（环境工程专业论文）混合型絮凝剂产生菌的筛选及培养条件研究.pdf

混合型絮凝剂产生菌的筛选及培养条件研究 环境工程专业 研究生：李霞指导教师：王向东 长期以来，水处理中使用的絮凝剂主要有无机的铝系、铁系和合成高分子 聚丙烯酰胺类絮凝剂。有关研究表明，从饮用水中摄入过多铝离子的人群中， 老年性痴呆症的患者比例较高。铁盐絮凝剂对金属有腐蚀作用，会使水生色， 高浓度的铁会对人类健康和生态环境造成不良影响。聚丙烯酰胺絮凝剂的单体 有神经毒性和致畸、致癌、致突变效应，使它们的应用受到很大限制。相比之 下，微生物絮凝剂对人类无害，又可被生物降解，对生态环境也不存在不良影 响，且具有来源广泛、高效、无毒等优点。因此，微生物絮凝剂的研究开发与 应用成为目前研究的重点。但大多还处于起步阶段，局限于实验室水平的菌种 常规筛选与鉴定及高岭土悬浮液性能评价研究，在絮凝机理、产絮凝剂条件及 产絮凝剂的基因控制、絮凝剂的纯化、性质及应用方面还有待深入研究，而且 大多培养基成本较高，无法实现工业化生产。因此本论文利用高浓度的淀粉废 水对混合型的絮凝剂产生菌进行培养，以期达到降低成本、增强菌种适应能力 的目的。 本论文从活性污泥中进行具有絮凝活性菌株的分离和筛选，并对其进行了 混合和最佳培养条件的优化；利用淀粉废水对该混合菌进行培养，考察了其在 培养过程中对废水中还原糖的转化以及不同废水含量对絮凝活性的影响；同时 对絮凝剂产生菌合成絮凝剂影响因素( 初始p h 、摇床转速、接种量及外加碳源 量) 进行了考察：利用淀粉废水对该混合菌进行培养，并将其所产絮凝剂对制 酒废水、淀粉废水、活性污泥、造纸废水的处理效果进行了初步考察。 本研究从活性污泥中分离筛选出了细菌8 4 株、霉菌1 0 株、酵母菌2 2 株、 放线菌2 株，经过混合培养后得到了两株絮凝活性较高的9 + 2 1 。混合细菌和 j 1 + j 4 。混合酵母菌。经正交试验结果表明，9 + 2 14 和j 1 + j 4 。混合菌在利用淀粉废 水进行培养的最佳条件分别为p h 值为5 、摇床转速为l o o r m i n 、接种量为2 5 、外加碳源量为4 和p h 值为5 、摇床转速为l o o r m i n 、接种量为1 0 、外 加碳源量为2 ，其絮凝率分别为7 7 9 和7 8 3 。并且该絮凝剂对制酒废水、 淀粉废水、活性污泥、造纸废水的浊度、色度和c o d 均有一定的去除率。 以上结果表明了淀粉废水可用于微生物絮凝剂产生菌的培养，降低其生产 成本。该研究结果可以作为利用有机废水进行微生物絮凝剂生产的基础数据， 并为该方法的实际应用和深入研究奠定了一定的基础。 关键词：生物絮凝剂混合细菌混合酵母菌淀粉废水培养条件优化 s c r e e n i n go fc o m p l e xf l o c c u l a n t p r o d u c i n g s t r a i na n di t sc u l t u r a lc o n d i t i o i i s e n v i r o n m e n t a le n g l n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ：l ix i a8 u p e r v is o r ：w a n gx i a n g d o n g a b s t r a c t ：f o ra1 0 n gt i m e ，t h ef l o c c u l a n t su s e di nw a t e ra n d w a s t e w a t e rt r e a t m e n tm a i n l yi n c l u d ei r o ns a l t 、a l u l l l i n u ms a l ta n d p o l y a c r y l a m i d ef l o c c u l a n t t h er e l a t e dr e s e a r c hs u g g e s t st h a tt a k i n g s u p e r f l u o u sa l u m i n u m i o nf r o m d r i n k i n gw a t e rw o u l di n c r e a s et h e p r o p o r t i o no fs u f f e r i n gf r o ms e n i l ed e m e n t i a t h ei r o ns a ltw o u l dc o r r o d e t h em e n t a la n dc o l o rt h ew a t e r h i g hc o n c e n t r a t i o no fi r o nw o u l dl e a d t on e g a t i v ei m p a c to nh u m a na n d t h ez o o l o g y s y n t h e t i ch i g h p o l y m e r f l o c c u l a n th a sal i t t l et o x i c i t y f o r