微生物絮凝剂研究

hgwbg9o9 · 发表于 2010-2-21 20:48

pH
   SS(mg/L)
   COD(mg/L)
   OD660
   remak


   4.30
   2145
   6222
   3.38
   milk white，turbidity


　　1.5 絮凝剂的成分分析

　　2.1 菌种鉴定

　　用Al2(SO4)3作凝聚剂，分别以絮凝剂MBFA9、阴离子PAM、海藻酸钠、明胶作絮凝剂，絮凝处理湖水，结果见表6 。从试验结果可以看出，用絮凝剂MBFA9作助凝剂，不仅絮团大，沉降快，上清液清澈，而且处理后COD最小；阴离子PAM、海藻酸钠、明胶处理后的浊度依次增大，COD也随之增加。絮凝剂MBFA9（培养液）的产品价格约为800元/吨，处理湖水的成本约为0.04元/吨。可见，MBFA9完全可以作为高分子絮凝剂应用于给水处理中。

　　

　　Table 4 Indexes of yellow slurry wastewater before/after
disposal

　　1.6 絮凝剂分子量测定(粘度法)

　　絮凝剂MBFA9突出的特点是絮凝效果好、絮凝剂用量少[9]。当絮凝5000mg/L的高岭土悬浮液时，絮凝剂（培养液）的用量仅为0.05ml/L，为一般微生物絮凝剂用量的1/10 –1/100，而絮凝率高达99.6%，且不需添加Ca2+及Al3+等助凝剂。

　　培养液稀释10倍6000r/min离心10min去除菌体，然后浓缩、乙醇沉淀、氯仿正丁醇去除游离蛋白，透析后真空冷冻干燥得到絮凝剂MBFA9精品。

　　1.4 絮凝剂的提纯



   indexes
   pH
   OD660
   SS(mg/L)
   COD(mg/L)


   indexes of original water
   4.3
   3.38
   2145
   6222


   indexes of disposed water
   10.00
   0.46
   310
   1962


   remove rate \%
   /
   86.4
   85.5
   68.5



　　2.4絮凝剂MBFA9的急毒试验 (急毒LD50)

　　试验所用毛细管的直径为0.5 mm，水浴温度为30℃，以1％NaOH 10ml溶解0.01g絮凝剂MBFA9精品，即初始浓度C0为0.001g/ml，分别测得絮凝剂溶液和纯溶液流出时间，则可求出絮凝剂的分子量[7] 。

　　⑶. 处理实际废水的试验结果表明，用絮凝剂MBFA9处理黄浆废水和高浊度河水，技术指标优于聚铝、PAM等常规化学絮凝剂。絮凝剂MBFA9处理黄浆废水，SS和COD的去除率分别可达85.5%和68.5%；处理河水浊度降至0.8ppm。

　　废水取自沈阳市南塔淀粉厂的沉淀池溢流废水。黄浆水经沉淀池沉淀，大部分黄浆沉淀下来，溢流水排放。废水中仍含有一些细小的悬浮物，主要成分是淀粉和蛋白质。废水指标见表1。

　　微生物絮凝剂因为具有可生物降解、无二次污染等独特性质，近些年来受到人们的广泛关注。目前已发现多种微生物能够产生絮凝剂，如酱油曲霉[1]、红平红球菌[2]、拟青霉[3]产碱菌属[4]等，但普遍存在絮凝剂用量大、成本高、对实际废水絮凝性差等问题。因此，寻找高效微生物絮凝剂产生菌，提高絮凝活性，降低絮凝剂用量，是微生物絮凝剂能能否在工业上推广的关键所在。本文研究筛选得到的一株高效絮凝剂产生菌，经培养、絮凝实验表明，该菌产生的絮凝剂的絮凝率高、用量低，展示了良好的应用前景。

