（环境工程专业论文）高效微生物絮凝剂产生菌的选育及应用研究.pdf

硕士研究生学位论文 摘要 i 摘 要 目前，由于人们对生活污水的水质要求越来越高，在这种情况下，传统的絮凝剂对生 活污水絮凝沉淀处理的效果已难以达到人们的要求，由于微生物絮凝剂具有具有生产周期 短、高效、无毒、可消除二次污染、絮凝效果出色的特点，因此微生物絮凝剂的应用受到 国内外学者的关注。由于微生物絮凝剂的成本较高，导致微生物絮凝剂难以大规模的应用， 本文通过分离、选育出高效微生物絮凝剂产生菌，并对微生物絮凝剂进行优化试验研究。 从沈阳市污水处理厂的活性污泥、沈阳建筑大学校园土壤与浑河岸边土壤中分离、选 育得到 92 株微生物，其中具有絮凝活性的有 30 株微生物，然后经扩大培养等方法进行高 岭土絮凝试验，得到一株絮凝活性最好的菌株 jb- 5，经紫外诱变后得到菌株 jb- 5 的诱变 菌株 jb- 5b，使其在高岭土的悬浊液的的絮凝率最高能到达 95.7%。通过革兰氏染色，电 镜观察以及对其生理生化特性研究，得出菌株 jb- 5b jb- 5b为革兰氏阴性菌，都为短杆状， 氧化酶试验为阴性，淀粉水解实验成阴性，说明淀粉水解能力不强；甲基红实验染色呈阳 性，说明这菌株发酵葡糖有较强产酸能力。通过对絮凝剂进行蒽酮试验、双缩脲试验和茚 三酮试验可知，这菌株所产生的絮凝剂中含有多糖和蛋白质大分子物质。 以高岭土悬浊液作为絮凝对象， 对 jb- 5b絮凝剂产生菌进行培养条件优化， 菌株 jb- 5b 的最佳产絮凝剂的条件为： 葡萄糖 40 g/l， kno3 1g/l， k2hpo4 5g/l， kh2po4 2g/l， mgso4 0.1g/l，nacl 0.1g/l，碳源/氮源比为 50，碳源浓度为 45g/l，初始 ph8.0，培养温度 30， 接种量为 3ml，160r/min 摇床培养 30h。在此条件下絮凝率达到最高，最高为 95.7%。 此以上试验微生物絮凝剂的应用条件，研究载体高岭土悬浊液对絮凝效果的影响，分 别讨论了 ph 值，ca2+溶液投加量、菌液量投加量对絮凝效果的影响，并进行正交试验。 从中得出该菌的发酵液对 4g/l 的高岭土悬液的最佳絮凝条件为： ph 值为 8， 加入 1%cacl2 溶液加入量为 3.5ml，菌液量加入量为 3ml，在该条件下其对高岭土悬浊液的絮凝率达到 了 95.7%。并且得出各因素对菌株 jb- 5b 产絮能力的影响从大到小依次为：ph 值cacl2 溶液加入量jb- 5b菌液加入量。 此外，还通过实验考察了微生物絮凝剂对生活污水的处理效果，使用 jb- 5b 絮凝剂产 生菌处理生活污水时，在最佳的处理条件下 jb- 5b菌株絮凝剂对生活污水的絮凝效果具有 显著的效果。其中，絮凝剂对色度、浊度、ss 的效果非常明显，在最佳菌液添加量下，去 除率分别达到了 86.8%、85.8%与 88.5%。对 cod 与 bod也有一定的效果，在最佳菌液添 加量下，去除效率分别达到了 51.6%与 52.4%。 关键词：微生物絮凝剂；正交试 验；成分分析；生活污水 硕士研究生学位论文 abstract iii abstract sewage water quality degradation of the increasingly complex and more difficult to substances in the emergence of the traditional water treatment agent has been difficult to meet the requirements of modern sewage treatment. flocculant in sewage treatment in the application of the relationship juice at home and abroad，mainly in the flocculating activity of microbial screening work. flocculant for sewage treatment in the processing cost is relatively high， resulting flocculant is difficult to achieve a wide range of industrial applications，reduce their costs of dealing with less.this article as a starting point， the sewage treatment plant by activated sludge separation，selection of efficient strains of microbial flocculant activity，and reduce the production cost of microbial flocculants experimental study carried out. from shenyang