e x a m p l e ，t h em o n o m e ro ft h e p o l y a c r y l a m i d eh a sn e r v a lt o x i c i t ya n dl e a dt om a c r o c e p h a l y 、c a n c e ra n d m u t a t i o n ，t h u s1 i m i tt h e i ra p p i i c a t i o n i nc o n t r a s t ， m i c r o b i a l f l o c c u l a n t st h a th a v ef l o c c u l a n t i n ga c t i v i t ya r eg e n e r a l l yb i o d e g r a d e d r e a d i l y a n da r eh 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 n s t h u s b i o f l o c c u l a n t sa r ea t t r a c t i n gw i d ei n t e r e s ta n du r g e n t l yc a l l e df o r b u t t h ed o m e s t i c r e s e a r c hw o r k s f o c u si nc o n v e n t i o n a l s c r e e n i n go f f l o c c u l a t i n gk a o l i ns u s p e n s i o n m a n yq u e s t i o n sm u s tb em o r es t u d i e do n m e c h a n i s m so ff l o c c u l a t i o n c u l t u r ec o n d i t i o n so fb i o f l o c c u l a n t s p r o d u c t i o n ，g e n ec o n t r o lo np r o d u c i n go ff l o e c u l a n tp r o d u c i n gs t r a i n s ， c h a r a c t e r iz a t i o n a n da p p l i c a t i o no fb i o f l o c c u l a n t s b e c a u s eo f h i g h c o s to fc u l t u r em e d i u m i ti sh a r dt or e a l i z ei n d u s t r i a l i z a t i o no f m i c r o b i a lf 1 0 c c u l a n t s p r o d u c t i o n t h e r e f o r e ar e s e a r c hh a sb e e n c o n d u c t e do nc o m p l e xm i c r o b i a lf l o c c u l a n t si no r d e rt od e c r e a s em i c r o b i a l f l o c c u l a n t sc o s ta n di n c r e a s et h ea b i l i t yo fs t r a i n st oa d a p te a s i l y t h es t u d yo fs c r e e n i n ga n dm i x i n go ff l o e c u l a n t p r o d u c i n gs t r a i n s a n do d t i m i z a t i o no f i t sc u l t u r a lc o n d i t i o n sh a v eb e e nd o n e t h em i x e d s t r a i n sw e r ec u l t u r e di ns t a r c hw a s t e w a t e r ，a n dt r a n s f o r m a t i o n o f r e d u c i n gs u g a rb yt h e mi n t h ep r o c e s sa n dt h e i n f l u e n c eo fw a s t e w a t e r q u a n t i t y o nt h ef l o c c u l a n ta c t i v i t yw e r ei n v e s t i g a t e d m e a n w h i l e ， i n i l u e n c ef a c t o r so ft h em e d i u mi n i t i a lp h 、a g i t a t i o nr a t e 、r e l a t i v e