（环境工程专业论文）复合菌群产微生物絮凝剂（mbf）的研究.pdf

摘要 微生物絮凝剂( m i c r o b i a lf l o c c u l a n t s ，简称m b f ) 是由微生物产生的可使 液体中不易沉降的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体颗粒等凝聚沉淀的特殊高分子 物质，具有高效、无毒、可生物降解等特点，近年来受到了广泛的关注。 本课题根据e m ( e f f e c t i v em i c r o o r g a n i s m s ) 技术原理，从筛选到的絮凝剂 产生菌中构建出复合茵群一复合1 ( b a f r t 4 + c y g s l ) 。由于这两种菌株之间 存在协同作用，所以与单一菌群相比，复合菌群所产m b f 的絮凝活性大大提高。 为降低复合l 的培养成本，本课题尝试用啤酒废水作为培养基中的碳源和能 源。实验证明，啤酒废水完全能够取代葡萄糖作为复合1 的碳源和能源。研究了 啤酒废水浓度、培养基初始p h 、培养温度、摇床转速和接种量等因素对复合1 所产m b f 絮凝活性的影响。复合1 的优化培养基为：啤酒废水( c o d c ，为 5 0 0 0 r a g l ) 1 l ，尿素o 5 9 ，酵母膏o 5 9 ，( n h 4 ) 2 s 0 4 0 2 9 ，k ：h p 0 45 9 ，k h 2 p 0 4 2 9 ， n a c lo 1 9 ，m g s 0 4 7 h 2 0o 2 9 ，灭菌( 1 1 5 c ，3 0 m i n ) 。复合1 产生高效m b f 的优化培养条件：接种量为两种菌株各1 0 m l ( 种子液) 5 0 m l ( 啤酒废水培养基) ， 培养基初始p h 6 0 ，培养温度3 0 。c ，摇床转速1 6 0 r p m ，培养时间7 2h 。在优化 条件下，复合1 所产m b f 的絮凝率髓达9 6 8 。 经菌种鉴定，菌株b a f r t 4 为葡萄球菌属，菌株c y g s l 为假单胞菌属。对 复合1 所产m b f 进行提纯固化，产率为1 5 9 ( 絮凝剂) l ( 发酵液) 。成分分析 实验表明，复合1 所产m b f 为含有多糖和蛋白质的大分子物质。 用复合1 所产m b f 处理靛蓝印染废水，在去除c o d o 和脱色方面均取得了 良好效果。去除c o d c ，的最佳工艺条件为：在1 0 0 m l 靛蓝印染废水中投加1 7 m l m b f 、3 5 m l 的1 c a c h 溶液，调节p h 至9 0 ，摇匀，静置1 0 m i n ，c o d c ，去除 率达7 9 2 ，脱色率为8 6 5 。脱色的最佳工艺条件为：在1 0 0 m l 靛蓝印染废水 中投加1 7 m lm b f 、3 0 m l 的1 c a c h 溶液，调节p h 至8 5 ，摇匀，静置1 0 m i n ， c o d c ，去除率为6 9 4 ，脱色率达8 7 6 。去除c o d c ，的经验动力学方程和脱 色的经验动力学方程分别为：qc o d ( m g t l ) 2c o ，c o d 1 一面菌虿矗秀西和 f c 【，o d ( a ) 2c o ，o d “一五面 西丽l 根据复合l 所产m b f 的化学成分和絮凝过程实验，认定复合1 所产m b f 的主要絮凝机理为“吸附中和架桥”作用。 本课题根据e m 技术原理构建出能比单一菌群产生更高絮凝活性m b f 的复 合菌群一复合1 ；用啤酒废水作为复合1 的碳源和能源大大降低了培养成本， 同时实现了废物的资源化；将复合1 所产m b f 应用于处理靛蓝印染废水，获得 了同时降低c o d c ，和脱色的良好效果。本研究为实现m b f 的工业化生产和应用 提供了有价值的参考。 关键词：复合菌群：微生物絮凝剂；e m 技术；啤酒废水；动力学方程 a b s t r a c t m i c r o b i a lf l o c c u l a n t s ( m b f ) a l em i c r o o r g a n i s m - p r o d u c e ds p e c i a ls u b s t a n c et h a t c a nf l o c c u l a t es u s p e n d e ds o l i d s ，c e i l s ，a n dc o l l o i d a ls o l i d s w i t ht h ea d v a n t a g e so f h i g he f f i c i e n c y ，i n n o c u i t ya n db i o d e g r a d a b i l i t y , m b fh a v eb e e np a i dm o r ea n dm o r e a t t e n t i o nt or e c e n t l y i nt e r mo ft h em e c h a n i s mo fe f f e c t i v em i c r o o r g a n i s m s ，m u l t i p l em i c r o o r