　　2.2
絮凝剂MBFA9的絮凝特性

　　多糖是由多种单糖构成的，而单糖又分为中性、酸性和碱性糖。不同多糖组成的絮凝剂分子的结构和性能会有很大差异，测定絮凝剂的多糖组成，可以解释絮凝剂的性能，为研究MBFA9的絮凝机理奠定基础。为此对其进行浓硫酸水解，分别测定絮凝剂中己糖醛酸、氨基糖和中性糖的含量。另外，采用乌氏粘度计对MBFA9的分子量进行测定。结果见表3。用IR-470
  红外光谱分析仪，对絮凝剂MBFA9精品进行分析，光谱图见图3 。

　　2.3
絮凝剂MBFA9的分析

　　从表2可见，添加CaCl2对墨汁配水的影响较小，而对印染废水、黄浆废水和泥水的影响较大，絮凝率明显提高。泥水、黄浆废水和印染废水中即有微小的悬浮物又有稳定的胶体，不加CaCl2时，MBFA9只能絮凝其中的悬浮物，因而絮凝率低；加入CaCl2后，Ca2+能使水中的胶体脱稳，生成小絮团，加入的MBFA9为高分子絮凝剂，能起吸附架桥的作用，使微小颗粒絮凝成大絮团。墨汁配水为典型的胶体溶液，不加CaCl2时絮凝率为0%，加入CaCl2絮凝率为31.2%。可见，絮凝剂MBFA9对水中的悬浮物有较好的絮凝效果，对于较稳定的胶体，需要有CaCl2的协同作用才会有较好的絮凝效果。

　　在废水中加入0.5g/L的CaCl2，再加0.2ml/L MBFA9，后调pH至10.0，絮凝效果最佳，试验结果见表4。试验中发现加入CaCl2后，生成小絮团，沉降缓慢，加入絮凝剂MBFA9后絮团大且结实，沉降速度快。可见絮凝剂MBFA9絮凝黄浆废水时，CaCl2有助凝作用。经絮凝处理，SS和COD的去除率分别达到85.5%和68.5%。

   indexes
   dosage \ mg/L
   pH
   OD660
   SS(mg/L)
   COD
   phenomena


   PAC
   100.0
   7.0
   3.22
   2090
   6196
   Flocs small, setting slow.


   non-ion PAM
   10.0
   9.0
   3.20
   2100
   6270
   Flocs small, setting slow.


   anion PAM
   10.0
   9.0
   0.96
   520
   2330
   Flocs big, setting fast.


   flocculant MBFA9
   0.2 ml/L
   9.0
   0.88
   470
   2154
   Flocs big， tightness


　　试验按“国家食品卫生法则”要求进行急性毒性试验[8]。取60只小白鼠（由中国医科大学动物部提供），体重为20±2g，雌雄随机分为两组，一组为试验组，另一组为对照组。将絮凝剂MBFA9溶于水中，以1g/kg 的剂量均匀配给各鼠，24小时内喝完，饲养15天，观察小白鼠的体态、饮食、运动有无异常反应。

　　图3 为一个典型的多糖红外光谱图，具有多糖的特征吸收峰3420、2926、1615、1025、810cm-1，这些特征峰进一步证实絮凝剂MBFA9是多糖。光谱图在1733、1615和1415 cm-1处有特征吸收峰。1733 cm-1为—COOH中的C=O伸缩振动所致；而1615 cm-1处的宽吸收峰为—COO—中的C=O非对称伸缩振动的结果；1415 cm-1为—COO—中的C—O伸缩振动所致。因此可以断定絮凝剂MBFA9中含有羧基，为阴离子絮凝剂。

　　按《一般细菌常用鉴定方法》和《Bergey’s Mannual of Systematic Bacteriology》进行鉴定。

　　图1 A-9菌株形态的电镜照片(6000倍) 图2 A-9菌株产生的芽孢(1500倍)



   name
   constitutes of polysaccharide
      \%
   molecular weight


   neutral sugar
   uronic acid
   amino sugar


   content
   47.4
   19.1
   2.74
   2.594×106





　　絮凝剂MBFA9是一种絮凝性能优异的无毒絮凝剂，在对人类或动物直接相关的食品、给水等领域具有广阔的应用前景。本研究以淀粉厂的黄浆废水和河水作为絮凝对象，研究絮凝剂MBFA9的实际应用效果。

