微生物絮凝剂的制备及絮凝性能的研究
目 录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 微生物絮凝剂的概述 1
1.3 国内外研究现状 6
1.4 本课题的主要内容 7
2 微生物絮凝剂的制备 9
2.1 实验仪器及相关试剂 9
2.2 实验部分 10
2.3 结果分析 11
2.4 本章小结 14
3 微生物絮凝剂的絮凝性能研究 16
3.1 实验仪器及试剂 16
3.2 实验部分 16
3.3 结果分析 17
3.4 本章小结 24
4 微生物絮凝剂的分布以及组成 25
4.1实验仪器及试剂 25
4.2 实验部分 25
4.3 结果分析 26
4.4 本章小结 28
结 论 29
致 谢 30
参考文献 31
1 绪论
1.1 引言
随着人类社会的日益进步和科学技术的快速发展，工业生产的废水和生活制造的污水不断增加，人类赖以生存的水资源面临日趋严重的污染问题。社会经济的迅速发展导致人类对水资源的需求量与日俱增，水资源的可持续利用，以及人类活动对淡水资源的影响问题随之引起社会各界的关注，其结果就是使人类对水质的要求越来越高。当前水处理的目标已经不单单是要满足人类对水量上的需求，同时还要满足水质上的要求。因此水处理技术和水处理药剂的发展就成为水处理目标实现的关键，尤其是对水处理药剂的要求不仅要效果好，而且要求对水质没有二次污染。水处理的主要任务是改善水质，研究与开发良好的水处理药剂是提高水处理效果、从根本改善水 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
质的重要手段之一，而絮凝剂被作为水处理药剂而泛应用于饮用水和各种污水处理领域中。
絮凝技术的应用尤其是在各种污水处理预处理的应用中显现出了其独特的性能，基建投资少、处理时间短、特别适合一些中小型企业的污水处理[1]。现代城市污水处理的发展方向是集中处理，这就要求把各污水源进行集中的预处理，而絮凝法是一种比较高效的预处理方法，不仅经济可行，而且极具发展前景；另外在给水处理中，絮凝也是不可或缺的工艺过程。絮凝法主要是除去水中的胶体和悬浮物，对一些大分子有机物也有一定得去除效果，混凝效果的好坏往往决定最终出水质量、费用和后续流程的运行情况，因此它始终是水工业中的重要研究开发领域。水处理混凝过程净水能否达到高效能的关键之一，就在于恰当的选择及使用性能优良的絮凝剂。
1.2 微生物絮凝剂的概述
微生物是指一切肉眼看不到或者看不清的细小生物，他们具有个体微小、结构简单、种类繁多等特点，在一定的条件下微生物可以生长繁殖，有时还会发生变异产生新的菌中。微生物絮凝剂就是一些微生物生长过程中分泌出的具有絮凝活性的代谢产物，代谢产物分为三类：初生代谢产物、次生代谢产物以及代谢衍生物。一般研究较多的是次生代谢产物。包括：糖蛋白、多糖、蛋白质、DNA、纤维素等。利用生物技术，通过细菌、真菌、放线菌等微生物发酵、提纯、精制而成。这从本质上反应了微生物絮凝剂是无毒无害的。
能产生微生物絮凝剂的微生物种类有很多，在自然界中存在范围广泛，并且这些微生物很容易从环境中得到，例如：土壤、活性污泥、河流底部淤泥、各种生产生活中排放的废水等等都可以作为微生物絮凝剂产生菌的菌种来源。另外，由于微生物的代谢活动旺盛、生长繁殖对环境的适应能力强等等使得微生物絮凝剂的产生菌在很短的时间内通过培养条件的优化就能大量的自我繁殖最后产生絮凝剂。还可以通过基因工程手段改变基因，使絮凝剂产生菌同时获得其他优良性状，这样就可以提高其实用性[2]。因此，微生物絮凝剂不但具有其他传统絮凝剂的特点，而且微生物絮凝剂的特定成分还决定了其具有很多独特的优点和性能：无毒无害、无二次污染；药剂用量少、应用范围广；具有良好的除浊和脱色性能、易被生物降解。这些都是传统絮凝剂无法比拟的，因此，近些年来微生物絮凝剂得到了研究者的关注并成为研究开发的热点。但目前，限制微生物絮凝剂产业化的关键在于其培养成本较高，难以进行大规模的工业化生产。因此寻求廉价培养基甚至以废弃物进行生产，具有十分重要的意义。目前，在我国有一些实验室和科研所已经尝试寻求廉价培养基或替代培养基。例如：徐斌等利用鱼粉废水培养假单胞菌、邓述波等利用淀粉废水培养MBFA-9。日本的学者Kurane等研究者也进行过这方面的研究，他们在实验室中发现有多种替代培养基可以作为这种红平红球菌的替代培养基。
1.2.1 微生物絮凝剂的发展历史
早在100多年前，Louis Pasteur从啤酒酵母中观察到细胞的聚集现象，这种聚集现象就是絮凝，当时该种絮凝的主要怍用就是使细胞体从发酵液中分离出来，从而提高啤洒的质量。1935年，Bufferfield从活性污泥中筛选获得的最早的絮凝产生菌，该菌的培养液具有一定的絮凝能力。1971年，Zajic和Knetting从煤油中分离出一株棒状杆菌。该菌可以分泌一种对泥水具有絮凝作用的、多聚作用的多聚物质[3]。1976年，Junji Nakamura等对 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