l y i n o c u l u m 、a d s c i t i t i o u sc a r b o ns o u r c e so ns y n t h e s i z eb i o - f l o c c u l a n tw e r e i n v e s t i g a t e d t h es t u d y o fd i s p o s e de f f i c i e n c yo nw i n ed i s t i l l e r y w a s t e w a t e r ，p a p e rm a k i n gw a s t e w a t e r ，s t a r c h w a s t e w a t e r ，a c t i v a t e ds l u d g e w a sd o n e s t r a i n sw h i c hw a si s o l a t e df r o ma c t i v a t e ds l u d g ew e r em i x e dw i t he a c h o t h e r a n dt h em i x e ds t r a i n so f9 + 2 1 、j 1 + j 4w e r es c r e e n e d b ym e a n so f o r t h o g o n a lt e s t ，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 d t h er e s u l t s s h o w e d t h a tt h eo p t i m u mc u l t u r ec o n d i t i o n s o f c o m p l e xf l o c c u l a n t p r o d u c i n gs t r a i n sw e r et h em e d i u mi n i t i a lp h5 0 ，a g i t a t i o nr a t el o o r m i n ， r e l a t i v e l yi n o c u l u m2 5 a d s c i t i t i o u sc a r b o ns o u r c e s4 a n dt h em e d i u m i n i t i a l p h5 0 ，a g i t a t i o n r a t e l o o r m i n ，r e l a t i v e l y i n o c u l u m1 0 ， a d s c i t i t i o u sc a r b o ns o u r c e s2 t h ef r a c t i o n a lf l o c c u l a t i o n a lw e r e7 7 9 a n d7 8 3 r e l a t i v e l y 。t h eb i o f l o c c u l a n tp r o d u c e db ym i x i n gs t r a i n su s i n g s t a r c hw a s t e w a t e rs h o w e dr e d u c ev a l u e so ft u r b i d i t ya n dc o dt os t a r c h w a s t e w a t e r ，p a p e rm a k i n gw a s t e w a t e r ，w i n ed i s t i l l e r yw a s t e w a t e r ，a n d a c t i v a t e ds l u d g e t h ed a t ai n d i c a t e dt h a ts t a r c hw a s t e w a t e rc a nb eu s e dt oc u l t u r e f l o c c u l a n tp r o d u c i n gs t r a i n s ，a n dr e d u c et h ep r o d u c t i o nc o s t t h es t u d y r e s u l t sa r ev e r yw e i g h t i l yb 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 ti n o r g a n i cw a s t e r w a t e r ，a n db u i l daf o u n d a t i o nf o ra p p l i e a t i o na n df u r t h e r s 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 ds t r a i ns t a r c hw a s t e w a t e r c u l t u r ec o n d i t i o n so r t h o g o n a lt e s t 四川大学硕士学位论文 1 前言 随着科技的不断进步和工农业的迅猛发展，人们对水资源的利用率和水质 的要求也越来越高。