（环境科学专业论文）微生物絮凝剂产生菌的选育及絮凝特性研究.pdf

为了降低微生物絮凝剂的生产成本，以发酵培养基为基础，采用其他些物 质作为菌株培养的替代碳源、氮源。实验结果显示，用乙醇作为碳源时，c 1 和 c 5 的絮凝活性分别达至i j 8 4 4 和8 2 8 ；以豆饼、黄豆粉和豆芽汁分别替代酵母 膏作为c 1 的氮源后，絮凝活性分别为8 3 0 、8 4 1 和8 3 o ；当c 5 的氮源为豆 芽汁后絮凝活性为8 1 8 ，效果均优于使用酵母膏。 关键词；微生物絮凝剂；筛选；培养；发酵液；絮凝活性；提取；脱色率 a b s t r a c t o r g a n i ca n di n o r g a n i cf l o c c u l a n t sh a v e b e e nu s e dw i d e l yd u et ot h e i rl o wp r i c e s a n dg o o de f f e c t h o w e v e t h e i r d i s a d v a n t a g e sh a v ed r a w np e o p l e sa t t e n t i o n a l u m i n i u mr e m a i n i n gi nd r i n k i n gw a t e re a s i l yl e a d st os e n i l ed e m e n t i a t h e m o n o m e ro f p o l y a c r y l a m i d e c a n tb ed e g r a d e da n di t sb o t hn e u r o t o x i ca n d o n c o g c n i cf o rh u m a nb o d y m i c r o b i a lf l o c c u l a n t sa r e s a f ea n db i o d e g r a d a b l e m a c r o m o l e c u l a rf l o c c u l a n t ss e c r e t e db ym i c r o o r g a n i s m s t h e j rd e g r a d a t i o np r o d u c t s a i eh m m l e s st ot h ee c o s y s t e ma n dh u m a n s t h ed e v e l o p m e n to fan e wb i o d e g r a d a b l e b i o f l o c c u l a n tw i t hs t r o n gf l o c c u l a t i n ga c t i v i t yi sa t t r a c t i n gw i d er e s e a r c hi n t e r e s t t h e r e f o r e ，r e s e a r c h e r sa r es h o w i n g ag r o w i n gc o n c c r no nt h ed e v e l o p m e n to fm b e e i g h ts t r a i 畦o fm i c r o b i a lf l o c c u l a n t - p r o d u c i n gm i c r o o r g a n i s m sa r ei s o l a t e d f i o ms o i l a f t e rr e s c r e e n i n g , t w os t r a i nn a m e dc 1a n d ( 2 5w i t hh i g ha n ds t a b l e f l o c c u l a t i n ga c t i v i t y i so b t a i n e d t h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h e p r o d u c t i o na n d f l o c c u l a t i n ga c t i v i t yo fm i c r o b i a lf l o c c u l a n t , s u c h 勰c a r b o ns o u r c e s n i t r o g e n s o u r c e s , c o m p l e xn i 仃o g e ns o u r c e s ，i n o r g a n i cs a l t s ，i n i t i a lp hv a l u ea n dc u l t u r e t e m p e r a t u r ea r ci n v e s t i g a t e d t h er e s u l t so fc 1i n d i c a t e st h a tt h eo p t i m u mc a r b o n s o u r c e s ，n i t r o g e ns o u r c e s ，i n i t i a lp r tv a l u ea n dc u l