city，north of activated sludge sewage treatment plant separated by 96 breeding microorganisms，which has the flocculating activity of a 30 micro- organisms，then by expanding cultivation methods kaolin flocculation test，get the best flocculating activity of a strain jb- 5，obtained by uv mutagenesis of strain jb- 5 mutant strain jb- 5b，its in the flocculation of kaolin suspension to reach the highest rate of 95.7%. by gram staining，electron microscopy，and their physiological and biochemical characteristics，derived strains jb- 5b jb- 5b for the gram- negative bacteria，both for short rod，oxidase test was negative，starch hydrolysis into the negative，that starch hydrolysis is not strong；methyl red test positive staining， indicating that glucose fermentation capacity of strong acid. flocculant for by anthrone test ， biuret test and ninhydrin test shows that the resulting strains contain polysaccharide and protein flocculant macromolecules. flocculation to kaolin suspension as the object， jb- 5b producing flocculant for optimization of culture conditions， strain jb- 5b of the best conditions for flocculant production：glucose 40 g/l，kno3 1g/l，k2hpo4 5g/l，kh2po4 2g/l，mgso4 0.1g/l，nacl 0.1g/l，carbon/nitrogen ratio of 50，carbon concentration of 45g/l， initial ph 8.0，culture temperature 30，vaccination volume of 3ml，160r/min shaking culture 30h. under these conditions，the highest flocculating rate of up to 95.7%. the application of the above test conditions for flocculant，carrier kaolin suspension of the effects of flocculation， ph values were discussed， ca2 solution dosage， the amount of bacterial suspension dosage effect on the flocculation，and the orthogonal test. strain derived from the fermentation broth of 4g/l of kaolin suspension was the best flocculation conditions： ph value of 8，add 1%ca2+ solution dosage of 3.5ml，the amount of dosage of bacilli 3ml，in the conditions kaolin suspension under its flocculation rate of 95.7%. and obtained the factors on the flocculation strain jb- 5b production capacity in decreasing order：ph valuecacl2 solution was added to the amount ofjb- 5b dosage of bacilli. iv abstract 硕士研究生学位论文 in addition，the experiment investigated the