但是却出现水资源的严重匮乏和污染日益加重的问题，很 大的限制了经济的发展。因此对污染水的处理成了人们关注的热点。目前水处 理技术“1 分为物理处理法、化学处理法、生物处理法三大类。其中物理处理法有 离心法、沉淀法、上浮法、气浮法、汽提、过滤法和反渗透法等；化学处理法 主要有中和、混凝、电解、氧化还原、萃取、吸附、离子交换和电渗析等；生 物化学处理法的主要方法可分为两大类，即利用好氧生物作用的好氧法和利用 厌氧微生物作用的厌氧法。前者广泛应用于处理城市污水及有机性生产废水； 后者多用于处理高浓度有机污水与污水处理过程中产生的污泥。 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、燃料行业和生活 污水中则含有大量的有机微粒。这些悬浮物，溶胶或者是有机污染物等，其大 小在1 0 1 1 0 - 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，其中的一个原因就是水体中的悬浮 体及溶胶表面大多带有同性电荷，颗粒间由于同性电荷的相斥而分散稳定，不 互相凝聚。因此对于这类废水的处理，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淀出来，这是给水与废水处理中广泛采用的方法。在给水 处理中，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。在一些城市污水 的三级处理中，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 溶胶和悬浮体，包括无机物和部分有机物。 具体来说，絮凝过程”3 就是向被处理水中加入一定量的絮凝剂，使水中胶体 在所加絮凝剂作用下，相互接触、碰撞脱稳凝聚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) ，最终借助重力作用而沉淀以达到固液分离的目的。因此，在絮凝处 四川大学硕士学位论文 理过程中，絮凝剂的种类、性质是关系到絮凝处理效果的关键因素。有了性能 优异的絮凝剂，通过控制合适的加药量及混合方法，加之后续合理的沉淀过滤 工艺，便能获得理想的处理效果。所以，开发新型、高效的絮凝剂一直是水处 理工作者研究的热点。 目前已开发出的絮凝剂种类很多，一般可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂和 微生物絮凝剂三大类”1 。 1 1 无机絮凝剂 根据分子量的大小，可将无机絮凝剂分成无机低分子絮凝剂和无机高分子 絮凝剂两大类。 在水处理中所使用的无机低分子絮凝剂主要为铝盐和铁盐。其中铝盐主要 有硫酸铝、明矾、铝酸钠。铁盐主要有三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁。在铝盐 中硫酸铝是给水和废水处理中使用最早、最广泛的絮凝剂。明矾是硫酸铝与硫 酸钾的复盐，在我国常用于饮用水的净化过程。与铝盐絮凝剂相比，铁盐絮凝 剂适应的p h 值范围大，受水温影响小，形成铁的氢氧化物絮体快，且密度和强 度更大，因而所形成的絮体沉降速度快，净水效果显著。其中三氯化铁就是一 种常用的絮凝剂，具有易溶于水，矾花大而重，沉降性好，对温度、水质及p h 值的适应范围广等优点。硫酸亚铁俗称绿矾，形成絮体快而稳定，沉淀时间短， 适用于碱度高、浊度大的情况。总的来说低分子铝盐絮凝剂和铁盐絮凝剂的优 点是比较经济、使用方法简单且容易获得。但是由于无机低分子絮凝剂分子量 较低，造成它在使用过程中投入量较大，产生的污泥量很大，絮体较松散含水 率很高，污泥脱水困难。 以聚铝如聚合硫酸铝、聚合氯化铝、碱铝和聚铁如聚合硫酸铁、聚合氯化 铁为主的无机高分子絮凝剂被称为第二代无机絮凝剂。它是在铝盐、铁盐絮凝 剂的基础上发展起来的一类新型的水处理药剂。此类絮凝剂在用作水处理过程 具有形成絮体的速度较快，絮体颗粒和相对密度都较大，沉淀性能好，投加量 较小且与无机低分子絮凝剂相比混凝效果得到了很大的提高，价格又相对较低 等优点。由于无机高分子絮凝剂比低分子的絮凝剂絮凝效果优异，因此已被广 泛应用于给水和工业废水以及城市污水的处理中，逐渐成为主流絮凝剂“”“”1 。 尽管无机絮凝剂存在许多的优点，但研究表明，铝盐絮凝剂具有一定的毒 四川大学硕士学位论文 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 o 5 m g l ，即可使鲑鱼致死；( 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，老年性痴呆病就 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目俱增正是由于饮 用水中含有较高浓度的铝，其经过很短的时间就可以大量累积于脑组织中而发 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。而铁盐絮凝剂 对金属有腐蚀作用，并且会造成处理水中带有颜色，不易去除，操作条件也较 差，而且高浓度的铁也会对人体健康和生态环境造成不利影响。 