t u r et e m p e r a t u r ea 2 g l u c o s e ， o 2 b e e fe x t r a c t ，p h6 0a n d 3 0 ( 3 ，r e s p e c t i v e l y t h es t r a i no fc 1p r o d u c e sah i g h a c t i v i t yf l o c c u l a n t , w i t hf l o c c u l a t i n gr a t eo f9 0 4 a g a i n s to 4 k a o l i nd a y s u s p e n s i o nu n d e rt h eo p t i m u mc u l t u r a lc o n d i t i o n s t h er e s u l t so fc 5i n d i c a t e dt h a t 为了降低微生物絮凝剂的生产成本，以发酵培养基为基础，采用其他些物 质作为菌株培养的替代碳源、氮源。实验结果显示，用乙醇作为碳源时，c 1 和 c 5 的絮凝活性分别达至i j 8 4 4 和8 2 8 ；以豆饼、黄豆粉和豆芽汁分别替代酵母 膏作为c 1 的氮源后，絮凝活性分别为8 3 0 、8 4 1 和8 3 o ；当c 5 的氮源为豆 芽汁后絮凝活性为8 1 8 ，效果均优于使用酵母膏。 关键词；微生物絮凝剂；筛选；培养；发酵液；絮凝活性；提取；脱色率 a b s t r a c t o r g a n i ca n di n o r g a n i cf l o c c u l a n t sh a v e b e e nu s e dw i d e l yd u et ot h e i rl o wp r i c e s a n dg o o de f f e c t h o w e v e t h e i r d i s a d v a n t a g e sh a v ed r a w np e o p l e sa t t e n t i o n a l u m i n i u mr e m a i n i n gi nd r i n k i n gw a t e re a s i l yl e a d st os e n i l ed e m e n t i a t h e m o n o m e ro f p o l y a c r y l a m i d e c a n tb ed e g r a d e da n di t sb o t hn e u r o t o x i ca n d o n c o g c n i cf o rh u m a nb o d y m i c r o b i a lf l o c c u l a n t sa r e s a f ea n db i o d e g r a d a b l e m a c r o m o l e c u l a rf l o c c u l a n t ss e c r e t e db ym i c r o o r g a n i s m s t h e j rd e g r a d a t i o np r o d u c t s a i eh m m l e s st ot h ee c o s y s t e ma n dh u m a n s t h ed e v e l o p m e n to fan e wb i o d e g r a d a b l e b i o f l o c c u l a n tw i t hs t r o n gf l o c c u l a t i n ga c t i v i t yi sa t t r a c t i n gw i d er e s e a r c hi n t e r e s t t h e r e f o r e ，r e s e a r c h e r sa r es h o w i n g ag r o w i n gc o n c c r no nt h ed e v e l o p m e n to fm b e e i g h ts t r a i 畦o fm i c r o b i a lf l o c c u l a n t - p r o d u c i n gm i c r o o r g a n i s m sa r ei s o l a t e d f i o ms o i l a f t e rr e s c r e e n i n g , t w os t r a i nn a m e dc 1a n d ( 2 5w i t hh i g ha n ds t a b l e f l o c c u l a t i n ga c t i v i t y i so b t a i n e d t h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h e p r o d u c t i o na n d f l o c c u l a t i n ga c t i v i t yo fm i c r o b i a lf l o c c u l a n t , s u c h 勰c