g a n i s m s w e r ec o n s t r u c t e dw i t hs t r a i nb a f r t 4a n ds t r a i nc y g s l b e c a u s eo ft h ec o o p e r a t i o n o ft h et w os t r a i n s ，m u l t i p l em i c r o o r g a n i s m sa r ea b l et op r o d u c em b fw i t hl 缸g h e r f l o c c u l a t i n ga c t i v 衄 i no r d e rt oc u td o w nt h ec u l t i v a t i n gc o s to fm u l t i p l em i c r o o r g a n i s m s ，b r e w e r y w a s t e w a t e rw a st e s t e dt or e p l a c eg l u c o s e 器t h ec a r b o nr e s o u r c ea n de n e r g yr e s o u r c e i nt h ec u h i v a t i n gm e d i u m ，a n dt h er e s u l to fe x p e r i m e n t sc o n f i r m e di t sf e a s i b i l i t y i t w a ss t u d i e dh o wt h es t r e n g t ho ft h eb r e w e r yw a s t e w a t e r , i n i t i a lp ho fc u l t u r e m e d i u m ，c u l t i v a t i n gt e m p e r a t u r e ，s h a k i n gs p e e da n dt h ed o s eo ft h eg e r ms o l u t i o n i n f l u e n c e dm u l t i p l em i c r o o r g a n i s m st op r o d u c em b f t h eo p t i m a lc u l t u r em e d i u mo f m u l t i ) l em i c r o o r g a n i s m s c o n s i s t so f1 0 0 0m lb r e w e r yw a s t e w a t e f ( i t sc o d e ，i s 5 0 0 0 r a g l ) ，0 5 9u r e a , o 5 9y e a s te x t r a c t ，o 2 9 ( n i m ) 2 s 0 4 ，5 9k 2 h p 0 4 ，2 9k h 2 p 0 4 ， 0 1 9 n a c l ，o 2 9 m g s 0 4 7 1 - 1 2 0 t h e o p t i m a lc u l t i v a t i n g c o n d i t i o n i s l i s t e d h e r e ：1 0 r n l g e r ms o l u t i o np e r5 0m ib r e w e r yc u l t i v a t i n gm e d i u m , p h6 0 ，3 0 c ，1 6 0 r p m , 7 2h u n d e rt i f f se n v i r o n m e n t ，t h ef l o c c u l a t i n ga c t i v i t y 髓o f t h em b f p r o d u c e db ym u l t i p l e m i c r o o r g a n i s m si su pt o9 6 8 a c c o r d i n gt ot h er e s u l to fp r e l i m i n a r yi d e n t i f i c a t i o n ，s t r a i nb a f r t 4a n ds t r a i n c y g s1 p e r t a i n t os t a p h y l o c o c c u s s p a n dp s e u d o m o n a ss p ，r e s p e c f i v e l y t h e p r o d u c t i v i t yo ft h ep 枷u l l yp u r i f i e dm b f i s1 5g r a mp e rl i t e rf e r m e n t a t i o ns o l u t i o n t h em a i nc o m p o n e n t so f t h em b fa r ep o l y s a c c h a r i d ea n d p r o t e i n t h em b fp r o d u c e db y m u l t i p l