microbial flocculant effect on sewage treatment，the use of jb- 5b producing flocculant treatment of domestic sewage，the best treatment conditions in the jb- 5b strain flocculant flocculation of sewage have significant effect. among them，the flocculant on color，turbidity，ss the effect is very obvious that the best amount of broth added， the removal rate reached 86.8%，85.8% and 88.5%. of cod and bod also have some effect，in the best amount of broth added，the removal efficiency reached 51.6% and 52.4%. keywords：flocculant optimization，orthogonal experiment，composition analysis，sewage 声 明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的。论文 中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其它学位而使用过的材料。 与我共同工作过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。 作者签名： 日 期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳建筑大学有关保留、使用 学位论文的规定：即学校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。本人授权沈阳建筑大学可以将 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 （如作者和 导师同意论文交流，请在下方签名；否则视为不同意。 ） 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 不限 半年 一年 一年半 两年 作者签名： 导师签名： 日 期： 日 期： 硕士研究生学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 絮凝剂在生活污水处理中的重要性 1.1.1 生活污水的处理现状 水是人类生存不可缺少的物质，伴随着社会的飞速发展，我国年用水量与排污量也在 加倍递增1。因此，污水处理问题日益严峻。 一般而言，生活污水中往会含有许多的悬浮物质和胶体，这些悬浮物与胶体的粒径大 约为 1 m 左右2。通常情况下，这些细微的浮物与胶体会慢慢吸附凝聚成大颗粒，但是沉 淀速度太缓慢，这是由于水体中的悬浮物质与溶胶都因为静电斥力作用而稳定的分散在溶 液体系中，不易相互聚集，不能形成沉淀3。 对生活污水的处理方法，一般使胶体物质与悬浮物质絮凝成大的颗粒物质，最终形成 沉淀，我们称这种方法为絮凝沉淀法。 絮凝沉淀法是在混悬的中药提取液或提取浓缩液 中加入一种絮凝沉淀剂以吸附架桥和电中和方式与蛋白质果胶等发生分子间作用， 使 之沉降，除去溶液中的粗粒子，以达到精制和提高成品质量目的的一项新技术。在实 际应用中，絮凝沉淀法可以有效的去除水体中能产浊、生色的无机物和有机物以及部分溶 解性杂质。此外，还可以改善活性污泥的脱水性能。因此，絮凝沉淀法在国内外的水处理 中得到了十分广泛的应用4。 絮凝沉淀法，就是向废水中投入絮凝剂，使水中的物质在絮凝剂的促进作用下，经过 一系列的摩擦撞击后凝聚形成具较大粒径的聚合物，再经过进一步的作用聚集成絮状体后 借助重力作用而沉淀，达到了固液分离的效果5。 在整个絮凝过程中，絮凝剂起着至关重要的作用，性能良好的絮凝剂，通过控制投加 量或者与其他药物混合投加的方式，能获得理想中的絮凝效果。 1.1.2 絮凝剂对水体的净化作用 原水净化过程中加入的一类化学药剂，能够加速水中胶体微粒凝聚和絮凝成大颗粒， 这种化学药剂就称为混凝剂。 絮凝剂在整个废水的前期预处理过程中有着举足轻重的地位。絮凝剂能去除水体中 大多数的悬浮物质、胶体物质以及细菌、病毒等微生物；对于水体富营养化、废水脱色 等让世界各国都头疼的问题，絮凝剂也能很好的解决；絮凝剂也可以改善活性污泥的沉 淀性能，提高污泥脱水处理效果6。 1.2 用于生活污水处理的絮凝剂 1.2.1 絮凝剂的分类 1无机絮凝剂7 10 2 第一章 绪论 硕士研究生学位论文 我国对于无机絮凝剂的研发起步比较晚，经历了从单一到多元化的发展；建立了从简 单的无机絮凝剂到低级的聚合无机絮凝剂的过度，再到高级无机聚合絮凝剂的发展。 （l）从简单的无机絮凝剂到低级的聚合无机絮凝剂的发展，这类药剂有效成分高，絮 凝效果好。 （2）从低级的聚合无机絮凝剂是向高级无机聚合絮凝剂的发展，这类通过改进的药 剂有理想的絮凝效果。 （3）目前高级无机絮凝剂主要有聚合铝（铁） 、聚铝（铁）硅酸盐絮凝剂等无机絮凝 剂。目前聚合氯化铝铁和聚合硫酸铝铁已取得了初步研究成果并且已经推广应用。 （4）以矿质物料为原料开发复合絮凝剂。矿质物料主要以铝土矿、煤研石、粉煤灰 等含有铝、铁、硅等矿物元素为原料。用这些原料直接研制成的复合絮凝剂具有有效利用 资源，降低成本等优点11。 2有机高分子絮凝剂 自聚丙烯酰胺絮凝剂研制出以来，有机高分子絮凝剂研制一直处于快速发展的状况。 因为有机高分子絮凝剂具有用量少，受外因影响小等特点。 （l）合成有机高分子絮凝剂。合成的有机高分子絮凝剂的发展趋势：向超高分子量 和低单体含量的发展；阳离子絮凝剂的发展；新一代合成絮凝剂的发展；两性絮凝 剂的研制12。 （2）改性的天然有机高分子絮凝剂。这类改性絮凝剂大多是蛋白质的衍生物。 3微生物絮凝剂 微生物絮凝剂是近年来新开发出的一类由微生物产生的具有絮凝活性的一种物质。此 物质具有良好的絮凝沉淀作用，有非常好的脱色效果。由于微生物絮凝剂易于生物降解， 并且无二次污染，能起到绿色环保作用，属于第三代絮凝剂13。 1.2.2 各种絮凝剂的特性 随着社会的发展，各种化学絮凝剂被广泛地应用于各种水处理中。但是由于这些絮凝 剂容易造成的二次污染引起了人们的重视14 16。 1无机絮凝剂在实际应用中存在的问题： （l）大量的无机离子被带入到处理液，需增加脱盐、去离子工序； （2）铁盐类絮凝剂具腐蚀性非常强烈，易腐蚀设备，设备中还易残留铁离子，经过 处理的液体常带有颜色，影响水质； 2 有机高分子絮凝剂在实际应用中存在的问题： 有些经过合成得到的有机高分子絮凝剂易造成二次污染，而且易造成聚合的单体丙烯 酰胺的残留，聚合的单体丙烯酰胺残留物有非常强的神经毒性，还能造成“三致”效应17。 于是开发出一种安全无毒性、没有二次污染且价格低廉的新型絮凝剂，对于环境保护 具有非常重要的意义。这种情况下，研制生物絮凝剂的呼声越来越高14 15。 硕士研究生学位论文 第一章 绪论 3 1.3 生物絮凝剂 1.3.1 微生物絮凝剂分类及机理 1.3.1.1 微生物絮凝剂及其分类18- 20 微生物絮凝剂属于生物絮凝剂的一种，它是由微生物产生的一种特殊的高分子代谢产 物，这种代谢产物能使被处理液体中的不易被降解的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体离子 等产生凝集沉淀。它的主要成分是由多糖、蛋白质等。 根据絮凝剂的组分，微生物絮凝剂可分为四类21 24： 1利用微生物细胞物质的絮凝剂； 2利用微生物细胞壁物质的絮凝剂； 3利用微生物代谢产物的絮凝剂； 4利用克隆技术获得的絮凝剂。 根据微生物絮凝剂来源，微生物絮凝剂可以分为两大类： 1从微生物细胞壁提取物中提取的物质作为絮凝剂； 2利用微生物细胞及代谢产物作为絮凝剂。 根据产絮菌不同，微生物絮凝剂可以分为三大类18： 1纯菌株及其产生的微生物絮凝； 2混合菌株及其产生的微生物絮凝剂； 3基因复合型菌株。 1.3.1.2 合成微生物絮凝剂 微生物絮凝剂的合成与微生物絮凝剂产生菌的代谢活动有关。有的产絮菌在代谢活动 停止后才释放絮凝活性；有的菌株在培养初期就能产生絮凝活性，絮凝活性随着时间先升 后降；有的菌株的絮凝活性不断上升。影响微生物絮凝剂合成的因素有很多，包括生理、 物理、化学等方面因素25。 1.3.1.3 微生物絮凝剂对水中污染物的净化作用机理 微生物絮凝剂投入液体后，能使颗粒间排斥力降低并发生絮凝沉淀。目前，国内外的 学者提出了吸附桥联作用机理、电荷中和机理、卷扫作用机理与化学反应机理26- 28等理论， 已经得到了大多数环境工作者的认可。 1.3.2 影响微生物絮凝剂的因素 能够影响微生物絮凝剂产生及微生物絮凝活性的好坏会受到微生物生长环境因素的 影响。 影响微生物絮凝剂产出的因素 高效微生物絮凝剂产生菌的培养条件及其影响因素是因菌种而异的。为了获取微生物 絮凝剂产生菌，就要研究 ph 值、温度、通气量等对微生物絮凝剂影响很大的因素，从而 确定各因素的最佳条件以便获取微生物絮凝剂。 4 第一章 绪论 硕士研究生学位论文 （1）培养基的初始 ph 值：培养基的 ph 值能影响微生物絮凝剂产生菌的絮凝活性以 及可以改变水体中颗粒物的电荷特性。最适 ph 能使微生物菌株呈对数良性增长，此时微 生物分泌絮凝剂旺盛。任何絮凝剂产生菌都有其最适的 ph，但不同絮凝剂产生菌的最适产 絮凝凝活性的 ph 值是不同的，如：rerythropolis29在碱性环境中能合成絮凝活性最好的 絮凝剂，产生絮凝剂的最适 ph 值为 8.09.5。 （2）培养温度：最适温度对微生物絮凝剂产生菌的生长和微生物絮凝剂产生菌的絮 凝活性都有明显的影响，但最适温度一般在 30左右。如果温度太低，菌体生长速度太慢 甚至不生长；如果温度过高，菌体蛋白质失去活性絮凝活性降低。 。 （3）通气量：通气量对微生物絮凝剂产生菌的产絮凝活性有非常重要的影响。