a r b o ns o u r c e s n i t r o g e n s o u r c e s , c o m p l e xn i 仃o g e ns o u r c e s ，i n o r g a n i cs a l t s ，i n i t i a lp hv a l u ea n dc u l t u r e t e m p e r a t u r ea r ci n v e s t i g a t e d t h er e s u l t so fc 1i n d i c a t e st h a tt h eo p t i m u mc a r b o n s o u r c e s ，n i t r o g e ns o u r c e s ，i n i t i a lp r tv a l u ea n dc u l t u r et e m p e r a t u r ea 2 g l u c o s e ， o 2 b e e fe x t r a c t ，p h6 0a n d 3 0 ( 3 ，r e s p e c t i v e l y t h es t r a i no fc 1p r o d u c e sah i g h a c t i v i t yf l o c c u l a n t , w i t hf l o c c u l a t i n gr a t eo f9 0 4 a g a i n s to 4 k a o l i nd a y s u s p e n s i o nu n d e rt h eo p t i m u mc u l t u r a lc o n d i t i o n s t h er e s u l t so fc 5i n d i c a t e dt h a t t h eo p t i m u mc a r b o ns o u r c e s , n i t r o g e ns o u r c e s ，i n i t i a lp hv a l u ea n dc u l t u r e t e m p e r a t u r ea g e1 g l u c o s e ，o 2 g l u t a m i ca c i d ，p h7 5a n d3 6 t h es t r a i no fc 5 p r o d u c e dah i g ha c t i v i t yf l o c c u l a n t , w i t hf l o c c u l a t i n gr a t eo f9 2 0 a g a i n s t0 4 k a o l i nc l a ys u s p e n s i o nu n d e rt h eo p t i m u mc u l t u r a lc o n d i t i o n s t h r o u g ho r t h o g o n a lt e s to fc 1 ，t h eo p t i m a lf l o c c u l a t i n gc o n d i t i o n sa g ef o u n dt o b e ：2 0m lo fm i c r o b i a lf l o c c u l a n td o s a g e ，p h 7 o ，4 m lo fl c a c l 2a n d6 0m i no f s e t t l i n gt i m e t h r o u g ht h eo r t h o g o n a lt e s to fc 5 ，t h eo p t i m a lf l o c c u l a t i n gc o n d i t i o n s a g ef o u n dt ob e ：2 5m lo fm i c r o b i a lf l o c c o l a n td o s a g e ，p h 6 o 5n i lo f1 c a c l 2 a n d1 0 0m i no fs e t t l i n gt i m e t h ef l o c c u l a n t sa r ee x t r a c t e df r o mc u l t u r eb r o t hu s i n ga c e t o n es o l v e n t t h e f l o c c o l a n t so fc 1i sm a i n l yc o m p o s e do fa m y l o s e t h ef l o c c u l a n t so fc 5i sm a i n l y c o m p o s e do fa m y l o s ea n dp r o t e i n t h a ti sd e t e r m i n e db yp h e n o l s u l f u r i ca c i d r e a c t i o na n dn i n h y d d nr e a c t i o n t h ef l o c c u l a n t sh a sh e a t s t a b i l i t y t h e d e c o l o r i z a t i o