微生物絮凝劑ZS-7的制備、純化及應(yīng)用研究.pdf

1、相對(duì)于傳統(tǒng)化學(xué)合成絮凝劑而言，微生物絮凝劑是一種安全、無(wú)毒、易生物降解、不產(chǎn)生二次污染的絮凝劑，近年來(lái)，已經(jīng)引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。作為一種化學(xué)合成絮凝劑的替代產(chǎn)品，微生物絮凝劑在廣泛的工業(yè)領(lǐng)域如廢水處理，飲用水處理，食品和發(fā)酵行業(yè)，重金屬和染料的去除方面等等有著很好的應(yīng)用潛力。然而，低絮凝能力和高成本已經(jīng)成為微生物絮凝劑發(fā)展過(guò)程中的主要問(wèn)題。因此，篩選高效絮凝劑產(chǎn)生菌和降低絮凝劑生產(chǎn)成本為當(dāng)前的主要目標(biāo)。 本文對(duì)由地衣芽胞桿

2、菌產(chǎn)生的微生物絮凝劑ZS—7的的純化、性質(zhì)、絮凝性能、絮凝機(jī)理以及實(shí)際應(yīng)用等方面進(jìn)行了重點(diǎn)研究，其主要工作如下： （1）本文從6個(gè)不同的樣品中篩選分離得到32株具有絮凝活性的菌株，其中來(lái)自中山大學(xué)校園土壤，編號(hào)為X14的一株細(xì)菌展示了最高的絮凝活性（超過(guò)98％）且絮凝時(shí)間較其它菌株要短。經(jīng)生理生化實(shí)驗(yàn)鑒定及16S rDNA序列分析，X14被鑒定為地衣芽胞桿菌（Bacillus licheniformis）。 （2）通

3、過(guò)對(duì)地衣芽孢桿菌的培養(yǎng)條件優(yōu)化，獲得其最佳的培養(yǎng)條件為：淀粉10 g/L，氯化銨0.51 g/L，3g/L K2HPO4和1 g/L KH2PO4，初始pH值為8.0，接種量采用1％，搖床轉(zhuǎn)速采用140～160 r/min的變速控制，37℃培養(yǎng)48 h。絮凝因素實(shí)驗(yàn)表明，微生物絮凝劑ZS—7在廣泛的pH（2～12）和溫度（4～95℃）范圍內(nèi)均具有極好的絮凝活性，二價(jià)和三價(jià)陽(yáng)離子對(duì)絮凝具有促進(jìn)作用，熱穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)表明ZS—7具有良好的熱穩(wěn)定性

4、。 （3）通過(guò)透析，乙醇沉淀，CPC反應(yīng)，Sephacryl S—500凝膠過(guò)濾層析對(duì)微生物絮凝劑進(jìn)行了純化，并對(duì)純化后的ZS—7進(jìn)行了定量和系列結(jié)構(gòu)特征分析。結(jié)果表明：純化后的微生物絮凝劑ZS—7為糖蛋白。其主要由多糖和蛋白質(zhì)構(gòu)成，含量分別為91.5％和8.4％。進(jìn)一步的分析說(shuō)明ZS—7中含有酸性多糖包括糖醛酸（16.4％），丙酮酸（7.1％）和乙酸（0.5％）。同時(shí)ZS—7中還含有3.2％的氨基糖。產(chǎn)量分析顯示1升的發(fā)酵液

5、中能收獲約0.98 g的純糖蛋白ZS—7。采用凝膠色譜法測(cè)得ZS—7的分子量為6.89×104 Da。紅外光譜，X射線能譜圖和核磁共振圖譜說(shuō)明糖蛋白絮凝劑ZS—7含有羥基，氨基，羧基，甲氧基，磺酸等功能性基團(tuán)。單糖組成分析說(shuō)明ZS—7主要由鼠李糖，甘露糖，葡萄糖和半乳糖組成，各單糖的摩爾比大致為：半乳糖：葡萄糖：甘露糖：鼠李糖=142:2.2:4.5:3.4。毒理實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示微生物絮凝劑ZS—7是一種安全無(wú)毒的微生物發(fā)酵制品。

6、 （4）為降低微生物絮凝劑的生成成本，采用高濃度的有機(jī)廢水（淀粉廢水、牛奶廢水、啤酒廢水和食品廢水）作為替代培養(yǎng)基，對(duì)地衣芽胞桿菌X14進(jìn)行培養(yǎng)，以獲得價(jià)廉、高效的微生物絮凝劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：以淀粉廢水為替代培養(yǎng)基時(shí)得到的絮凝劑絮凝活性最強(qiáng)。優(yōu)化后淀粉廢水培養(yǎng)基組成為：原水經(jīng)預(yù)處理后稀釋4倍（CODcr濃度為8462～8796 mg/L），外加3g/L的K2HPO4。培養(yǎng)條件如下：培養(yǎng)溫度采用37℃，初始pH為8.0，搖床轉(zhuǎn)速140～1

7、60 r/min，接種量采用3％，培養(yǎng)72 h后收集其絮凝活性最高可達(dá)96.5％。 （5）對(duì)微生物絮凝劑ZS—7的絮凝機(jī)理進(jìn)行了初步研究，提出其凝聚絮凝高嶺土主要作用機(jī)理是以“靜電中和”和“吸附架橋”作用為主，Ca2+則主要起壓縮雙電層，靜電中和作用。含量適宜、分布均勻的羥基、氨基、酰胺基、羧基和甲氧基使絮凝劑分子能夠充分伸展，有效發(fā)揮吸附架橋作用。 （6）微生物絮凝劑ZS—7的實(shí)際應(yīng)用研究結(jié)果表明： ①在

8、印染廢水的處理方面，微生物絮凝劑ZS—7，PAC和PAM對(duì)兩種分散染料HW—BG和S—5BL的脫色效果都非常好，相比較而言，達(dá)到最高的脫色率時(shí)，PAC用量最多（100 mL），ZS—7次之（20 mL），PAM最少（10 mL）。因此可以說(shuō)在對(duì)分散染料廢水的處理上，微生物絮凝劑明顯優(yōu)于PAC而弱差于PAM。類(lèi)似的結(jié)果也出現(xiàn)在對(duì)活性染料Red HE3B和Yellow3RS的處理上。而在對(duì)堿性染料Yellow X—GL的處理上，三種絮凝劑均

9、沒(méi)有脫色效果。 ②在低溫低濁度飲用水的處理方面，水溫對(duì)PAC和PAM的影響比較大，而對(duì)微生物絮凝劑ZS—7基本上沒(méi)有影響，ZS—7在處理室溫和低溫飲用水時(shí)在基本上獲得了相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在沉淀5 min后，用ZS—7處理后的低溫飲用水的濁度和CODMn分別為1.6 NTU（去除率為95.6％）和3.8 mg/L（去除率為61.2％）。去除率優(yōu)于傳統(tǒng)絮凝劑如PAC和PAM。 ③在污泥的處理方面，微生物絮凝劑ZS—7（2