适当 的通气量有助于微生物絮凝剂产生菌产絮凝活性的提高。如果通气量太大或太小，都会影 响菌株的产絮凝活性。但要注意的是在菌株培养后期要适当减少通气量， 在菌株培养后期， 过大的通气量会使微生物的絮凝活性大大降低30。 （5）其他：离子种类、离子强度、接种量、培养时间等都会对微生物絮凝剂产生菌 絮凝活性的产生有更要的影响。 影响絮凝活性的因素 微生物絮凝剂产生菌除了受上述的培养基 ph 值、培养温度、通气量等条件影响外， 微生物絮凝剂产生菌的絮凝活性还会受到以下因素的影响： （1）被微生物絮凝剂产生菌絮凝的物质的特性：微生物絮凝剂产生菌是通过吸附桥 联作用、电荷中和、卷扫作用与化学反应等作用将被废水中被絮凝的胶体物质、颗粒物质 凝聚在一起，其絮凝效果易受絮凝剂菌株结构及胶体颗粒、颗粒物质表面特性的影响31。 （2）微生物絮凝剂产生菌的分子结构：微生物絮凝剂产生菌的分子量结构对絮凝剂 的絮凝效果具有重要的影响。例如微生物絮凝剂结构为线性的微生物对废水中的颗粒物质 与胶体物质的絮凝率要比微生物絮凝剂结构为支链结构的微生物的絮凝性要好 32。 （3）微生物絮凝剂的投加量：对于不同的被处理废水需要投加不同的微生物絮凝剂， 并且对需要投加微生物絮凝剂的量的要求也不同，适当的微生物絮凝剂投加量能促进被处 理废水的絮凝效果，过多或过少的微生物絮凝剂投加量都会降低被处理废水的絮凝效果。 （4）ph 值：微生物絮凝剂的絮凝活性受 ph 值的影响非常明显。当向被处理废水加 入 ph 后， ph 值能够改变被处理废水中的胶体物质与颗粒物质表面的电荷特性以及改变微 生物絮凝剂表面的电荷特性，使得被处理废水中的酸碱体系发生了重大的变化，使得微生 物絮凝剂与颗粒物质、胶体物质的表面电荷特性发生了中和作用，增强了微生物絮凝剂的 絮凝效果33。 （5）温度：微生物絮凝剂的絮凝活性受温度的影响也非常明显，温度过高能够使微 生物絮凝剂产生菌的结构发生变化，致使微生物絮凝剂产生菌产絮凝活性的酶失去活性， 从而使得微生物絮凝剂很难吸附废水中的颗粒物质与胶体物质，从而使得絮凝效果降低。 （6）金属离子：当一定浓度的金属离子的加入到已添加了微生物絮凝剂被处理液体 中时，可以作为助凝剂加强了微生物絮凝剂与废水中的颗粒物质、胶体物质的吸附作用， 硕士研究生学位论文 第一章 绪论 5 提高了絮凝效果34- 37。 （7）其他：被处理废水的胶体物质与颗粒物质浓度、微生物絮凝剂表面的结果、胶 体物质与颗粒物质的表面结构等有关。 1.3.3 微生物絮凝剂研发及现状 1.3.3.1 微生物絮凝剂的发展史 早在上个世纪五几年就有微生物研究者发现了有些微生物的菌液具有良好的絮凝效 果，但真正研究开始于，由 jnakamra 等深入研究了这些具有良好的絮凝效果的微生物 菌液，并从这些具有良好的絮凝效果的微生物菌液分离提取出多种具有絮凝活性的微生 物，从此掀起了国内外的研究热潮38- 40。 上个世纪 80 年代，国外有很多位知名的微生物学者在微生物絮凝剂研究方便取得了 很大的成就，对于废水絮凝沉淀起到了举足轻重的作用。例如：htakagi 等人研究出了 对 fe2o3、al2o3等物质有良好的絮凝沉淀作用的拟青霉素絮凝剂15。在研究微生物絮凝剂 方面成就最为突出的是 r y u i c h u r i o k u r a n e ，为废水的预处理起到了模范带头作用。 r y u i c h u r i o k u r a n e 4 1 等从自然界中经过多次分离、提纯、筛选出微生物，命名为 noc- 1 絮凝剂， noc- 1 絮凝剂对染料废水等具有良好的脱色作用，是目前所有研究出的微生物 絮凝剂中对废水絮凝脱色最好的一种微生物絮凝剂。此外，k u r a n e等还对 noc- 1 絮凝剂 产生菌的培养条件优化、寻找最好的代替培养基等进行了进行了深入研究。目前已经取得 了很大的进展，降低了絮凝剂的成本。 鉴于我国人口众多，排污量随着经济的发展日益增加的基本国情，现今人们对于污水 处理的要求越来越高，国内的环境从事着开始注重对微生物絮凝剂产生菌的研究，由于人 们对微生物絮凝剂产生菌的研究较晚，研究出来的微生物絮凝剂尚不能投入生产，因此大 多处于试验室阶段 42。 目前国内有报道的对于微生物絮凝剂的研究出众的寥寥无几，但张本兰、邓波等学者 研究出的微生物絮凝剂具有良好的絮凝活性，对于废水处理的除浊脱色能力非常出众。比 如：张本兰43等人从北京污水处理厂的二沉池的活性污泥中分离提纯出 palcaligenes 微 生物絮凝剂良好的絮凝活性，尤其是对于有色废水，palcaligenes 微生物絮凝剂具有优 良的絮凝脱色能力。还有报道较多、比较出名的是邓述波44等人从土壤中多次分离筛选得 到了一株具有良好絮凝活性的微生物絮凝剂产生菌，邓波将这株对河水具有良好除浊脱色 效果的微生物絮凝剂产生菌命名为 mbfa9。另外对于微生物絮凝剂产生菌的研究比较出 名的有庄源益等人从天津市天桥公园的土壤中分离筛选出多株具有良好絮凝活性的微生 物絮凝剂产生菌，这些具有良好絮凝活性的微生物絮凝剂产生菌对水中染料有非常好的絮 凝沉淀以及除浊脱色作用 45- 47。 