nr a t eo fm e t h y l e n eb l u eb yt h et r e a t m e n to fm i c r o b i a lf l o c c u l a n t s a c h i e v et o9 8 5 a n d9 9 0 i th a sg o o df l o c c u l a t i n ge f f e c to nd e c o l o r i n ga n dc l a y s u s p e n s i o n a n dt h r o u g hf o l l o w i n gt e s t , t h eo p t i m a lt e c h n o l o g i cc o n d i t i o n sa g e f o u n d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ef l o c c u l a t i n gm e c h a n i s mr e s u l t e df r o mt h e c o m b i n a t i o no fp r o t e i nw i t hk a o l i nc l a yb yb r i d g ea tt h ea c t i v ep o s i t i o no ft h e f l o c c u l a t i o na n d c h a r g ee f f e c tn e u t r a l i z a t i o n i no r d e rt od e c r e a s et h ec o s to fm i c r o b i a lf l o c c o l a n t ，t h ec h e a ps u b s t i t u t i v eo f e t h a n o lf o rc a r b o ns o u r c ea 粥d e v e l o p e df o rc 1a n dc 5 ，w h i c ha b a s e do nf e r m e n t m e d i u m t h ef l o c c u l a n t i n ga c t i v i t i e sa l eu pt o8 4 4 a n d8 2 8 t h eo p t i m u m s u b s t i t u t i v em e d i u m so fc 1f o rn i t r o g e ns o u r c ea r eb e a nc a k e 、s o y b e a np o w d e ra n d b e a ns p r o u te x t r a c t t h ef l o c c u l a n t i n ga c t i v i t ya r e8 3 o 、8 4 1 a n d8 3 o t h e o p t i m u ms u b s t i t u t i v em e d i u mo fc 5f o rn i t r o g e ns o u r c ei sb e a ns p r o u te x t r a c t t h e f l o c c u l a n t i n ga c t i v i t ya c h i e v e st o8 1 8 k e y w o r d s ：m i c r o b i a lf l e c c u l a n t s ；s c r e e n i n g ；c u l t u r a l ；f e r m e n t a t i o nb r o t h ；f l o c c u l a t i n g a c t i v i t y ；p u r i f i c a t i o n ；d e c o l o r i n ge f f i c i e n c y i l l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究腻也砘含为获蝴恿其他教育机构的学位或证书面使用过的黼与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名 凌女他 签字日期：秒年厂月；9 甘 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了蹙蔓彩2 天墨有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授碳i 钕犬孽 以将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，汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 凌砒 签字目期t 7 年厂月j 。日 学位论文作者毕业去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名 签字日期 电话 邮编 关珀 缈7 年死7 。日 ， 第一章绪论 第一章绪论 1 1 絮凝法概述 絮凝沉淀技术是提高水质处理效率的一种既经济又简便的水质处理方法，被 广泛地应用于工业废水处理、给水处理、食品生产和发酵等工业中，而絮凝沉淀 效果的好坏主要取决于所用絮凝剂的性能。