1 2 有机高分子絮凝剂 有机高分子絮凝剂主要分为两大类即合成有机高分子絮凝剂和天然高分子 絮凝剂。 1 2 1 合成有机高分子絮凝剂 合成有机高分子絮凝剂的种类繁多，如阴离子型的聚丙烯酸钠、聚苯乙烯 磺酸钠；阳离子型的苯烯酰胺一二甲基二烯丙基氯化铵共聚物和非离子型的聚 丙烯酰胺。其中以聚丙烯酰胺类絮凝剂应用最广泛。在我国聚丙烯酰胺及其衍 生物约占合成高分子絮凝剂总量的8 5 “”1 。 与无机絮凝剂相比，合成有机高分子絮凝剂用量少，絮凝速度快，受共存 盐类、介质p h 值及环境温度影响小，产生絮凝体粗大，沉降速度快，处理时间 短，效率高，所产生的污泥比较容易处理。目前，高分子絮凝剂已经广泛地应 用在石油工业废水、印染工业、食品工业、化工、造纸废水等的处理中“”“。 但是有机高分子絮凝剂的缺点也很突出。它的最大缺点是绝大多数的人工 合成的有机高分子絮凝剂都有毒性，例如目前使用较多的是聚丙烯酰胺类絮凝 剂，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，而且还具有 很强的致癌性“州，因此不能用来处理饮用水，只能用来处理废水。并且有机 合成高分子絮凝剂的含水率高，以致于产生的污泥体积庞大，也是它的一个缺 点。 四川大学硕士学位论文 1 2 2 天然高分子絮凝剂 天然高分子絮凝剂主要包括淀粉、纤维素、含胶植物、多糖类和蛋白质等类的 衍生物。其可分为两大类：碳水化合物类( 多糖类) 和甲壳素类。其中碳水化 合物类絮凝剂含有活性基团，如羟基、酚羟基等，表现出较活泼的化学性质。 通过羟基的酯化、醚化、氧化、交联、接枝、共聚等化学改性，其活性基团大 大增加，对悬浮物有更强的捕捉与促沉作用，使其絮凝效果得到改善。经改性 的天然高分子絮凝剂与合成高分子絮凝剂相比，具有选择性强、无毒、廉价等 优点。甲壳素类是自然界中含量仅次于纤维素的天然有机高分子化合物，由于 这类物质分子中含有酰胺基、羟基，因此具有吸附絮凝功能。近年的研究发现， 它对金属离子如m n “、c u ”、p b ”、c r ”、z n ”和a g + 等有很强的去除能力。并且甲 壳素及壳聚糖的应用研究已有相当部分进入实用阶段和实现商品化。例如用于 水质净化和饮料的除浊澄清、仪器工业下脚废水处理及对淀粉、蛋白质的回收、 活性污泥的凝聚及脱水、印染废水染料的凝聚等“”“”“。 因此天然有机高分子絮凝剂主要是易于生物降解、无害、无二次污染。如 天然有机絮凝剂中的改性淀粉就用在一些禁止使用聚丙烯酰胺类絮凝剂的场 所。但天然有机高分子絮凝剂往往存在絮凝效果不尽如人意，主要是因为天然 高分子絮凝剂电荷密度较小，相对分子量低，易生物降解导致储存期较短，投 加剂量大等问题出现，从而妨碍了其实际应用的有效性。国外的对有机高分子 絮凝剂的研究较多，而且日趋成熟。而国内虽然近十年来取得一定的进展，但 与国外相比差距依然很大，主要是品种少、产量低、整体质量水平不商。 1 3 微生物絮凝剂 由于无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂在水处理中具有良好韵絮凝效果和较 低的成本，使其在生产和保护环境中起到重要作用。然而，长期实践证明，无 机和有机高分子絮凝剂都存在着一些缺陷，尤其是它们在使用过程中的不安全 性和给环境造成的二次污染问题越来越引起人们的重视0 1 ，使得近年来絮凝剂 的研制开发向着复合型及其无毒害生物型高效低毒的新型絮凝剂的方向发展。 微生物絮凝剂“7 。”1 是利用生物技术，从微生物或其分泌物中提取、纯化而 获得的一种安全、高效且能自然降解的新型水处理剂。其主要活性成分有糖蛋 白、多糖、蛋白质、纤维素和d n a 等。与无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂相比， 4 四川大学硕士学位论文 微生物絮凝剂有以下特点”2 m 2 “： ( 1 ) 高效。与常用的各类絮凝剂铁盐、铝盐、聚丙烯酸胺相比微生物絮凝 剂对活性污泥的絮凝速度最大，而且絮凝沉淀比较容易用滤布过滤。比如用聚 丙烯酰胺4 0 0 m g l 以上的量就会使絮凝沉淀粘稠而不易过滤。 ( 2 ) 无毒。微生物絮凝剂不会给被处理对象带来f e ”、a l ”等无机离子和合 成高分子絮凝剂单体的生物毒性。经小白鼠安全试验证明，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。 ( 3 ) 可消除二次污染。无机和有机絮凝剂易造成二次污染，据有关研究表 明铝盐对水生生物、植物、微生物和人均有毒性，老年性痴呆即是铝性脑病的 一种。聚丙烯酰胺是目前使用最多的絮凝剂，其本身虽无毒性，但它的单体丙 烯酰胺具有强烈的神经毒性，而且还是很强的致癌剂。而微生物絮凝剂则安全 无二次污染，微生物絮凝剂由于其成分复杂多样，已报道的微生物产生的絮凝 物质为糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素、d n a 等高分子物质，可被生物降解，因 而可消除絮凝后带来的二次污染。 ( 4 ) 絮凝范围广泛，脱色效果独特。