1 ) 憎0 1 的研究表明如出芽短 第一节前言 梗霉产生的微生物絮凝剂普鲁兰由于带羟基官能团而呈现负电性。但尹华等 ( 2 0 0 3 ) 他1 1 报道认为，微生物絮凝剂j m b f 一2 5 是两性高分子。 1 3 生物絮凝剂的制备及化学组成 1 3 1 生物絮凝剂的制备 1 3 1 1 微生物絮凝剂产生菌的种类 到目前发现的能够产生絮凝剂的微生物种类较多，细菌2 2 - 2 3 1 、放线菌 2 4 - 2 5 】、真 菌( 霉菌2 6 - 2 9 、酵母3 0 - 3 2 1 ) 和藻类都能够产生絮凝剂，主要分布于土壤、废水，活 性污泥及沉积物中。较常用的絮凝剂产生菌( 见表1 一1 ) 。 微生物絮凝荆有许多，其中最具代表性的为以下三个：n a k a m u r m 。用酱油曲霉 ( a s p e r g i l l u s s o j a e ) 生产的絮凝剂a j 7 0 0 2 ；t a k a g ih 用拟青霉属( p a e c i l o m y c e s s p i 1 ) 微生物生产的絮凝剂p f l 0 1 ；k u r a n e 等人利用红平红球菌研制成功微生物絮凝剂 n o c 1 。 表卜1 常用的絮凝剂产生菌 t a b l e l lt h ec o m m o n l yu s e df l o c c u l a n tm i c r o o r g a n i s m s ，| 蛐栩j 翻，0 k t 2 0 l眉憎一- 啊妯t p 憎陇r m p 珏z r _ 弗州诹_ 吣一 】7 0 i 抡 嘲一- d tp l e i t m - - p 曲l b a o m l w d t m a h f _ m a j 7 1 & t r 厦a m o ， o h 2 3 - - 1 嚣一3 。柚一i ， ，岫，静- _ 觚埘 j 7 3 0 0 配一1 7 1 - - i 2 4 2 - - 1 t - 胡“_ 岫“ j 7 s o i 2 5 一】翟潞一】。2 醴一 冉，一如f t _ _ - l 一 ji o 产 一4 哪，_ c 刊黑 “d 椭u 6 2 5 p 柙o - 啊“r 7 呷硼 j 2 毫 c ，- 曲t 却r - 蚺胁山 l i i m x p 簟“_ ，h - 删 j 2 帖 c 一，山脚- 一卞- d f 一3 岛一_ ，一- 柚 a j h ，m 南l - _ m 也日p 3 。岛，- 如口m w _ w a j i o $ b 瞄一，d - _ , e u , 一- a m 驰i 枷卵蛔，喇f v 糟o 盟 脚渊a - 耵5 5 0 舟付，妇呵口_ p 栅 舶0 5 2 “- 托衲- 诈f e 5 u 垤- - p 胡l - 墨嘲日- 懈，q 融”t 叩l - 3 王兰罂竺竺翟竺! ：氅 1 3 1 2 微生物絮凝剂的收获 只前大多数微生物絮凝剂的研究还处于试验窜试验阶段，还没有大规模t 业 化，因此，微生物絮凝剂的制备处于合成影响| 天l 素、合成阶段、提取纯化方法的 研究。 微生物絮凝剂的提取首先用过滤或离心的方法去除菌体，可视发酵液的组成 成分及絮凝物质的种类性质不同而采用乙醇、丙酮等沉淀，硫酸铵盐析获得1 3 引。 对结构复杂的絮凝剂的提取，则需要用有机溶剂，35 1 或酸、碱3 置3 6 1 反复溶解、沉 第章前言 淀以得到粗品。将提取到的絮凝剂粗品溶于水或缓冲溶液，通过离子交换、凝胶 色谱“8 | 纯化，透析去处小分子物质，真空干燥得到精品。 ( 1 ) 溶剂提取 3 7 3 8 用丙酮提取可以获得微生物絮凝剂的粗品。将细菌培养物过滤，取滤液，丙 酮以1 ：l 的比例提取，然后离心。取沉淀物用5 0 的丙酮洗涤，经冷冻干燥到絮凝 剂的粗品。粗品可以用于实验室的絮凝效能实验和工业用途。 ( 2 ) 碱提取【3 9 】 用氢氧化钠溶液从活性污泥中提取微生物絮凝剂的方法如下：将经驯化的活 性污泥静置，用水洗污泥二次。加入氢氧化钠溶液，慢速搅拌数小时。离心 取上清液，加乙醇，达到6 0 的浓度，4 c 冰箱中放置过夜。