em i c r o o r g a n i s m se x c e l sa tt r e a t i n gi n d i g o t i n p r i n t i n g & d y e i n gw a s t e w a t e r n 璩o p t i m i z e dr e m o v i n gc o d e rs c h e m ei sl i s t e dh e r e h i 1 7m lm b fa n d3 5m li c a c l 2w e r ep u ti n t o1 0 0r a li n d i g o t i np r i n t i n g & d y e i n g w a s t e w a t e ri n1 0 0m lt e s tt u b e ，a n dp ho ft h es y s t e mw a sa d j u s t e dt o9 0 t h e nt h e t e s tt u b ew a ss t i r r e da n dl e f tf o r1 0m i nt os e t t l e a na l i q u o to ft h es u p e m a t a n tw a s w i t h d r a w nf r o mt h et e s tt u b e ，a n dt h ev a l t l eo fi t sc o d e ra n do d 6 6 0w a sm e a s u r e d u n d e rt h i sc o n d i t i o n ，t h ee f f i c i e n c yo fr e m o v i n gc o d e ra n dc 1 1 r o m aw a s7 9 2 a n d 8 6 5 r e s p e c t i v e l y t h eo p t i m i z e dr e m o v i n gc h r o m as c h e m ei sl i s t e dh e r e 1 7m 1 m b fa n d3 0m l1 c a c l 2w e r ep u ti n t o1 0 0m li n d i g o t i np r i n t i n g & d y e i n g w a s t e w a t e ri n1 0 0m lt e s tt u b e ，a n dp ho f t h es y s t e mi sa d j u s t e dt o8 5 t h e nt h et e s t t u b ew a ss t i r r e da n dl e f tf o r1 0r a i nt os e t t l e a na l i q u o to ft h es u p e r n a t a n tw a s w i t h d r a w nf r o mt h et e s tt u b e ，a n dt h ev a l u eo fi t sc o d c ra n do d 6 6 0w a sm e a s u r e d u n d e rt h i sc o n d i t i o n t h ee f f i c i e n c yo fr e m o v i n gc o d e ra n dc h r o m ai s6 9 4 a n d 8 7 6 r e s p e c t i v e l y t h ek i n e t i ce q u a t i o n so fr e m o v i n gc o d c ra n dc l l r o m af r o m i n d i g o t i n p r i n t i n g & d y e i n g w a s t e w a t e r w i t h t h e m b fa r e q c o d ( m g l ) = c o ，c o d ( 1 一面面丽蒜，a n d c t , o n ( a ) 。c o ，o d “一j 耍万五蒜，砖8 p e c t i v 。l y a c c o r d i n gt o t h ec o m p o n e n t so ft h em b fa n dt h ee x p e r i m e n t sf o rf l o c c u l a t i n g p r o c e s s ，t h ef l o c c u l a l i o nm e c h a n i s mo ft h em b fw a sc o n s i d e r e dt ob ea d s o r p t i o n n e u t r a l i z a t i o na n da d s o r p t i o nb r i d g i n g i n t h i s s t u d y , t h et e c h n o l o g yo fe f f e c t i v em i c m o r g a n i s m sw a se m p l o y e d t o c o n s t r u c tm u l t i p