综上所述，目前国内对微生物絮凝剂产生菌的絮凝沉淀研究比较落后，还不能与国外 的环境微生物学者微生物絮凝剂产生菌的研究相提并论，但笔者认为我国人才众多，对于 微生物絮凝剂产生菌的研究有很大的潜力，进步十分迅速。 6 第一章 绪论 硕士研究生学位论文 1.3.3.2 微生物絮凝剂的实践应用 众所周知，传统的无机絮凝剂与有机合成絮凝剂虽然具有很多的优点，但是不能克服 用量大、易造成水处理后的污染情况等，在此前提下，对于微生物絮凝剂研发的要求越来 越高，由于微生物絮凝剂具有高效、无二次污染等优点，所以人们都寄希望于微生物絮凝 剂能够很好的替代这些传统的无机絮凝剂与有机合成絮凝剂。目前国内外微生物絮凝剂越 来越多的应用于医药、废水处理等行业的废水处理的前期预处理工作，尤其微生物絮凝剂 对高浓度有机废水中的颗粒物质与胶体物质、有色染料等有非常好的除浊脱色的处理效 果，减轻了设备的负荷，减少了对于设备的污染问题，提高了处理效率41。 鉴于国内外有很多微生物絮凝剂成功应用于废水处理的应用例子，下面将重点介绍几 种国内外应用广发的应用 48- 50 1微生物絮凝剂对高浓度有机废水处理：畜产废水、蹂革工业废水等高浓度有机废 水含有较高的 bod 且难处理的一类废水，并且含有较高浓度的 toc 与 tn。采用微生物 絮凝剂能够很好的达到絮凝沉淀、脱色除浊的效果，还不能造成二次污染，不能对人们造 成身体伤害，绿色环保。通过实验得出，用从活性污泥中分离筛选出的具有高效微生物絮 凝剂产生菌具有良好的除浊脱色效果，也能很好的降低 bod、cod 的效果，具有非常明 显的效果 51。 2微生物絮凝剂对高浓度无机悬浮废水的处理：微生物絮凝剂可以有效处理大量含 有胶体颗粒物质、悬浮颗粒物质的废水。采用微生物絮凝剂能够很好的处理这些高浓度无 机悬浮废水，能够很好的达到絮凝沉淀、脱色除浊的效果，还不能造成二次污染，不能对 人们造成身体伤害，绿色环保。通过试验得出，用从活性污泥中分离筛选出的具有高效微 生物絮凝剂产生菌处理高岭土悬浊液后，经过处理后的高岭土悬浊液上清液清澈透明，由 此可以看出微生物絮凝剂具有很高的除浊能力52。 3微生物絮凝剂对废水的脱色处理：用活性污泥法技术去除废水中的 bod不难，但 对于废水脱色没有效果，对于有色染料分子的处理效果更加难上加难。利用微生物絮凝剂 对处理这些有色染料分子与有色废水能够取得良好的喜人效果，微生物絮凝剂产生菌能够 有效的降解染料分子，很轻易的能得到除浊脱色作用。例如：rkurance53将研制出的微 生物絮凝剂投加到墨水废水、颜料废水等有色废水中，絮凝脱色作用显著，微生物絮凝剂 产生菌分泌的絮凝活性物质能吸附有色废水中的胶体物质、颗粒物质等有色物质，絮凝沉 淀效果非常好，脱色后的液体上清液几乎清澈透明，效果显著54。 4微生物絮凝剂对废水除油或油水分离处理：微生物絮凝剂可以有效处理大量含有 油类物质的废水，能够起到很好的除油效果以达到油水分离。例如 rkurance55等经过分 离筛选出的微生物絮凝剂产生菌的发酵培养液可以很容易地将一些酸类物质从其乳化液 中分离出来，通过肉眼观察可以很容易的看到有明显的油滴悬浮在废水表面，清晰可见， 效果明显，油水分离效果非常好，有明显的分层。 5微生物絮凝剂对膨胀活性污泥和污泥脱水的处理：众所周知，采用常规的无机絮 凝剂与有机合成絮凝剂处理活性污泥的废水非常困难，这是由于利用这些常规的方法处理 硕士研究生学位论文 第一章 绪论 7 活性污泥废水通常会带来许多难以处理的问题，例如：由于活性污泥常常因为发生膨胀 作用而使活性污泥中的微生物失去活性，而使得废水难以处理；活性污泥包裹的很多废 水不易正常脱出，使得废水难以处理，并且效率低下。向含有活性污泥的废水中投加微生 物絮凝剂，微生物絮凝剂产生菌分泌的絮凝活性物质不但能够有效的改善活性污泥的沉降 性能，还能够消除活性污泥中的污泥膨胀问题，使得活性污泥的沉降效果显著，污泥能很 好的沉降下来，并且能使活性污泥包裹的很多废水能够正常脱出，而且微生物絮凝剂的除 浊脱色效果显著，提高了效率56 ，57。 6其他。除了上述所提到的微生物絮凝剂对几种国内外应用广发的应用废水处理外， 还可以应用的其他方面的废水处理。微生物絮凝剂对发酵食品工业的废水具有非常明显的 效果。微生物絮凝剂不但可以用于废水处理，还可以用微生物絮凝剂来处理发酵工业废水 和食品工业等废水的处理，利用微生物絮凝剂可以有效的将这些废水发酵液中的细胞发酵 液中的微生物细胞分离出来，取得了良好的效果。 1.4 絮凝剂开发研究过程中存在的问题 1.4.1 微生物絮凝剂与化学絮凝剂特点比较 由于微生物絮凝剂是一种特殊的高分子代谢产物，拥有独特的分子组成成分及其结构 特征。 1微生物絮凝剂能消除废水处理中二次污染问题58 60 目前投入到生产实践应用的絮凝剂有两类：一类是以铝铁盐为主的无机絮凝剂；另一 类是以聚丙烯酰胺为主的有机高分子聚合絮凝剂。当利用无机絮凝剂与有机高分子聚合絮 凝剂处理的废水经过无机絮凝剂与有机高分子聚合絮凝剂处理之后很容易形成难以被生 物降解的残渣物质，能够对水体、土壤以及人类身体的健康造成污染和伤害，很容易造成 二次污染，有当前提出的绿色环保的意识有悖。 