离心后去上清液，加 乙醇，离心后去上清液，力1 9 0 丙酮，离心后去上清液，加乙醚，离心后去上清 液。将沉积物溶于少量蒸馏水中，在2 3 天内透析数次。在5 0 下减压浓缩，并 冷冻干燥成粉状，得到精制絮凝剂。 ( 3 ) 凝胶电泳【1 8 1 将细菌培养物过滤，取滤液用6 m o l 1 的盐酸将p h 调到7 0 ，离心分离，取沉物 加o 5 m o l 1 的n a o h 溶解，再离心分离，取沉淀，用l ：l 的氯仿和甲醇混合液提取， 之后第三次离心，用0 1 m o l l 盐酸将沉淀溶解，再力f 1 6 m o l 1 的n a o h 溶液调p h 值到 7 0 ，第四次离心后，用乙酸盐缓冲液( o 0 1 m o l 1 ，p h 值为4 ) 溶解沉淀物。最后用 d e a e 琼脂糖凝胶柱( a 5 0 ) 色谱和琼脂糖凝胶柱( g 2 0 0 ) 色谱分离提纯，这样就可 以得到微生物絮凝剂的纯品。 1 3 2 微生物絮凝剂的化学组成 关于微生物化学本质的研究有三种方法：因子破坏法、化学分析法、再形成 法。实际研究中可以把这三种方法结合起来，获得确凿具体的结论。 采用这二种方法，一些研究者发现胞外聚多糖积累和细菌絮凝剂存在有一定 的关系，后来果然从活性污泥中分离出不含细胞的絮凝剂，其化学本质是碳水化 合物。单菌种纯培养试验的结果表明，c o r y m e b a c t a r i u mh y d r o c a r b o n c a l a s l u s 产生 的絮凝剂中含有聚多糖和蛋白质( 删，真菌p h o r i m i d i u ms p 产生的絮凝剂的主要成 分是连接了脂肪酸和蛋白质的磺酸异多糖，其多糖的基奉骨架是氨基酸、甘露糖、 鼠李糖、半乳糖等。根据多年的研究结果可以看出，微生物絮凝剂的主要化 第章前育 学物质是微生物代谢产生的各种多糖类。这些多糖类中有一些是由单一糖单体组 成，有一些是由多种糖单体构成的杂多聚糖，有些微生物絮凝剂是蛋白质( 或多 肽) ，或者是有蛋白质的参与。另外，一些絮凝剂中还有含有无机金属离子，但 并非细菌合成的所有多糖均具有活性，研究表明，在p s c u s d o m o n a ss p 絮凝过程 中只有1 0 的多糖发挥了作用【4 2 】。 。 1 3 3 微生物絮凝剂的絮凝机理 在微生物絮凝剂絮凝机理方面，国内外只是提出了一些假说，电中和作用、 架桥学说、b u t t e r f i e l d 粘质假说、f r i e d m a n 菌体外纤维素行为学说、离散细胞和 伸展桥键之间的三维基质模型假说、病毒假说等【4 3 】。架桥学说认为，大分子 微生物絮凝过程是几个物理化学过程共同作用的结果。其中，包括吸附架桥作用、 电中和作用和卷扫作用。絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力、同时吸附 多个胶体粒子，在颗粒间产生架桥现象，从而形成一种网状三维结构沉淀下来。 这种吸附架桥作用是桥联机理的核心内容。 4 4 1 但电中和理论【4 5 1 认为：溶液中带 有多个电荷的电解质能够与颗粒表面带有的相反电荷发生电中和，从而减弱颗粒 间彼此的相互排斥力，促进颗粒的絮凝沉降，为絮凝剂的架桥提供了有利条件。 f r i e d m a n 菌体外纤维素学说认为由于胞外纤丝直接参与了絮凝，纤丝把颗粒联结 到一起，形成絮团，但因不能解释大部分絮凝现象也不为人们所接受。 比较受人们接受的学说是离子键、氨键的结合学说。该学说可解释大多数微 生物絮凝剂引起的絮凝现象，以及一些因素对絮凝的影响，并为一些实验所证实。 该学说认为；尽管微生物絮凝剂性质不同，但对液体中同体悬浮颗粒的絮凝有相 似之处，它们通过离子键、氧键的作用与悬浮物结合，由于絮凝剂的分子量较大， 一个絮凝剂分子可同时与几个悬浮颗粒结合。在适宜条件下，迅速形成网状结构 而沉积，从而表现出很强的絮凝能力【4 6 】。 