l em i c r o o r g a n i s m st h a tc a np r o d u c et h em b fo fh i g h e rf l o c c u l a t i n g a c t i v i t y c u l t i v a t i n gc o s tw a sc u td o w ng r e a t l yb yu s i n gb r e w e r yw a s t e w a t e r 船t h e c a r b o nr e s o u r c ea n de n e r g yr e s o u r c 冶o f m u l t i p l em i c r o o r g a n i s m s t h em b fp r o d u c e d b ym u l t i p l em i c r o o r g a n i s m sc a nr e m o v em o s tc o d e ra n dc l l r o m af r o m ，i n d i g o t i n p r i n t i n g & d y e i n gw a s t e 眦e li ti sa n t i c i p a t e dt h a tt h i ss t u d yc o u l dp r o v i d e v a l u a b l e r e f e r e n c ef o rt h ei n d u s t r i a l i z e dp r o d u c t i o na n da p p l i c a t i o no f m b f z h a n gz h i q i a n g ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l i nb o k e yw o r d s ：m u l t i p l em i c r o o r g a n i s m s ；m i c r o b i a lf l o c c u l a n t s ；e f f e c t i v e m i c r o o r g a n i s m s ；b r e w e r yw a s t e w a t e r ；k i n e t i c se q u a t i o n 前言 水是生命的源泉，也是保证经济发展、构建和谐社会最重要的物质条件之一。 节约用水、加强工农业废水和生活污水的处理回用越来越受到人们的重视。絮凝 沉淀是一种重要的水处理方法，具有高效、经济、简便等特点，能去除废水中 8 0 9 5 的悬浮物、6 5 9 5 的胶体物质和大部分细菌，有效降低c o d ，提 高废水的可生化性。目前，深入开展絮凝基础理论研究，开发新型高效絮凝剂， 优化絮凝过程控制，已成为环境科学与工程领域研究的热点课题之一。 絮凝剂是一类可使液体中不易沉降的悬浮颗粒凝聚沉淀的物质，广泛应用于 工业水处理、生活污水处理以及食品生产和发酵工业等。絮凝剂一般可分为三类： 无机絮凝剂，如硫酸铝、聚合氯化铝、硫酸亚铁和明矾等；人工合成有机高 分子絮凝剂，如聚氧化乙烯、聚苯乙烯磺酸盐、聚丙烯酰胺衍生物和聚乙烯亚胺 等；天然有机高分子絮凝剂，如纤维素、淀粉、聚氨基葡萄糖、藻蛋白酸钠和 微生物絮凝剂等。许多无机絮凝剂由于其良好的絮凝效果和较低成本而被广泛应 用，然而人们已经发现它们在使用过程中存在着较大的不安全性和潜在的二次污 染问题。人工合成有机高分子絮凝剂中使用较多的聚丙烯酰胺，因其单体具有强 烈的神经毒性和致癌性，所以使用受到了限制。此外，大部分天然有机高分子絮 凝剂存在絮凝活性较弱和使用成本较商等缺点。 因此，开发安全、絮凝活性高、无二次污染的新型絮凝剂，对改进絮凝沉淀 法工艺和絮凝剂产品的生产，保护人类健康和环境都具有很重要的意义。2 0 世 纪8 0 年代后期，伴随着生物技术的发展，微生物絮凝剂应运而生。微生物絮凝 剂是由微生物产生的可使液体中不易沉降的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体颗粒 等凝聚沉淀的特殊高分子物质。微生物絮凝剂是通过微生物发酵、分离提取而得 到的新型、高效、无毒、可生物降解的水处理剂。它正是能够满足对新型絮凝剂 要求的绿色水处理剂，具有广阔的开发与应用前景。 在微生物絮凝剂的研究与开发方面，国内外已经做了一些工作，但对微生物 絮凝剂的研究大多处在菌种筛选和菌株培养液处理废水的实验室小试阶段，存在 菌种筛选过程复杂、培养成本高、c o d 去除率低等问题，致使微生物絮凝剂难 以应用到工程实际中。针对这些问题和难点，本课题在以下三方面进行了研究： 构建出能产生高效微生物絮凝剂的复合菌群：为降低培养成本，尝试用啤酒 废水作为复合菌群的替代碳源和能源；将复合菌群所产微生物絮凝剂应用于处 理印染废水，力图在降低废水色度的同时，降低c o d ，从而为微生物絮凝剂的 工业化生产和应用提供有价值的参考。 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成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：爱、之惩 签字日期：? 