微生物絮凝剂能絮凝处理的对象较广， 有活性污泥、粉煤灰、果汁、饮用水、河底沉积物、细菌、酵母菌以及各种生 产废水而其他絮凝剂则由于各自的特点而在某些应用领域受到限制。而且生 物絮凝剂对悬浊液絮凝速度快、用量少，对胶体、溶液( 如多种染液) 均有较 好的絮凝效果，对富含有机物的屠宰废水和血水也有较好的去色效果。 1 3 1 微生物絮凝剂产生菌的种类 产生微生物絮凝剂的种群主要通过天然土壤、活性污泥和直接购买纯微生 物菌株获得。产生微生物絮凝剂的微生物种类很多。目前所发现的种类有细菌、 霉菌。酵母菌、放线菌等，见表1 1 。 1 32 微生物絮凝剂的种类 根据絮凝剂在微生物发酵液中分布的不同，可将其划分为4 种类型。( 1 ) 直接利用微生物细胞及其发酵液作为絮凝剂；( 2 ) 直接利用微生物细胞壁提取 物作为絮凝剂，这些细胞壁的基质主要由许多异多糖、脂类物质和部分蛋白质 构成。而这些物质含有大量活性羟基和氨基，对许多物质有极强的絮凝能力；( 3 ) 四川大学硕士学位论文 表1 1 产生微生粝絮凝剂的微生物种类 拉丁名称中文名称拉丁名称中文名称 a e r o m o n a ss p 气单胞菌e u p e n c i c i n i u mc r u s t a c e u s m e a l y g e n e sc u p d u s 协腹产碱杆菌g e o t r i c h u mc a n d i d u m白地霉属 a s p e r g i l l u ss o j a e 酱油曲霉k e b s i e l l ap n e u m o n i a e 克氏肺炎杆菌 a s p e r g i l l u so c h l a c e u s 棕曲霉k l e b s i e l i a 叫 克氏杆菌属 a s p e r g i l l u sp a r a s t c u s 寄生曲霉 崩o n a c u sa n k s 赤红霉素 a n a b a e n as p ，口项圈藻n o c a r d i nr e s t r j e t a 椿象虫诺卡氏菌 a n a b a e n as pn 1 4 4 4n o c a r d i n c a c a r e a 石灰壤诺卡氏菌 a c i n e t o b c t e rs pn o c a r d i nr h o d n i i 红色诺卡氏菌 a z o n m o n a ss p 氮单胞菌o e r s k c a v i a 印 氏杆菌属 a c i n e t o b c t e rs p 不动细菌属 p e a e f l m y c e ss p 拟青霉属 a r t h r o b a c t e rs p节细菌属p s e u d o 口o n a da e r u g i n o s a 铜绿假单胞菌 a g r o b a c t e r i m ns p土壤杆菌属 p s e u d o m o n a df u o l e s c e a s 荧光假单胞菌 a n a b e n o p s i sc i r c a l a l a n s p s e u d o m o n a df a e c a l i c 粪便假单胞菌 a r i r i e l lr e l l c u i a i ar h o d o c o c c u se r y t h r o p o h s 红平红球菌 b a c i l l u sm e g a t e ii a m 芽孢杆菌 m h o d o v u l u ms pp s 8 8 b a c i l l u s i c h e n i f o r m i s 地衣杆菌s c h i z o s a c c h a r o m y c e sp o n b e 粟酒裂殖酵母 b r e v j b a c t e r i u mj n e s c t i o h i l u 嗜虫短杆菌 s l a p h y t o c o e c u sa u r e u a金黄色葡萄球菌 b a c i l l u ss pp p 一1 5 2杆状菌s o z d a r i a f i m i e o a 粪壳菌属 b r o w nr o tf u n g i 棕腐真菌 s p o r o a c t o b a c y l u ss p 芽孢乳杆菌属 c o r y n e b a c t e r j u mb r e v i c a e棒状杆菌s t r e p t o c o c c u sa u l e u s 灰色链霉菌 c i t r o b a c t e r 印t k f 0 4 s t r e p t o m y c e sv i n a c e n s酒红色链霉菌 c i r c i n e l l a a y d o w i 卷霉属x a n r b o m o n a s 黄单胞菌属 c o r y n e b ac e t r i u mh y d r o c a r b o d a s t u s 解烃棒杆菌 勋i t er o tl u n 9 2 白腐真菌 c o r y n eb a c t e r i u m 印z o o g l o e ar a m i g e r a生枝动胶菌 d i s u l f u r y c a n s 硫酸盐还原菌 d e m a t i u ss p 暗色孢属 6 四川大学硕士学位论文 利用微生物细胞代谢产物作为絮凝剂。