随着科学技术的发展和人类生活水平 水平的提高，人们对水质提出了越来越高的要求，这自然也就推动了水处理技术 科学和水处理絮凝剂的飞速发展。在生活污水和各种工业废水中，常含有不同种 类和数量的悬浮气体和胶体，这些悬浮物和胶体表面大多带有相同的电荷，颗粒 间由于电荷排斥而分散稳定，不能自动凝聚成大颗粒，且沉降速度缓慢。对于这 些污水的处理，一般都要先使这些胶体和悬浮体脱稳，进而絮凝成大颗粒沉降下 来，这是给水和废水处理中广泛采用的方法【1 1 。 絮凝沉淀法属于化学物理方法，作为一种新兴的经济有效的水处理手段，絮 凝法越来越多地使用于给排水处理工程中【2 1 絮凝处理过程就是向待处理的水体 中加入一定的絮凝剂，使水体中胶体体系在所加絮凝剂的作用下，相互接触、碰 撞、脱稳、凝集成一定粒径的聚集体，脱稳的聚集体由于进一步碰撞、化学黏结、 网捕卷扫、共同沉淀等作用而聚集成絮状体( 矾花) ，最终借助重力的作用而沉 降，以达到固液分离的目的。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1 1 3 1 。絮凝法使溶液中的溶质、胶体或者 悬浮物颗粒产生絮状沉淀，在固液分离和水处理过程中，可提高微细固体物的沉 降和过滤效果 4 - 6 1 ，广泛应用于发酵、化工、矿业、环保等领域。随着工业的发 展，水污染的情况日益严重，水的净化处理显得越来越重要。在水的净化处理方 法中“絮凝沉淀法”被普遍认为是一种较为有效的预处理方法【6 l 。 絮凝剂是用来使溶液中的溶质、胶体或者悬浮物颗粒产生絮状沉淀的物质， 用以提高微细固体物的沉降和过滤效果【3 ，删。近年来絮凝剂应用范围不断扩大， 从最早是用天然絮凝剂到初级合成絮凝剂如f e s 0 4 7 h 2 0 、舢a 3 及硅系列絮凝 剂，再到现今的高聚合类絮凝剂如聚合氯化铝( p a c ) 、聚合硫酸铁( p f s ) 、聚硅硫 酸铝( p a s s ) 、聚丙烯酰胺( p a m ) 等以及生物絮凝剂【9 】。 絮凝剂种类繁多，对于不同的原水或废水，为提高絮凝处理效果，必须选择 品质和性能优良的絮凝剂。 微生物絮凝剂的选育及絮凝特性研究 1 2 絮凝剂的分类 目前广泛应用的絮凝剂按其分子组成，一般分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两 大类l l o , 1 1 】。根据分子量的高低、官能团的特性及官能团离解后所带电荷的性质， 又可将其进一步分为高分子和低分子，阳离子型、阴离子型和非离子型絮凝剂 【l 二1 4 1 。此外还有无机有机复合絮凝剂，如聚合铝一聚丙烯酰胺、聚合铝一甲壳素、 聚合铁一甲壳素等。 1 2 1 无机絮凝剂 传统应用的无机絮凝剂为低分子的铝盐和铁盐及无机高分子絮凝剂。铝盐主 要有硫酸铝、明矶。铁盐主要有三氯化铁、硫酸亚铁和硫酸铁。无机絮凝剂应用 较早，广泛用于水的净化处理和污水的脱泥处理等。但无机高分子絮凝剂腐蚀性 较大，在某些使用环境中，由于其用量大、残渣多、效果较差，效果不很理想1 6 l 。 故在实际污水处理中常作为配合絮凝剂使用，以降低处理成本。 硫酸铝是一种使用最广的絮凝剂，主要用于饮用水和工业用水的净化处理。 硫酸铝以其良好的凝聚沉降性能而被广泛应用，但铝盐类絮凝剂对溶液的p h 值的 要求较高，若处理不当则造成絮凝效果严重下降。三氯化铁是另一种常用的无机 低分子絮凝剂，具有易溶于水，沉降性能好，对温度、水质及p h 值适应范围宽 等优点，但易腐蚀设备，操作条件较差。 无机高分子絮凝剂是2 0 世纪6 0 年代在传统的铁盐、铝盐基础上发展起来的一 类新型絮凝剂。目前得到广泛应用的主要是聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚硅酸、 和聚合硅酸硫酸铝。这些无机高分子絮凝剂的优点体现在比传统絮凝剂效果更优 异，而比有机高分子絮凝剂价格低廉1 1 2 - 1 6 1 。 无机絮凝剂有毒性作用。据文献报道，当水中铝含量高于0 2 - 0 5 m g 1 时可 使鱼致死。由于铝盐絮凝法产生的污泥广泛应用于工农业，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；同时伴随这些农作物进 入食物链亦影响到人体的健康，老年性痴呆症即是铝性脑病的一种；铝盐絮凝剂 2 第一章绪论 对微生物也有毒害作用，当铝浓度大于2 5 m g l 时会对污泥产生毒性影响，且高 浓度的铁对人体健康和生态环境也有不利影响【埘。 1 2 2 有机合成高分子絮凝剂 有机合成高分子絮凝剂多为水溶性的聚合物，具有相对分子质量大、分子链 官能团多的结构特点，在市场上占有绝对优势。按其所带的电荷不同，可分为阳 离子型、阴离子型、非离子型和两性絮凝剂，在水处理中，使用较多的是阳离子、 阴离子和非离子型聚合物【 l t i ，其中以聚丙烯酰胺系列应用最为广泛l 堋。 阳离子型有机高分子絮凝剂适合用来除去废水中的有机物，p h 适用范围从中 性到强酸性。这类絮凝剂包括聚丙烯酰胺( r a m ) 及其衍生物、二甲基二烯丙基氯 化铵m d a a c ) 的均聚物以及与丙烯酰胺0 蝴) 的共聚物等l 删。