。口，年f 月f 曰 学位论文作者签名：i 良志蟛 签字日期：? o 口，年g 月g 曰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、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。本人授权南昌土学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - _ _ _ 一 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：i 莨土；苹 导师签名： 学位论文作者签名：l 铅点。圣 导师签名： 签字日期： 衫年月f 日 学位论文作者毕业后去向：叼岛犬j 弓 工作单位： 通讯地址： 犯杉 签字日期：矽旷年莎月7 7 日 电话 邮编 第一章文献综述 1 1 引言 水是生命的源泉，也是保证经济发展、构建和谐社会最重要的物质条件之一。 保护水资源、节约用水、加强工农业废水和生活污水的处理回用越来越受到人们 的重视。目前，水处理的主要方法有絮凝沉淀、生物、离子交换、吸附、电渗析、 超滤等【”。絮凝沉淀法是国内外普遍采用的高效、经济、简便的水处理方法，它 能去除废水中8 0 9 5 的悬浮物、6 5 9 5 的胶体物质和大部分细菌，有效 降低c o d ，提高废水的可生化性【2 】。絮凝过程作为众多水处理工艺流程中不可 缺少的前置关键环节，其效果的好坏往往决定着后续工艺流程的运行状况、出水 质量和成本费用，因此它始终是水处理工程中研究开发的重点p j 。深入开展絮凝 基础理论研究，开发新型高效絮凝剂，优化絮凝过程控制，是当今环境科学与工 程领域研究的热点课题之一f 4 ，5 r 。 絮凝剂是一类可使液体中不易沉降的悬浮颗粒凝聚沉淀的物质，广泛应用于 工业水处理、生活污水处理以及食品生产和发酵工业等垆，7 1 。絮凝荆一般可分为 三类：无机絮凝剂，如硫酸铝、聚合氯化铝、硫酸亚铁和明矾等；人工合成 有机高分子絮凝剂，如聚氧化乙烯、聚苯乙烯磺酸盐、聚丙烯酰胺衍生物和聚乙 烯亚胺等；天然有机高分子絮凝剂。如纤维素、淀粉、聚氨基葡萄糖、藻蛋白 酸钠和微生物絮凝剂等【8 】。许多无机絮凝剂由于其良好的絮凝效果和较低成本而 被广泛应用，然而人们已经发现它们在使用过程中存在着较大的不安全性和潜在 的二次污染问题。文献报道 9 1 ，当水中铝含量高于0 2 0 5 m g l 时，可致鲑鱼死 亡；因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，不能正常生长，甚至会死亡；同时，铝伴随着这些农作物进入食物链， 也影响到人体健康，临床上铝中毒主要有铝性脑病、铝性骨病和铝性贫血等，老 年性痴呆症即是铝性脑病的一种。铁盐对金属有腐蚀作用，并造成被处理水中带 有颜色，且高浓度的铁对人体健康和生态环境亦有不利影响【9 1 。人工合成有机高 分子絮凝剂中使用较多的聚丙烯酰胺。因其单体具有强烈的神经毒性和致癌性， 所以使用受到了限制。此外，大部分天然有机高分子絮凝剂存在絮凝活性较弱和 使用成本较高等缺点1 1 8 1 。 综上可知，开发一种安全、絮凝活性高、无二次污染的新型絮凝剂，对改进 絮凝沉淀法工艺和絮凝剂产品的生产，保护人类健康和环境都具有很重要的意 义。2 0 世纪8 0 年代后期，伴随着生物技术的发展，微生物絮凝剂应运而生。微 生物絮凝剂( m i c r o b i a lf l o c c u l a n t s ，简称m b f ) 是由微生物产生的可使液体中不易 沉降的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体颗粒等凝聚沉淀的特殊高分子物质。m b f 是通过微生物发酵、分离提取而得到的新型、高效、无毒、可生物降解的水处理 剂嗍。它正是能够满足对新型絮凝剂要求的绿色水处理剂，具有广阔的开发与应 用前景。 1 2m b f 的研究进展 1 8 7 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 $ $ e e m 3 e ) 的“絮凝作用”。 这种“絮凝作用”是指细胞的聚集现象。当时，该种“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，可获得较 好质量的啤酒0 9 。 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裥产生菌，该菌的培养 液具有一定的絮凝能力t 2 0 l 。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，该菌可产生对泥水有絮凝作用的多聚物口1 1 。 1 9 7 6 年。j + n a k a m u r a 等人对能产生絮凝效果莳微生物进行了研究。他靛扶 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 “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圜。 