微生物絮凝剂是一类由微生物或其分泌物产生的代谢产物，它是利用微生物技术，通 过细菌、真菌等微生物发酵、提取、精制而得的，是具有生物分解性和安全性的高效、无 毒、无二次污染的水处理剂。由于微生物絮凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮 凝剂本身固有的缺陷，最终实现无污染排放，因此微生物絮凝剂的研究正成为当今世界絮 凝剂方面研究的重要课题61。 2提高净化效果 作为一种非常有潜力的新型絮凝剂，微生物絮凝剂除了有对废水有非常好的除浊脱色 效果，还能对含油类物质的水体有良好的净化效果及除浊脱色效果。目前全世界对于这些 含油类物质的水体的除油方法不是很多，大多环境从事着主要采用生物除油法，但由于生 物除油法一般需要加入化学絮凝剂来处理这些含油类物质的水体，可是化学絮凝剂对微生 物降解油类物质有抑制作用，所以利用化学絮凝剂来处理这些含油类物质的水体的效果不 明显，效率低下。而向含油类物质的水体中投加微生物絮凝剂则会效果不同，微生物絮凝 8 第一章 绪论 硕士研究生学位论文 剂能够降解水体中的油类物质，提高了对油的去除率。通过试验表明，用微生物絮凝剂产 生菌的发酵液产生的絮凝活性物质可以轻松地将一些酸类物质从乳化液中分离出来，能明 显的看到油滴在乳化液中， cod 去除率达到 48%， 远远高于无机絮凝剂和高分子絮凝剂的 絮凝效果。 3微生物絮凝剂价格低廉 微生物絮凝剂可以由微生物产生的一种特殊的高分子代谢产物，它的主要成分是由多 糖、蛋白质等高分子物质；微生物絮凝剂还可以由微生物发酵产生，然而化学絮凝剂是由 人工合成的；在处理费用方面，一般用微生物絮凝剂处理的费用要比用化学絮凝剂处理的 费用低。所以，无论是从絮凝剂的来源、生产加工过程还是从能源消耗方面考虑，微生物 絮凝剂都比无机絮凝剂便宜。 4絮凝范围广，提高了脱色效果。 微生物絮凝剂拥有广泛的处理对象，可用于处理造纸废水、啤酒废水、印染废水、黑 墨水、果汁等多种有色的难以降解的工业废水；还可以用于处理粉煤灰、木炭等浊度比较 大的废水；还可以用于解决活性污泥的污泥脱水问题。例如 noc- 1 微生物絮凝剂在加入微 量助凝剂 ca2+的情况下，可以对上面提到的造纸废水、印染废水等有色废水以及活性炭废 水、纸浆废水等浊度大的废水有非常明显的脱色效果62 ，63。 从上可知，微生物絮凝剂比无机絮凝剂与高分子絮凝剂在水处理领域有着巨大的优 势，作为一类高效安全无毒的絮凝剂最终将最终取代传统的絮凝剂成为水处理絮凝剂方面 的主导者。但微生物絮凝剂也有不足之处，微生物絮凝剂对于废水的絮凝脱色效果易受到 有毒有害物质的干扰，因此，被处理废水中不能有能够抑制菌体生长的有毒有害物质64。 1.4.2 国内外微生物絮凝剂研发过程中存在的问题 现阶段，我国微生物絮凝剂的研发正面临着严峻的挑战，一方面由于国外的研究水平 高，竞争激烈；另一方面我国人们对于环境质量的要求越来越高，因为研发出一种新型的 高效、低毒性、无公害的微生物絮凝剂已经迫在眉睫了。虽然微生物絮凝剂的优势为水处 理的发展提供了一个广阔的前景，具有很大的潜力。但是国内外对于微生物絮凝剂研究仍 然存在不足： （l）研究水平低。目前，国内外的学者对于获得的微生物絮凝剂产生菌仅仅注重絮凝 剂的絮凝性能，对于絮凝效果优秀的絮凝剂菌株的诱变育种以及对絮凝剂产生菌的基因工 程的研究的关注度不够； （2）制备成本高。现阶段大多数的微生物絮凝剂仅为单一菌种，且应用范围不广， 仅对某一种废水有较好的处理效果，使的制备成本偏高； （3）指标单一。目前，国内外只用微生物絮凝剂处理高岭土悬浊液的能力来表征微 生物絮凝剂的活性，对于众多工业废水而言，此指标显然不能全面衡量； （4）絮凝机理还不完善。国内外的学者对于微生物絮凝剂絮凝机理的研究目前没有 突破，仅用经典的胶体体系絮凝理论进行解释，这必然会制约絮凝能力的提高； 硕士研究生学位论文 第一章 绪论 9 1.4.3 微生物絮凝剂的发展方向 由于上述在微生物絮凝剂研发过程中存在的问题，笔者认为，应从以下几点对微生物 絮凝剂进行研发65- 67： （1）深入研究微生物絮凝剂的絮凝机理。对于微生物絮凝剂的絮凝剂机理我们不能 仅仅依靠经典的胶体体系絮凝理论来进行解释，还要结合微生物絮凝剂所处的外部环境与 其内部的结构因素，再加上物理、化学和生物学等不同角度深入研究微生物絮凝剂的絮凝 机理，以便形成一套新的絮凝理论体系，找出微生物絮凝剂的絮凝规律，并且可以根据不 同的废水研发出相对应的絮凝剂。 （2）优化菌株筛选方法。现阶段，对于微生物絮凝剂产生菌的筛选仅仅有利用高岭 土悬浊液来筛选微生物絮凝剂产生菌的方法，这种方法耗时时间长，效率低，存在相当大 的误差。因此找到新的快速准确的筛选微生物絮凝剂产生菌的方法是当务之急。 （3）优化制备原料，降低研发微生物絮凝剂的成本。目前国内外学者对于对于微生 物絮凝剂菌株的培养采用的培养基都很昂贵，一般来说，用牛肉膏蛋白胨培养基培养细菌， 用查式固体培养基培养霉菌，用高式一号固体培养基培养放线菌。这些培养基的得成本偏 高，不利于促进微生物絮凝剂的广泛生产与投入应用。因此找到廉价的培养基原料有助于 降低成本，实现大规模的生产和应用。 （4）构建基因工程菌。仅仅依靠从自然界中得到的微生物絮凝剂产生菌，加个昂贵， 很难实现微生物絮凝剂的生产应用。笔者认为，为了能满足对废水处理的要求，我们应利 用分子生物技术获得高效的微生物絮凝基因，通过转基因技术，或者对高效的微生物絮凝 剂产生菌诱变育种，构建絮凝作用的工程菌。 （5）开发复合型微生物絮凝剂。目前大多数的学制只注重单一微生物絮凝剂产生菌 的研究，并没有进行复合型微生物絮凝剂产生菌的研究。使用复合型的微生物絮凝剂，能 够达到更为理想的废水絮凝效果，并且能够解决处理对象单一的问题。 1.5 论文的研究意义、目的及内容 1.5.1 开发微生物絮凝剂的意义、目的 微生物絮凝剂是一种“绿色”水处理剂，在产品质量、产量和价格上都有很大的开发 潜力，在大规模生产和应用上都有广阔的应用和市场前景。 本课题组旨在独立筛选出一种高效微生物絮凝剂产生菌，并且对其进行诱变育种，以 得到更高效的微生物絮凝剂产生菌，制备成微生物絮凝剂，将得到的微生物絮凝剂应用于 对生活污水的处理，使得处理后的生活污水能到达到后续生物处理工序的水质要求。 1.5.2 论文的研究的内容 1从土壤和活性污泥中分离筛选出一株效果较好的菌株，并对其进行诱变育种。 2对通过紫外诱变育种得到的絮凝剂产生菌进行鉴定，并且优化菌种产絮凝剂的培 10 第一章 绪论 硕士研究生学位论文 养条件，从中得到最佳培养条件。 3对微生物絮凝剂进行絮凝剂成分鉴定，确定微生物絮凝剂成分。 4 研究环境因素对微生物絮凝性活性的影响，用正交试验方法来测定初始水样的 ph 值、发酵液的用量等因素确定微生物絮凝剂的最佳应用环境； 5将微生物絮凝剂用于处理生活污水的实验研究，为微生物絮凝剂用于处理生活污 水奠定基础。 硕士研究生学位论文 第二章 微生物絮凝剂产生菌的分离、 筛选 11 第二章 微生物絮凝剂产生菌的分离、筛选 微生物絮凝剂是一类由微生物或其分泌物产生的代谢产物，它是利用微生物技术，通 过细菌、真菌等微生物发酵、提取、精制而得的，是具有生物分解性和安全性的高效、无 毒、无二次污染的水处理剂。由于微生物絮凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮 凝剂本身固有的缺陷，最终实现无污染排放，因此微生物絮凝剂的研究正成为当今世界絮 凝剂方面研究的重要课题。 微生物絮凝剂产生菌的一般筛选程序是： 采集分离样本? 菌株的富集培养? 多次平板分离? 挑选菌落? 纯菌种培养? 菌株的 初筛? 菌株的复筛? 微生物絮凝剂产生菌。 2.1 菌源 主要以土壤，活性污泥中的微生物作为菌源： 1. 沈阳建筑大学校园稻田土壤及校园池塘塘底泥。 2. 沈阳市浑河岸边土壤。 3. 沈阳市北部污水处理厂的污水与二沉池中的活性污泥。 2.2 试验主要仪器、材料及方法 2.2.1 试验主要使用仪器 用具：脱脂棉、三角瓶、烧杯、电炉、量筒、玻璃棒、称量纸、胶头滴管、试管、硅 胶塞、接种环、移液管、吸耳球等。 本章所用试验仪器如表 2- 1 所示。 表 2- 1 试验仪器列表 tab.2- 1 list of experimenttal instruments 仪器名称 型号 产地 恒温摇床 hzq- x100 上海精密科学仪器有限公司 恒温摇床 hzq- x100 上海精密科学仪器有限公司 电子天平 fa1004n 上海精密科学仪器有限公司 紫外可见分光光度计 agilent- 8453 尤尼克（上海）仪器有限公司 电热蒸汽压力消毒器 ldzx- 40型 上海申安医疗器械厂 冰箱 bcd- 125k 贵州海尔电器有限公司 生化培养箱 shp- 250 上海精宏实验设备有限公司 12 第二章 微生物絮凝剂产生菌的分离、筛选 硕士研究生学位论文 光学显微镜 ys2- h 中国尼康有限公司 恒力磁力搅拌器 jb- a 上海精密科学仪器有限公司 洁净工作台 sw- cj- 2d 型 苏州净化设备有限公司 高速台式离心机 tdl- 5- a 上海安亭科技仪器厂 扫描电镜 日立 s- 3400n 日本 电热鼓风干燥箱 dhg- 9140a型 上海精密实验设备有限公司 ph 复合电极 雷磁 zd- 2 上海精密科学仪器有限公司 万用电炉 上海精密科学仪器有限公司 电热恒温水浴锅 hh.s21- 6 上海精密科学仪器有限公司 2.2.2 试验所用培养基 根据实验需要，选择 5 不同的培养基，分别是牛肉膏蛋白陈固体培养基、查氏固体培 养基、通用发酵固体培养、高氏一号固体培养基和马铃薯培养基，每种培养基的组成成分 见表 2- 2。 表 2- 2 培养基组成 tab.2- 2 culture composition 培养基名称 成分 牛肉膏蛋白陈固体培养基（培养细菌） 牛肉膏 5g，蛋白陈 10g，氯化钠 5g，琼脂 15 20g，水 1l，ph 值 7.28.0 查氏固体培养基（培养霉菌） 蔗糖 30g， nan03 3g， k2hpo4 1g， feso4 0.01g， kcl 0.5g，mgso4 0.5g，琼脂 1520g，水 1l 通用发酵固体培养（发酵培养细菌） 葡萄糖 30g， (nh4)2so4 0.2