阳离子有机离分 子絮凝剂有利于沉降和过滤脱水，适于有机物含量高的废水，p h 使用范围宽、 用量少、毒性小闭。 阴离子型有机高分子絮凝剂研制开发早，技术也比较成熟，但受到应用范围 的限制，有关阴离子型有机高分子絮凝剂新产品的研究报道不多【】l s ) ，常见的有聚 丙烯酸钠、丙烯酰胺与丙烯酸钠共聚物、聚苯乙烯磺酸钠等。 阳离子、阴离子和非离子型高分子絮凝剂由于受使用范围的限制，有逐渐被 两性高分子絮凝剂所取代的趋势【1 9 2 0 j 。两性高分予絮凝剂分子结构的链节上包 含阴离子和阳离子两种基团1 2 1 ，2 2 1 由于这个特点，两性高分子絮凝剂有良好的 絮凝和污泥脱水功效【捌。两性型絮凝剂的高分子因为其p h 适用范围宽、抗盐性好， 近年来成为国内外研究的热点【巩2 5 l 。 有机高分子絮凝剂产品以聚丙烯酰胺c la m ) 系列为主，约占世界同类高分子 絮凝剂总产量8 0 以上【瓶2 7 l 。聚丙烯酰胺系列按所含的极性基团分为阳离子型、 阴离子型及非离子型三种，其相对分子质量从五十万到几千万以上，这使其絮凝 效果有很大的提高。除此之外，目前国内外己成功地研制出第二代人工合成有机 高分子絮凝剂【硐。有机高分子絮凝剂与无机絮凝剂相比优点较突出，在水处理工 业中，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。 其缺点也很明显，主要是速溶性较差，使其絮凝效果波动较大。 3 微生物絮凝剂的选育及絮凝特性研究 我国目前生产的人工合成有机高分子絮凝剂中8 0 是聚丙烯酰胺这种产品， 目前在水处理中使用较多的也是聚丙烯酰胺，但因其聚合物的单体具有强烈的神 经毒性，且还有很强的“三致”做畸、致癌、致突变) 效应，因而使其应用范围 受到限制阳。 1 2 3 天然高分子絮凝剂 随着人们对环境质量的关注，特别是合成的有机高分子絮凝剂由于残留单体 的毒性，限制了它在食品加工、给水处理及发酵工业等方面的发展。天然高分子 絮凝剂由于原料来源广泛、价格低廉、无毒、易于生物降解等优点而显示出良好 的应用前景。此类絮凝剂的产量约占高分子絮凝剂产量的2 0 眺冽。按其原料 来源不同，一般可分为淀粉衍生物、纤维素衍生物、多聚糖类及蛋白质类改性产 物【姗2 1 ，其中最具发展潜力的是水溶性淀粉衍生物和多聚糖改性絮凝剂。 碳水化合物广泛存在于植物中等，含有多种活性基团，如羟基、酚羟基等， 表现出较活泼的化学性质；为了提高絮凝效果而对其进行改性，即通过羟基的酯 化、醚化，氧化、交联、接枝共聚等方法，增加活性基团【3 删。 自然界中，甲壳素的含量仅次于纤维素，是第二大天然有机高分子化合物。 壳聚糖是甲壳素分子脱除乙酰基的产物。壳聚糖絮凝剂近年来发展较为迅速，壳 聚糖已用于染料、多氯联苯等废水的处理及用于某些农药的吸附。壳聚糖最大的 优势是能用于食品加工废水的处理，并使各种食品加工废水的固体物减少7 0 一 9 8 3 2 1 。近年来，甲壳素与壳聚糖的应用研究已经取得较大的进展m 矧。 1 2 4 化学改性高分子絮凝剂 有机合成高分子絮凝别虽然被广泛地应用与于污水处理中，但它具有毒性较 强、难生物降解、价格偏高等缺点，故愈来愈多的研究者注意到改性的天然有机 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。天 然有机高分子絮凝剂电荷密度较小，相对分子质量低，易发生生物降解而失去活 性，故絮凝效果不理想。经改性后的天然有机高分子絮凝剂与合成有机高分子絮 4 第一章绪论 凝剂相比，具有选择性强、无毒、价廉等优点。 1 2 5 微生物絮凝剂 微生物絮凝剂( m j c r o b i a lf l o c c u l a n t 或b i o n o c c i l l 粕t ) 是一种高效、无毒、无 二次污染、能自行降解、使用范围广的新一代絮凝剂【3 9 ，删。它是通过直接利用微 生物细胞，或细胞提取物，或代谢产物提取、精制而得到的有絮凝活性的物质【4 u 。 微生物絮凝剂可以克服无机和有机高分子絮凝剂本身固有的成本高、絮凝效果有 限及存在二次污染且对人体有害的缺陷嗣。 1 3 微生物絮凝剂的国内外研究现状 微生物絮凝剂的研究已成为絮凝剂领域的研究热点。微生物絮凝剂是一类 由微生物产生并分泌到细胞外具有絮凝活性的代谢产物，主要由具有两性多聚电 解质特性的糖蛋白、蛋白质、核酸( d n a ) 、多糖、纤维素等生物高分子化合物组 成，絮凝效率更高，受环境变化影响更小1 4 3 】。吕前，国内有不少大学和研究机构 纷纷把新型微生物絮凝剂的研发作为科研的一个重点方向。新的研发领域包括： 复合型生物絮凝剂的研制，微生物絮凝剂与其它絮凝剂的复配，微生物絮凝剂的 生物学研究及微生物絮凝剂产生菌培养条件的优化等i 叫。 1 3 1 微生物絮凝剂的特点 与无机或有机高分子絮凝剂相比，微生物絮凝剂具有许多独特的性质。 1 3 1 1 来源广 微生物絮凝剂产生菌的来源非常广泛，土壤、活性污泥中含有大量的微生物 絮凝剂产生菌，而且微生物絮凝剂的生产周期短且效率高。微生物还具有繁殖速 度快、易变异等特点。 5 微生物絮凝剂的选育及絮凝特性研究 1 , 3 1 2 高效性 在同等用量下，与现在常用的各类絮凝剂如铁盐、铝盐、聚丙烯酰胺、藻蛋 白酸钠相比，微生物絮凝剂的使用效果明显高于常规絮凝剂。