1 9 8 5 年，h t a k a g i 等研究了拟青霉属( 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 l 0 1 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、羧甲基纤维素、 活性炭、硅藻士、氧化铝等均有良好的絮凝效果，2 , 1 1 。 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 僻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。当废水和活性污泥中存在红平 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( 黑液) 及颜料废水等有色废水的脱色时效果显著【2 5 , 2 6 1 。 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m b f 进行了研究，并取得了一些初步的研究成果m 】。 自2 0 世纪9 0 年代中期以来，国内有关m b f 的报导也日渐增多。 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诺 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 进行了研究鲫。 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到6 株絮凝剂产生菌，用其发酵液离心上清液对造纸黑 液、皮革废水、偶氮染料废水、硫化染料废水、电镀废水、彩印制板废水、石油 化工废水、造币废水及蓝墨水、碳素墨水等进行絮凝实验，结果表明废水固液分 离效果良好，c o d 去除率在5 5 一9 8 ，悬浮物、色度、浊度去除率均在9 0 以 上【2 耵。 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到的多种菌株 中筛选出6 株对染料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、直接、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。所筛菌株培养液对直接深棕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显著【驯。 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( 经初步鉴定为假单胞菌属p a s e u d o m o n a ss p g x 4 1 ) ，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【3 0 1 。 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 絮凝剂产生菌。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1 3 1 翊。 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m b f 的芽孢杆菌 a - 9 。絮凝实验表明，用m b f a 9 处理高岭土悬浮液，效果明显优于其他种类m b f ， 且不需添加c a 2 + 及a 1 3 + 等助凝剂，用量也仅为一般m b f 用量的1 1 0 1 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 高于聚丙烯酰胺等传统的化学絮凝剂3 3 1 。 总之，目前国内对m b f 的研究，大多处在菌种筛选和菌株培养液对废水处 理的实验室小试阶段。要使m b f 在我国真正地应用于水处理，还需要做大量的、 进一步的试验和研究。 1 3 絮凝剂产生菌 1 3 1 絮凝剂产生菌的来源和种类 目前国内外所研究的絮凝剂产生菌主要通过以下三种途径获得3 43 5 ：从天然 土壤中筛选：从活性污泥或沉积物中筛选；直接购买能产生絮凝荆的纯菌铼。 絮凝剂产生菌的种类很多，细菌、放线菌、真菌以及藻类等均可以产生絮凝 剂，如表1 i 所示【3 6 】。这些已经鉴定的絮凝荆产生菌大量存在于土壤、活性污泥 或沉积物中【37 1 。 表1 1 一些絮凝剂产生菌 微生物种类絮凝剂主要成份 细菌( b a c t e r i a ) a g r o b a c t e r i u ms p r i ) o d o c o c c u ae r y t h r o p o l i s a l c a l i g e n e sc “p i d u s a i c a t i g e n e se u p i d u s c o r y n e b a c t e r i u mh y c b o c a r b a n c a l a s t u s c o r y n e b a c t e r i u mb r e v i c a l e d e m a t i u ms p m y c o b a c t e