微生物细胞分泌到细胞外的二次代谢产 物主要是细菌的荚膜和粘液层等，除水分外，其主要成分为多糖及少量的多肽、 蛋白质、d n a 、脂类及其复合物；( 4 ) 利用克隆技术所获得的絮凝剂。这类絮凝 剂是利用基因工程技术和现代分子生物学，把高效絮凝基因转移到便于发酵的 菌中，构建高效遗传菌株。 1 3 3 微生物絮凝剂的絮凝机理 目前，普遍认为絮凝剂的作用机理有三种4 1 ，即电性中和、吸附架桥和网捕 或卷扫作用，这三种作用机理究竟以何种为主，取决于絮凝剂的种类和投加量、 水中胶体粒子性质、含量以及水的p h 值等，有时这三种作用会共同作用，使胶 体脱稳。 对于微生物絮凝荆的作用机理人们也已经进行了大量的研究，但还不是十 分清楚。由于微生物絮凝剂分子结构和合成高分子絮凝剂的类似，所以一般认 为微生物絮凝剂的絮凝作用机理同高分子絮凝剂也相似。絮凝剂加入水中后， 可能通过压缩双电层、吸附架桥作用和网捕作用使溶液中颗粒间排斥能降低， 颗粒脱稳发生凝聚和絮凝，形成矾花沉降。 而吸附架桥作用机理是目前较为普遍接受的作用机理。此学说认为絮凝剂 大分子借助离子键、氢键及范德华力吸附胶体颗粒，通过和颗粒间的架桥形成 一种网状三维结构后沉淀下来。所谓架桥，是指吸附在某个微粒表面上的线性 生物分子长链可能同时吸附在另一个微粒的表面上，通过桥联方式将两个或更 多的微粒联一起，该学说可以解释大多数m b f 引起的絮凝现象。l e v y 1 等以吸 附等温线和电位测定表明，环圈项圈藻p c c - - - 6 7 2 0 所产絮凝剂确实是以桥联 机制为基础的。电镜照片显示的聚合细菌之间由细胞外聚合物搭桥相连，正是 这些桥使细胞丧失了胶体的稳定性而紧密地聚合成凝聚体在液体中沉淀下来。 架桥的必要条件是微粒上存在空白表面。一般来说，分子量大的微粒对架桥有 利，其絮凝效率高，但因为架桥过程中也会发生链段间的重叠，从而产生一定 的排斥作用；若分子量过高，则这种排斥作用会削弱架桥作用，使絮凝效果变 差。另一方面，如果m b f 的带电符号与微粒相反，则絮凝剂的离解程度就大， 电荷密度越高，分子越易扩展，越有利于架桥。 四川大学硕士学位论文 o o o 0o 悬浮颗粒 嗳附集挢 图1 ，1 微生物絮凝剂的吸附架桥过程 1 3 - 4 微生物絮凝剂的研究概况 对产絮凝性物质微生物的研究，最早见诸报道的是1 9 5 3 年，b u t t e r f i e l d ” 从活性污泥中分离出1 株细菌，该菌的培养液具有一定絮凝能力。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1 株捧状杆菌，该菌可分泌对泥水具有絮凝作用 的多聚物。1 9 7 5 年，j u n j in a k a n u r a 等啪1 对2 1 4 株微生物进行了分离筛选，最 终得到1 9 株产絮凝剂的微生物，其中细菌5 株、放线菌5 株、霉菌8 株、酵母 菌1 株。1 9 8 5 年，h i r o n k it a k a g i 等。”对他们分离出的p e a c i l o m y c e ss o 卜 产生的絮凝剂的研究表明，对各种微生物细胞均有絮凝沉淀作用，并且可以除 去溶液中几乎所有的悬浮颗粒，如血红细胞、碳粉、纤维素、硅藻土等。1 9 8 6 年，r y u i c h i r ok u r a n e 等o ”发现红平球菌s 一1 ( 丑e r y t z r o p o y s h ) 菌株产 生的絮凝剂n o c l ，其对大肠杆菌、酵母、泥浆水、河水、粉煤灰水、活性碳 粉水、膨胀污泥、纸浆废水等均具有极好的絮凝和脱色效果，这一研究表明微 生物絮凝剂在废水处理方面实用性很强。 而目前人们对于微生物絮凝剂的研究主要从高效絮凝剂产生菌的筛选、微 生物絮凝剂的生产条件、絮凝机理和实际的应用这几个方面进行。 1 3 4 1 微生物絮凝剂产生菌的分离和筛选 絮凝剂产生菌的来源比较广泛，大多数来源于土壤和活性污泥之中。1 9 8 5 年，n o r i os h i m i z u 和y o o j io d a w a r a 。2 3 从具有高b o d 负荷的活性污泥中分离出 9 株能形成絮凝剂的细菌，其中能形成很大易沉淀絮体的菌株鉴定为 四川大学硕士学位论文 d g r o b a c t e r i u m 菌，在活性污泥中加入该菌将提高污泥的沉淀性能。1 9 8 6 年， r k u r a n e 等o ”人从土壤中筛选出1 4 株具有絮凝效果的菌种，并指出了絮凝效果 最好的是红平红球菌。1 9 9 1 年，k t o e d a 和k ，k u r a n e 。”从土壤株分离出一株革 兰氏阴性菌一产碱杆菌( a l c a l i g e n ec u p i d u s ( 7 2 0 1 ) ，该菌在含有蔗糖的培 养基中生长并分泌絮凝物质。