1 4 微生物絮凝剂的研究现状和存在的问题 1 4 1 微生物絮凝剂的研究现状 就我国的微生物絮凝剂的研究而言，大部分研究还处于实验窜阶段，存在生 产成本高，絮凝机理1 里鱼要( 三q 墨丝) ：三鱼q 竺( 垒堕i 望) = 4 ( ) 2 5 c y c l e s 将产物进行酒精二次沉淀纯化 i 每一反应管中加入2 5 u l n a a c 酒精溶液( 3 nn a a c2 5 m l + e o h3 7 5 m 1 ) ， 混匀后在台式离心机上4 c 以4 0 0 0 r m p 离心3 0 m i n ：倒置9 6 孔板，垫干 净吸水纸离心不大于8 0 0 r m p 时停机。 i i 再在每管中加入7 0 冻酒精5 0 或1 0 0 u l ，4 0 0 0 r m p 离心1 5 m i n ：倒置9 6 孔板，垫干净吸水纸离心不大于8 0 0 r m p 时停机。 i i i 重复第2 步1 次。 第七章絮凝菌h x 1 的同定化及菌株攀定 i v 将沉淀好的d n a 产物加入2 5 u l 的去离子甲酰胺( f r o ma b i 公司) 上3 7 0 0 d n a 分析仪跑电泳进行序列分析。 7 6 2 序列的数据处理 细菌1 6 sr d n a 基冈全序列见附录1 ，将序列数据与g e n b a n k 中已存在的细 菌1 6 sr d n a 基因序列应用b l a s t 程序进行相似性比较。发现它与a l c a l i g e n e s f a e c a l i s ( 粪产碱杆菌) 很自然地组成一群，尤其与a l c a l i g e n e sf a e c a l i sp a r t i a 的1 6 s r d n a 序列的相似性最大( 1 0 0 ) ，相似性比较见图7 7 。 q u e r y 1 a g t c a t g a a t c c t a c c g t g g t a a t c g c c c c c c t t a c g g t t a g g c t 从c t a c t t c t g g t 从6 0 s b j c t 1 4 4 5 a g t c a t g a a t c c t a c c g t g g t a a t c g c c c c c c t t a c g g t t a g g c t 从c t a c t t c t g g t 从13 8 6 q u e r y 6 l a a c c c a c t c c c a t g g t g t g a c g g g c g g t g t g t a c a a g a c c c g g g a a c g t a t t c a c c g c g a12 0 s b j c t 1 3 8 5 a a c c c a c t c c c a t g g t g t g a c g g g c g g t g t g t a c a a g a c c c ( 五g 从c g t a t t c a c c g c g a l3 2 6 q u e r y1 2 1 c a t g c t g a t c c g c g a t t a c t a g c g a t t c c g a c t t c a c g c a g t c g a g t t g c a g a c t g c g a t 18 0 s b j c t1 3 2 5 c a t g c t g a t c c g c g a t t a c t a g c g a t t c c g a c t t c a c g c a g t c g a g t t g c a g a c t g c g a t 12 6 6 q u e r y 1 8 1 c c g g a c t a c g a t c g g g t t t c t g g g a t t g g c t c c c c c t c g c g g g t t g g c g a c c c t c t g t c