用聚丙烯酰胺或藻 蛋白酸钠时，超过4 0 0 m g l 以上的量，就会使絮凝沉淀粘稠而不易过滤，而m b f a 9 微生物絮凝剂0 1 m l , r t 的用量即可达到9 9 6 的絮凝率，并且沉淀比较容易过滤 f 4 5 l 。 1 3 1 3 无毒性 由微生物产生的絮凝剂的成分复杂多样，它随菌种的不同而异。到目前为止 已报道的微生物产生的絮凝物质其成分主要为糖蛋白、粘多糖、蛋白质、纤维素、 d n a 等高分子物质。因此，微生物絮凝剂具有很好的可生化降解性，因而可消除 絮凝后带来的二次污染。经小白鼠安全实验研究证明，微生物絮凝剂完全能用于 食品、医药等行业的发酵后处理，对人体和动物无任何毒副作用。邓述波等对微 生物絮凝剂m b f a 9 进行了急性毒性实验研究，结果表明，小白鼠一次性吞食1 9 k g 的微生物絮凝剂m b f a 9 后，无死亡，其体态、饮食、运动均无异常反应，初步 证明絮凝剂m b f a 9 无急毒反应【捌。 1 3 1 4 无二次污染 这一优点是微生物絮凝剂受到重视的主要原因。无机和有机合成高分子絮凝 剂的生产和应用虽然已取得很大的进步，但在使用过程中的不安全性和给环境造 成的污染不得不引起人们的重视。长期以来人们总认为铝很少被消化道吸收，也 没有毒性。但随着检测方法的改进和研究的深入，近年来医学界发现过量铝对人 体健康会造成种种危害，引起痴呆、骨痛、非缺铁性贫血、肾功能降低等多种疾 病，尤其是对脑组织及智力的损害特别引人注目。聚丙烯酰胺等人工合成的有机 絮凝剂虽然本身无毒性，但合成它的单体丙烯酰胺具有强烈的神经毒性，是人类 6 第一章绪论 神经的制毒剂和癌症的诱发剂。而微生物絮凝剂具有可生化性，即能够自行降解， 因而絮凝后不会带来二次污染。微生物絮凝剂的研制，使人类找到了一种安全、 无污染，对环境和人类健康无害的新型水处理剂。在强调环保的今天，微生物絮 凝剂具有其他絮凝剂无法比拟的优点。 1 3 1 5 操作简便 利用微生物絮凝剂进行水处理，具有易于实现固液分离、沉降效率高、形成 沉淀物少等特点，故具有很好的除浊和脱色作用。能够产生絮凝剂的微生物种类 多、生长快，易于采取生物工程的手段实现产业化生产，因而微生物絮凝剂具有 广阔的应用前景，越来越受到各国研究者的关注p , 4 6 1 。 1 3 2 微生物絮凝剂产生菌的研究现状 自2 0 世纪3 0 年代美国科学家b u t t e r f i e l d 从活性污泥中筛选到絮凝剂产生菌以 来，人们对微生物代谢产物与微生物絮凝剂之间的关系进行了研究，筛选到一些 微生物絮凝剂产生菌。z a j i c 等1 4 1 7 】从炼油中分离出l 株棒状杆菌，该菌可分泌对泥 水具有絮凝作用的多聚物。n a k a m u r a 等f 柚j 从霉菌、细菌、放线菌和酵母菌等2 1 4 种菌株中，筛选出1 9 种具有絮凝能力的微生物，其中以酱油曲霉( a s p e r g i l l u s s o j a e ) 产生的絮凝剂a j 7 0 0 2 最好。t a k a g i 等【4 9 j 研究了拟青霉产生的絮凝剂，采用乙醇沉 淀和凝胶色谱法精制得到了p f l 0 1 絮凝剂，它对枯草杆菌、大肠杆菌、啤酒酵母、 血红细胞、活性污泥、纤维素粉、活性碳、硅藻土等有良好的絮凝效果。k u r a n e 等从旱田土壤中分离筛选到红平红球菌，并将菌株产生的微生物絮凝剂命名为 n o c 1 ，它对大肠杆菌、酵母、泥浆水、膨胀污泥、纸浆废水等均有极好的絮凝 效果，被认为是当时发现的最好的微生物絮凝剂 s o l 。又从土壤中分离出一株革兰 氏阴性菌a l - 2 0 1 ，该菌能在含有蔗糖的培养基中生长并分泌絮凝物质【5 1 l 。 我国对微生物絮凝剂的研究起步较晚，但近年来也筛选得到了较多的优良菌 株。，邓述波等筛选得至t j a 9 1 4 5 1 ，王镇等筛选到4 株微生物絮凝剂产生菌，分属于 芽胞杆菌属( s p o r o l a c t o b a c i l l u sg c 3 ) 、节细菌属( a r t h r o b a c t e rs b 6 ) 、假单胞菌属 7 ( p s e u d o m o n a ss b 8 ) 、气单胞菌属( a e w m o n u sg c 2 4 ) 5 2 1 ，柴晓利等筛选得到氮单 胞菌属“啪嬲) 1 5 3 l ，胡筱敏等筛选得到芽孢杆菌芽孢杆菌b s 一5 - 5 4 1 ，王国惠等 筛选得到m 1 一8 8 【5 5 】等，这些菌株所产絮凝剂的絮凝活性都较高。 