　　尽管聚合氯化铝MBFA9絮凝高岭土悬浮液时不需添加CaCl2，但絮凝其它对象时，CaCl2的作用非常重要，结果见表2。

　　Fig.3 IR spectrum of flocculant MBFA9

　　

　　⑵. 对MBFA9的组成、结构及絮凝性进行了系统的分析鉴定，确定絮凝剂MBFA9为酸性多糖，其中糖醛酸、中性糖、氨基糖的含量分别为19.1%、47.4%、2.74%，平均分子量为2.594×106，分子中含有极性较强的—COO-等亲固基团。

　　
从土壤中分离筛选得到A-9菌株，该菌株的培养液对高岭土悬浮液的絮凝率高达99.6%。该菌的菌体形状为两端圆形的长杆菌，周生鞭毛，菌体大小为4.16-4.83×0.5-0.83 mm（见图1）；该菌好氧，革兰氏染色为阳性，适宜培养温度为25-30℃，用复红或结晶紫染色时可以见到很大的荚膜，荚膜内含有1-3个菌体。该菌能水解淀粉，不水解酪素，在含淀粉的PDA平板培养基上能形成大量的椭圆形芽孢（见图2）。经鉴定该菌为硅酸盐芽孢杆菌新变种（Bacillus
mucilgnons n. var），由该菌产生的絮凝剂命名为MBFA9。

　　
可溶淀粉1.5，K2HPO4 0.6，酵母膏0.3 ，MgSO4·7H2O 0.02，NaCl
0.01，pH=8.0，在30℃、140 r/min的摇床中培养72h。

　　1.3 培养基(%)及培养条件

：
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0 ]0 v# v& C5 s0 z* C* l/ f
3 }! x# b) R. N5 Y- S  B
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　　从土壤中分离得到一株能产高效絮凝剂的菌株，经鉴定为硅酸盐芽孢杆菌，该菌产生的絮凝剂命名为MBFA9，本研究首次发现芽孢杆菌能够产生絮凝剂。该菌产生的絮凝剂MBFA9具有用量少，絮凝效果好等特点。该絮凝剂絮凝5000mg/L的高岭土悬浮液时，不需添加CaCl2、Al2(SO4)3等助凝剂，絮凝率高达99.6%，絮凝剂（培养液）用量仅为0.1
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　　⑴. 筛选得到的高效菌株A-9经鉴定为硅酸盐芽孢杆菌新变种（Bacillus mucilgnons n.var）。A-9是一株性能优异的絮凝剂产生菌，该菌产生的絮凝剂MBFA9絮凝高岭土悬浮液时不需添加CaCl2作助凝剂，而絮凝其它对象时CaCl2有较好的促凝作用。毒性试验表明絮凝剂MBFA9无毒无害，可以安全使用。



   flocculant
   MBFA9
   anion PAM
   sodium alga
   glutin


   Dosage \mg/L
   50(culture medium)
   2
   10
   20


   turbidity \mg/L
   0.8
   2.80
   16.9
   36.5


   COD
   49.06
   52.56
   70.14
   89.72


   phenomena
   Flocs big, setting fast.,
      top layer clear.
   Flocs big, setting fast.,
      top layer more clear.
   Flocs bigger, top layer more
      turbidity.
   Flocs small,. top layer more
      turbidity.



　　1.2 菌种鉴定

　　分别用聚合氯化铝、阴离子聚丙烯酰胺（320万）和非离子聚丙烯酰胺（580万）絮凝处理黄浆废水，结果见表5。从表中可以看出聚合氯化铝和非离子聚丙烯酰胺几乎没有絮凝效果；阴离子聚丙烯酰胺效果较明显，悬浮物絮团大，沉降快，最终SS和COD分别为520
  mg/L和2330 mg/L，比絮凝剂MBFA9的处理效果略差。可见絮凝剂MBFA9的絮凝效果明显优于常用的化学絮凝剂。处理1吨废水可以回收2 kg沉淀物。沉淀物中含有高蛋白物质，可以作为动物饲料的添加剂加以利用。