c2 4 0 s b j c t 1 2 6 5 c c g g a c t a c g a t c g g g t t t c t g g g a t t g g c t c c c c c t c g c g g g l v r g g c g a c c c t c t g t c c 12 0 6 图7 - 7h x - 1 菌1 6 sr d n a 部分序列的排列比较 f i g 7 - 7t h eb a c t e r i a l16 sr d n as u b s e q u e n e ea r r a n g e m e n tc o m p a r i s o n 要确定一个微生物分离的分类单元，f 1 前最可靠的方法是进行该微生物的 r d n a 序列分析 髂1 ，冈为r d n a 在所有微宅物的功能和进化上是同源的，它们在 进化过程中相当保守。根据b l a s t 对比，在n c b i 的序列数据库中寻找与菌h x 1 序列相似的菌种，菌株h x - l 与a l c a l i g e n e sf a e c a l i sp a r t i a 具有1 0 0 的同源性。 第七章絮凝菌h x 1 的州| 定化及菌株紧定 一般认为如果r d n a 序列同源性低于9 7 时，它们就是两个不同的菌属。参阅伯 杰细菌箍定手册，最终确定实验所用的菌株为a l c a l i g e n e s f a e c a l i s 粪产碱杆菌。 7 7 本章小结 ( 1 ) 通过考察成球性和机械强度以及操作难易，最终确定p v a 浓度为1 0 时制 作微生物同定化小球效果最传，反应系统p h 定为1 0 ，反应的交联时间确 定为2 4 小时。 ( 2 ) 通过周定化小球对印染废水处理5 个小时后，印染水样的c o d 为8 4 9 m g l ，c o d 去除率为2 4 2 。说明反应比较慢，但处理效果较好。 ( 3 ) 试验采用加入0 1 5 的海藻酸钠作为添加剂来进行对p v a 的改进，既可 以改进p v a 的成球性能，又不会对p v a 同定化小球的性能有大的影响。 ( 4 ) 通过实验得出加1 活性炭粉末的微生物同定化小球的活性比未加活性炭 粉末的微生物同定化小球的活性要好。所以此种方法可以作为固定化条件 的改进。 ( 5 ) 在p v a 溶液中加入少量的s i 0 2 ，c a c 0 3 和f e 粉是日前很多研究者改善 p v a 凝胶性能所采取的措施。 ( 6 ) 根据b l a s t 对比，在n c b i 的序列数据库中寻找与菌h x 1 序列相似的菌 种，菌株h x - l 与a l c a l i g e n e sf a e c a l i sp a r t i a 具有1 0 0 的同源性。参阅伯 杰细菌鉴定手册，确定实验所用的菌株为粪产碱杆菌。 第八章结论与建议 8 1 结论 第八章结论与建议 ( 1 ) 通过对2 9 l 高岭土溶液的絮凝测试，确定了微生物絮凝剂的在p h 为 9 8 时处理效果较好。此外，温度冈素对絮凝剂的絮凝效果没有明显的 影响。同时实验确定了助凝剂( c a c l 2 ) 最件投加量为1 2 5 m l l 高岭土 水样，絮凝剂的最传投加量为1 2 5 m l l 。絮凝率最高可达9 0 1 。 ( 2 ) 通过对上海市苏州河和松江区蒲汇塘所取水的测试，知苏州河的水质 较好，c o d 的去除率仍然达到了4 5 1 ，对蒲汇塘的水c o d 的去除率 r 可达到5 7 8 。对苏州河的水的n h 3 n 的上除率可达到9 2 2 ，对蒲 汇塘的水n h 3 n 的去除率可达到7 3 3 。与硫酸铝对河水处理效果的 比较，可知微生物絮凝剂的絮凝效果明显优于硫酸铝作为絮凝剂的处理 效果。 ( 3 ) 东华大学化工学院提供的印染废水色度比较高，颜色很深，水的浊度 也很大，c o d 值为1 3 4 5 6m g l ，由于测试过程数据处理的要求，采用 的是稀释1 0 倍的水样。