鬏1 - - 1 产絮凝剂的细菌种类 t a b l ei - - it h eb a c m r i as p e c i e sp r o d u c i n gm b f 细菌学名及参考文献 a c i n e t o b a c t e rs p 不动杆菌属冈 a e r o m o n a ss p g c 2 4 气单胞菌属【5 2 l a g r o b a c t e r i u ms p 土壤杆菌属【5 7 l a l c a l i g e n e sc u p i d u s 壳产碱杆菌冈 a l c a l i g e n e sc u p u l u s 协腹产碱杆菌嗍 a l c a l i g e n e s f a e c a i s 粪产碱杆斟5 7 1 a r t h r o b a c t e rs p s b 6 节杆菌【5 2 l a l c a l i g e n e sl a t u s 广泛产碱菌m a z o m o n a $ s p 氮单胞菌属1 5 7 l b a c i l l u sc o a g u l a n s 凝结芽孢杆菌明 b a c i l l u sl i c h e n i f o r m i s 地衣芽孢杆菌酬 b a c i l l u sm u c i l g n o n s 硅酸盐芽孢杆菌嗍 b a c i l l u sm e g a t e r i u m 巨大芽孢杆菌i 明 b a c i l l u ss p d p 一1 5 2 芽孢杆菌【5 9 1 b a c i l l u ss u b t i l i s 枯草芽孢杆菌【砷l b r e v i b a c t e r i u mi n s e c t i p h i h t m 嗜虫短杆菌【5 刀c i t r o b a c t e rs p 柠檬酸杆菌属【6 l l c o r y n e b a c t e r i u mb r e v i c a l e 棒状杆菌1 5 日。嘞m ! m 册咖细脚衄聊谷氨酸棒杆菌【6 习 c o r y n e b o c t e r i u mh y d r o c a r b o n o c a l a s t u s 解d e m a t m u ms p 暗色孢属 3 9 1 烃棒状杆菌1 1 1 】 e n t e r o b a c t e rs p 肠杆菌属嗍 e s c h e r i c h i ac 施大肠杆菌【5 7 l e n t e r o b o c t e ra e r o g e n e s 产气肠杆菌1 5 ，】 f a v o b a c t e r i u ms p 黄杆菌属阳 k l u y v e r o m y c e sm a r x i a n u s 马克斯克鲁维酵母 k l e b i e l l a p l a n t i c o l a 植生克雷伯氏菌1 6 3 1 1 6 4 1 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l a c t o b a c i l l u ss p 乳酸杆菌属【1 l 】 甲基杆菌【5 7 l p s e u d o m o n a ss p s b 8 假单胞菌旧 o e r s k w v i as p 厄氏菌属p 9 j p s e u d o m o n u s4 e r u g i n o s a 铜绿假单胞斟5 7 】 p s e 蜘n a s a l c a l i g r n e s 产碱假单胞菌册p s e u d o m o n a s f e a c a l i c 粪假单孢菌嗣 p s e u d o m o n a s p s e u d o a l c a l i n e s 产碱假单孢p s e u d o m o n a s f l u o r e s c e n t 荧光假单胞菌【5 7 l 闰”pseudomonas s t u t z e r i 施氏假单胞菌【5 7 l s p o r o l a c t ob a c i l l u sg c 3 芽孢乳杆菌i 钢1 5 2 1 s t a p h y l o c o c c u s 口“r 伽金黄色葡萄球菌【酯】 8 z o o g l o e ar a m i g e r a 生枝动胶菌i 删 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i 叫 表l 一2 产絮凝剂的放线菌种类 t a b l e1 - - 2t h ea c d n o m y e e ss p e c i e sp r o d u c i n gm b f 放线菌学名及参考文献 n o c a r d i aa m a r a e 苦味诺卡氏菌1 6 8 l n o c a r d i ac a l c a r c a 石灰壤诺卡氏菌【3 9 】 n a c a r d i ar e s t r i c a 椿象虫诺卡氏菌1 3 9 1 n o c a r d i ar h o d n i i 红色诺卡氏菌1 3 9 1 n o c a r d i as p 诺卡氏菌属1 3 9 1 s t r e p t o m y c e sg i s e u s 灰色链霉菌【叫 s t r e p t o m y c e sv i n a c 伽酒红色链霉菌1 6 q m y c o b a t e r i u m p h l e i 草分枝杆菌 5 6 1 表l 一3 产絮凝剂的真菌种类 t a b l e1 3t h el u n g 印i 髂p r o d u c i n gm b f 真菌学名及参考文献 a s p e r g i l l u s f u m i g a t u s 烟曲霉【删 a s p e r g i l l u s o c h r