　　1.1 菌种来源

　　3
结论

　　摘要

　　Table 5 Comparing the disposal
effects of yellow slurry wastewater with different flocculants

　　1.7 絮凝剂的毒性试验（急性毒性试验测LD50）



　　Table 6 The disposal results of lake
water with MBFA9 and common flocculants

　　Table 2 The influence of Ca2+ to MBFA9’s flocculating
  activity dealing with different objects

　　Fig.1 electron microscope photo of strain A-9’s shape.(6000 times) Fig..2 Gemma produce by strain A-9(1500 times)

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　　通过糖的Molish反应、蒽酮反应以及紫外光谱，定性判断絮凝剂MBFA9样品中是否含有糖类成分[5]。多糖经水解，可以测出中性糖、酸性糖和氨基糖的含量[5、6]。中性糖的测定采用酚硫法，己糖醛酸的测定采用咔唑－硫酸法；氨基糖的测定方法见“糖复合物生化技术研究”[6]。红外光谱测定絮凝剂中所含基团。

　　Table 3 Specialities of flocculant MBFA9

　　微生物絮凝剂是微生物分泌的代谢产物，作为水处理药剂，要求无毒无害。因此，对絮凝剂MBFA9进行急毒试验，结果表明，小白鼠一次性吞食1g/kg的絮凝剂MBFA9后，无一死亡，体态、饮食、运动均无异常反应，LD50>1g/kg，初步证明絮凝剂MBFA9无急毒反应。

　　1.
材料和方法

　　Table
1 Index of yellow slurry wastewater

　　

　　2.5.1 黄浆废水的处理结果

　　浊度为106.1ppm，pH=7.06，COD=79.03mg/L，悬浮物主要为微小的泥土颗粒及少量有机物。

　　废水二：沈阳南湖湖水

　　2.5.2絮凝剂MBFA9处理河水

　　1.8 实际废水的性质

　　2
结果和讨论

　　为了深入研究絮凝剂MBFA9的絮凝机理，对提纯后得到的絮凝剂精品进行糖、蛋白质的呈色反应。结果表明絮凝剂MBFA9有明显的糖类颜色反应：Molish反应在浓硫酸和样品液分界面上有清晰的紫环生成，蒽酮反应呈现为蓝绿色，而没有蛋白质/氨基酸的特征反应。因而，可以定性地判断出该絮凝剂的有效成分为多糖。

　　从树丛中的肥沃土壤中分离得到。

　　废水一：淀粉厂黄浆废水

　　2.5絮凝剂MBFA9处理实际废水

　　从土壤中分离得到一株能产高效絮凝剂的菌株，经鉴定为硅酸盐芽孢杆菌，该菌产生的絮凝剂命名为MBFA9，本研究首次发现芽孢杆菌能够产生絮凝剂。该菌产生的絮凝剂MBFA9具有用量少，絮凝效果好等特点。该絮凝剂絮凝5000mg/L的高岭土悬浮液时，不需添加CaCl2、Al2(SO4)3等助凝剂，絮凝率高达99.6%，絮凝剂（培养液）用量仅为0.1
ml/L，约为一般生物絮凝剂用量的1/10 – 1/200。通过提纯分析得知絮凝剂MBFA9为多糖，由糖醛酸、中性糖和氨基糖组成，其中糖醛酸的含量高达19.1%。粘度法测得絮凝剂MBFA9的平均分子量为2.594×106。动物急毒试验表明该絮凝剂无急毒反应，可以安全使用。絮凝剂MBFA9絮凝河水的用量为0.05ml/L，河水浊度由106.1
mg/L降为0.8 mg/L，而药剂成本仅为0.04元/吨。絮凝剂MBFA9处理淀粉厂的黄浆废水效果良好，SS和COD的去除率分别达到85.5%和68.5%，优于常用的化学絮凝剂。因此，絮凝剂MBFA9在食品废水中回收有价物质和给水中具有很好的应用潜力。

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