r i u m 砌如f p s e u d o m a n a s s p p s e u d o m o n a s s p p s e u d o m o n a ss t u t z e r i p s e u d o m o n a sf a e c a l i s p s e u d o m o n a sa e r u g i n o s a p s e u d o m o n a s a u o r e s c e n s b a c i l l u ss p m e t h y l o b a c e t e r i u ms p l a c t o b a c i t t u s f e r m e n t u r n f l a y o b a c t e r i u ms p 放线菌( a n t i n o m y c e s ) 蛋白质( p r o t e i n ) 酸性聚多糖( a c i dp o l y s a c c h a r i d e ) 聚多糖，蛋白质( p o l y s a c c h a r i d e ，p r o t e d n ) 粘多糖( m u c o p o l y s a c c h a r i d e ) 多耱( p o l y s a c c h a r i d e ) + 蛋白厦( p r o t e i n ) 蛋白质0 r o t e i n ) 4 二二丝生塑翌鲞 塞燮型圭里盛丝 f f n o c a r d i aa m 口w g 蛋质( p r o t e i n ) n o c a r d i ar e s t r i c t a n o c a r d i ac a l c a r g a + n o c a r d i ar h o d x i i + s t r e p t o m y c e sv i n a c e u s + s t r e p t o m y c e sg r i s e u s + 真菌( f u n g i ) f i e u p e n i c i l l i u m 口批8 + c i r c i u e l l as y d o w i j v o n a s c u sa n k a g e o t r i c h u mc a n d i d u m + s o r d a r i a f i m i c o l a聚半乳糖胺( g a l a c t o s a m i n ep o l y s a e c h a r i d e ) p a e c i l o m y e e ss p 多聚耱胺( p 0 1 y h e x o s a m i n e ) a s p e r g i l l u ss o j a e 蛋白质( p r o t e i n ) 、 有机酸( 2 - k e l o g l u e o n i c a c i d ) a s p e r g i l l u so c h r a c e u s + a s p e r g i l l u s p a r a s i t i c u s h a n s e n u l aa n o m d l a 一 蛋白质( p r o t e i n ) s a c c h a r o m y c e sc e r e v i s i a e多肽( p o l yp e p f i d e ) 藻类( a l g a e ) i i p h o r i m i d i u ms p 磺酸异多糖( s u l f a t e dh e t e r o p o l y s a c c h a r i d e ) 脂肪酸f i a ta c i d ) ，蛋白质( p r o t e i n ) a n a b a e n o p s 妇c i r c u l a r i s 酸性聚多糖( a c i dp o l y s a c c h a r i d e ) c h l c u n y d o m o n o sm e x w a r u u c a l o t h r 擅d a s e r t i c a + 注：表中“+ ”表示未对该絮凝剂的化学成分进行分析 由絮凝剂产生菌产生的m b f 有许多种，其中最具代表性的有以下三种： j n a k a m u r a 用酱油曲霉似s o j a e ) 研制出的絮凝剂a j 7 0 0 2 ；h t a k a 百用拟青霉属 微生物( p a e c i l o m y c e ss p i - 1 ) 研制出的絮凝剂p f l 0 1 1r k u r a n e 等人利用红平红 球菌限p 踊r 印d ，曲研制出的絮凝和n o c 1 p q 。 1 3 2 絮凝剂产生萄的分离、筛选 从天然土壤或活性污泥中获得絮凝剂产生菌一般采用以下分离过程1 37 】：以普 通细菌培养基( 肉汤蛋白胨琼脂培养基) 作为分离培养基，通过稀释平板分离法 和平板划线法进行多次分离，直至获得纯种。 将纯化菌株接种至筛选培养基中，根据培养液的絮凝活性筛选出絮凝剂产生 菌，然后再对这些菌株的特性进行研究。