通过投加微生物絮；疑剂，控制各实验条件，最 佳的方案处理后，c o d c r 去除率能达到5 1 1 。与海藻酸钠相比较，可 以知道c o d c r 去除率是用微生物絮凝剂好，但色度的处理效果是海藻 酸钠更佳。 ( 4 ) 上海市青浦t 业区的上海绿苑淀粉生产厂的淀粉水样p h 值为4 1 5 ， 浊度为9 8 6 ，水样的c o d 为5 4 0 0 m g l 。通过搅拌程序的筛选，最终 确定了先6 0 0 r m i n 搅拌2 0 s ，接着4 0 0 r m i n 搅拌2 0 s ，再1 4 0 r m i n 搅拌 2 0 s ，再7 0 r m i n 搅拌2 m i n ，最后3 0 r m i n 搅拌3 m i n 为实验所取淀粉废 水的最件搅拌程序。同时2 0 毫升的淀粉废水中以投加0 7 5 毫升1 的 氯化钙溶液处理效果较好，絮凝剂的最f 董投加量定为0 2 5 m l 。 ( 5 ) 从絮凝菌株培养液中提取出了白色粉末状絮；疑物质m h x 1 。通过汁算 第八争结沦弓建议 产率，得出离，t l , 机最件转速为6 0 0 0r m i n ，最佳离心时间为2 0 分钟， 提纯率约为0 8 2g l 。总酮反应和m o l i s h 反应表甘月样品中含大量的糖 类物质。茚三酮显色实验、蛋白黄色实验和双缩脲实验说明微生物絮凝 剂主要成分中不含蛋白质和核酸。通过e d t a 、h c l 和尿素处理絮凝沉 淀的实验，可以推理微生物絮凝剂与高岭土颗粒之间的结合是靠氢键 力。用紫外分光光度汁和红外一拉曼光谱仪测定了絮凝提取物的组分， 对两个图谱的分析表明该絮凝提取物中主要含有多糖类物质，不含蛋白 质和核酸。絮凝荆组分中含有羧基，为阴离子絮凝剂。通过电位仪对絮 凝过程中絮凝剂用量与电位的测试，再一次推理是絮凝剂和高岭土之间 形成了氢键。 ( 6 ) 用p v a ( 1 7 5 0 ) 溶液与菌株制成微生物同定化小球，初步确定了固定 化的微生物絮凝剂对印染水样的处理。采用加入0 。1 5 的海藻酸钠作为 添加剂来进行对p v a 的改进，既可以改进p v a 的成球性能，又不会对 p v a 同定化小球的性能有大的影响。实验可知加1 活性炭粉末的微生 物同定化小球的活性比未加活性炭粉末的微生物固定化小球的活性要 好。此外，在p v a 溶液中加入少量的s i 0 2 ，c a c 0 3 和f e 粉是目前很多 研究者改善p v a 凝胶性能所采取的措施。 ( 7 ) 通过菌种签定，并且参阅伯杰细菌签定手册，确定实验所用的菌株 为粪产碱杆菌。 8 2 建议 ( 1 ) 由于实验时间的关系，本文对微生物同定化反应器没有进行研究。所 以同定化微生物方应器可以进一步进行研究，可以研究纯种同定化反应 器，也可以是混合种群同定化反戍器。纯种的同定化反应器，f i 前应用 最多的流化床生物反应器、同定填充床、搅拌槽式反声器等几种类型。 混合种群同定化反戍器主要是用于实现微生物自身同定化的反应器，多 通过合理控制反应器的结构、水力流态和投加必要的核心物质而达到微 生物的自身同定化，如丁程上应用较广的u a s b ，a f b ，a b r 等。 ( 2 ) 可以在分子水平对菌h x 1 进行深入研究，运用基冈t 程及各种生物技 第八章结论与建议 术去深入了解了菌h x 1 的结构组成、代谢过程和遗传表达等内容，运用 原生质体融合和基因丁程技术创建高效t 程菌，为水污染治理开辟新途 径。 参考文献 参考文献 【1 】周春丽污水的生物净化 j 】长春师范学院学报，2 0 0 0 ，1 9 ( 2 ) ：7 9 8 2 2 】中国水资源公告2 0 0 l 【3 】r d u g a n ，i n ：y a a r i af e d ) f l o c c u l a t i o ni nb i o t e c h n o l o g ya n ds e p a r a t i o n s y s t e m e l s e v i e rs c i e n c e ，a m s t e