1 9 9 7 年s u b h 一h o ”等人发现的d p 一1 5 2 絮凝剂， 其首次发现杆状细菌也能产生絮凝剂。2 0 0 1 年，s h i h ，i l 。等再次发现了一 株杆状细菌c c r c 2 8 2 6 可产絮凝剂，并指出该絮凝剂的分子量达2 1 0 6 ，最适环 境为中性。2 0 0 3 年，新加坡国立大学的s d e n t 等。”从土壤中分离出一株粘质杆 状细菌，并用于处理淀粉废水处理可使s s 和c o d c r 分别降低8 5 5 和6 8 5 。 江南大学的何宁”从土壤中分离出一株谷氨酸棒杆菌属( c c t c cm 2 0 1 0 0 5 ) ，其 产生的m b f 分子量为1 0 5 d a 。连宾”1 等人从土壤筛选分离到一株硅酸盐细菌g y 0 3 菌株，其对制药废水去除率为7 8 1 - - 9 4 7 ，对生活污水浊度的去除率为8 5 3 - - 9 2 5 ，对墨汁溶液的脱色率为5 3 2 以上。成文“”等筛选和诱变获得的 4 株絮凝剂产生菌h i t e p 7 、h h e a 8 、h h e - p 2 1 、h h e a 2 6 经鉴定分别为产紫青霉 系、烟曲霉、圆弧青霉系、杂色曲霉，对建材废水、餐厅废水、市政废水、淀 粉废水的絮凝剂都在9 0 以上。 许多重要的生化过程靠单种微生物是不能完成或只能微弱进行，并且由于 微生物自身的特点使其菌体的生长受到很多因素的影响，致使其所产生絮凝剂 的絮凝效果同样受到很多条件的制约，因此复合型微生物絮凝剂的应用就能表 现其较单一型微生物絮凝剂的优势。k u r a n 一“3 报道了一组能够产生大量粘液的 混合菌株，在液体培养基中会产生a p r 一3 絮凝剂。这种混合菌株是由厄氏菌属 ( o e r s k o v d as p ) 、不动杆菌属( d c i n e t o b a c t e rs p ) 、土壤杆菌属 ( d g ；o b a c t e r i u ms p ) 和肠杆菌属( e n t e r o b a c t e rs p ) 中的4 个菌种组成。试 验证明，单个菌株难以产生絮凝剂，只有上述4 个菌种有效混合培养才能产生 絮凝剂。朱亮等“”人利用由日本琉球大学比嘉照夫教授等人研究而成的有效微 生物e m 富集培养液( 是由光合细菌、酵母菌、乳酸菌和放线菌等为主的l o 个 属8 0 多种有益微生物复合培养而成的) 进行研究，在其投加量为3 ，高岭土 溶液的p h 值3 6 ，絮凝反应的时间为l o m i n 的条件下絮凝率可达到8 0 左右。 游映玖等“”从土壤中筛选出了具有絮凝效果的y 5 菌液，该菌液的絮凝性能由3 种复合菌株共同作用的结果。马放等“”首次提出了复合型微生物絮凝剂这一概 四川大学硕士学位论文 念，即采用廉价底物经过多株菌滴合发酵后制得的微生物絮凝剂，并就其对源 水的处理效果作了测定。 1 3 4 2 微生物絮凝剂产生菌的培养条件 微生物絮凝剂的形成除与菌种有关外，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氮源、碳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 在皿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1 的蔗糖和8 的废糖浆为碳源时的产量“”。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 榄油为碳源培养兄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“。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“，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 一7 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u 。 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，絮凝活性大太的提高。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”研究了p s e u d o m o n a ss p g x 4 一l 可以利用多种有 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。”对p s e u d o m o n a ss pg x 4 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 四川大学硕士学位论文 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。“等利用微生物絮凝剂产生菌 a z o t o b a c t e ri ，一历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