总的筛选模式为：样品采集及预处理一 菌株的分离纯化一菌株的浅层发酵培养一m b f 的提取一m b f 絮凝活性的检测一 菌株取舍( 初筛、复筛) 一菌种鉴定一菌株产生m b f 的稳定性检验一m b f 应用 于处理实际废水【3 8 4 。 1 3 3 絮凝剂产生菌的培养 影响m b f 产率和絮凝活性的因素很多，包括遗传、生理和环境等方面的因 素，环境方面因素又包括物理、化学和生物等因素【4 3 删。 1 3 3 1 细胞生长与m b f 产生的关系 细胞生长和m b f 产生之间存在的相互影响关系是由m c k i n n e y 最先发现的。 p a v o n i 等人提出：只有在微生物进入静止期才出现m b f 。一般认为，m b f 的产 生是在菌细胞生长的对数增长期以及稳定期，尤其集中在对数期中后期和稳定期 初期、中期，在此之前处于不产生或只产生少量m b f 的状态( 少数例外) ：而在 此之后，m b f 的絮凝活性将不再有上升趋势【8 j 。 1 3 3 2 培养基组成对m b f 产生的影响 一般来说，营养丰富的培养基有利于絮凝剂的产生，但不同的絮凝剂产生菌 对营养要求不同，有些甚至差别很大。组成培养基的碳源、氮源成分，碳氮t g ( c y ) ， 以及培养基中的金属离子、微量生长因子等，均对m b f 产生有较大影吲5 5 。0 1 。 以葡萄糖和果糖为碳源，尿素和硫酸铵为无机氮源，酵母膏和酪蛋白水解物 为有机氮源可以促进盈，e r y t h r o p o l i s 菌体细胞的生长和絮凝莉的产生；而在某些无 机氮化合物( 如氯化铵、硝酸铵) 存在的情况下，菌丝体的生长是很微弱的，絮凝 活性也是难以察觉的：碳氮比( c n o 对m b f 产生有非常明显的影响作用。葡萄糖 浓度确定在2 5 0 0 0 m g l 时，降低碳氮比( c n 3 8 ) 可使zr a m i g e r a 絮凝剂产量增加。 对于z o o g l o e a m p 6 ，生长所需的碳源和氮源不足会使m b f 的产量稍微减少，但 在相对低碳的条件下，聚合物和细胞将保持高比率t 引。 m b f 的产生受培养基中金属离子的影响较大。在菌株s 4 k 的培养基中加入 f e 2 + 和c a 2 十，会使其产生的絮凝荆活性受到严重抑制。对于黄质菌属，c a 2 + ，m n 2 + 和b a 2 + 的存在能激发其产生絮凝剂，但m 9 2 + 贝4 会抑制这种功能。c a 2 + 既能促进 p a e c i l o m y c e ss p i 一1 细胞的伸长长大又能增强它的絮凝活性，而f e ：+ 和c u 2 + 只能 起到相反的作用【8 】。某些离子低浓度时能提高絮凝活性，高浓度时反而抑制絮凝 6 剂的产生。例如，0 2 5 的k n 0 3 ，0 0 1 的a 1 2 ( s 0 4 ) 3 以及低浓度的c a c l 2 ，m g s 0 4 均能促进c 6 2 菌株产生絮凝剂；但若离子浓度超过0 5 0 ，絮凝剂的活性反而下 降8 1 。 在培养基中加入微量生长因子，如酪蛋白氨基酸、蛋白胨、酵母膏、酪蛋白、 丙氨酸和谷氨酸等，可以促进絮凝剂的产生。在a s o j a e 培养基中加入酪蛋白、 酵母膏、聚蛋白胨和一些氨基酸时，其产生的m b f 将增多。一些有机酸，包括 2 一葡萄糖酮酸、5 一葡萄糖酮酸和葡萄糖酸等可以较好地促进a s o j a e 合成絮凝剂， 其中以2 葡萄糖酮酸的效果最好。这些物质影响m b f 絮凝活性表现的原因主要 有两个方面：一是调节絮凝基因的表达：二是对微生物产生的絮凝剂进行了物理 或化学修饰婵j 。 1 3 3 3 培养基初始p h 对m b f 产生的影响 培养基初始p h 会影响m b f 的产生。合成絮凝剂的最佳p h 一般为中性至偏 碱性，过酸过碱均不利于絮凝剂的产生。在菌株发酵过程中，p h 会发生较明显的 升降变化，最后又趋于稳定。对于c x e r o s i s ，在相对较低p h 下能产生絮凝剂， 而a s o j a e 产生m b f 的最佳p h 是在碱性范围。此外，培养基的初始p h 还影响 絮凝剂的分布位置。台湾的邓德丰在研究c 6 2 菌株产生的絮凝剂时发现，当培养 基的初始p h 大于7 0 时，发酵终了时菌体细胞的絮凝活性高于发酵液的絮凝活性； 当培养基的初始p h 降至6 0 时，最终发酵液的絮凝活性则高于菌体细胞。可见， c 6 2 菌株培养基的初始p h 不同，絮凝荆在不同位置的分布比例也不同f 8 】。 1 3 3 4 温度对m b f 产生的影响 温度是影响m b f 产生的另一个重要物理因素。不同絮凝剂产生菌有各自最 适的培养温度。一般在3 0 ( 2 左右。在3 0 3 4 c 范围内，a s o j a e 可产生效果最好的 m b f 。据报道，r - 3 、杆菌属p y - 9 0 ，a c 1 a t u s 、黄质菌属、杆菌属d p 1 5 2 以及 r e r y t h r o p o l i s 等产絮凝剂的最佳温度均为3 0 。菌胶团m p 6 产生絮凝剂的温度 是2 0 。某些菌合成絮凝剂的最佳温度与菌体生长的最适温度不同。例如，a s o j a e 在2 5 c 培养时菌体生长最快，而在3 0 - - - 3 4 c 絮凝剂产量最高【8 i 。