能产生絮凝效果的微生物进行了筛选，从214株霉菌、酵母苗、细苗和放线菌中，分离筛选出了19株具有絮凝能力的菌株，其中霉菌8种、细菌5种、放线菌5种、酵母菌1种，其中酱油曲霉AJ7002产生的微生物絮凝剂对面包酵母絮凝能力最好[4]。
虽然在20世纪50年代人们就发现了细菌的培养液具有一定的絮凝作用，但是真正的深入研究应该说是开始于70年代，当时日本的研究人员在酞酸酯生物降解过程中发现微生物培养液具有絮凝作用后，日本在生物絮凝剂这一研究领域就一直处于领先地位。80年代后期，Ryuichiro Kurane等一些研究学者从日本的旱田土壤中筛选分离山一株Rhodococcus erythropolis-1，用特定的培养基和培养条件研制成了微生物絮凝剂NOC-1，直到目前为止N0C-1也依然是研究最为深入透彻的微生物絮凝剂，包括其产生菌的培养、筛选、分离纯化、发酵条件的优化、分子结构的分析以及应用条件的摸索等等都进行了较为系统的研究。所以说，NOC-1是己经发现的最好的生物絮凝剂。在生产与实际相结合的过程中，Ryuichiro Kurane在继续研究适合的应用对象的同时，也同时在进行如何降低NOC-1生产成本的研究，并且已经取得了一定的研究成果。
1.2.2 微生物产生菌的来源与种类
自然界中存在的微生物各种各样，它们大量的存在于土壤、活性污泥和淤泥中。日前研究者研究所用的菌种来源主要来自于三个方面：第一，来自天然的土壤，土壤是微生物的大本营，大多数微生物均生长在土壤中，并且从土壤中分离微生物絮凝剂产生菌方法简单，成本相对较低；第二，来自于水厂及污水处理厂的活性污泥，从活性污泥中采集微生物絮凝剂产生菌菌种同样成本低，且把制备出的微生物絮凝剂投入污水处理系统不会增加其它成分，这样能够保持投加前后微生物系统的稳定性；第三，直接购买成品微生物絮凝剂产生菌的菌株，但是因为成本较高，所以应用受到限制。从这些微生物中筛选分离的微生物絮凝剂，不仅可以应用于废水的处理和改进活性污怩的沉淀性能，还能应用于微生物发酵工业中进行的微生物细胞与产物的分离。
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 微生物絮凝剂的概述 1
1.3 国内外研究现状 6
1.4 本课题的主要内容 7
2 微生物絮凝剂的制备 9
2.1 实验仪器及相关试剂 9
2.2 实验部分 10
2.3 结果分析 11
2.4 本章小结 14
3 微生物絮凝剂的絮凝性能研究 16
3.1 实验仪器及试剂 16
3.2 实验部分 16
3.3 结果分析 17
3.4 本章小结 24
4 微生物絮凝剂的分布以及组成 25
4.1实验仪器及试剂 25
4.2 实验部分 25
4.3 结果分析 26
4.4 本章小结 28
结 论 29
致 谢 30
参考文献 31
1 绪论
1.1 引言
随着人类社会的日益进步和科学技术的快速发展，工业生产的废水和生活制造的污水不断增加，人类赖以生存的水资源面临日趋严重的污染问题。社会经济的迅速发展导致人类对水资源的需求量与日俱增，水资源的可持续利用，以及人类活动对淡水资源的影响问题随之引起社会各界的关注，其结果就是使人类对水质的要求越来越高。当前水处理的目标已经不单单是要满足人类对水量上的需求，同时还要满足水质上的要求。因此水处理技术和水处理药剂的发展就成为水处理目标实现的关键，尤其是对水处理药剂的要求不仅要效果好，而且要求对水质没有二次污染。水处理的主要任务是改善水质，研究与开发良好的水处理药剂是提高水处理效果、从根本改善水 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
质的重要手段之一，而絮凝剂被作为水处理药剂而泛应用于饮用水和各种污水处理领域中。
絮凝技术的应用尤其是在各种污水处理预处理的应用中显现出了其独特的性能，基建投资少、处理时间短、特别适合一些中小型企业的污水处理[1]。现代城市污水处理的发展方向是集中处理，这就要求把各污水源进行集中的预处理，而絮凝法是一种比较高效的预处理方法，不仅经济可行，而且极具发展前景；另外在给水处理中，絮凝也是不可或缺的工艺过程。絮凝法主要是除去水中的胶体和悬浮物，对一些大分子有机物也有一定得去除效果，混凝效果的好坏往往决定最终出水质量、费用和后续流程的运行情况，因此它始终是水工业中的重要研究开发领域。水处理混凝过程净水能否达到高效能的关键之一，就在于恰当的选择及使用性能优良的絮凝剂。
1.2 微生物絮凝剂的概述
微生物是指一切肉眼看不到或者看不清的细小生物，他们具有个体微小、结构简单、种类繁多等特点，在一定的条件下微生物可以生长繁殖，有时还会发生变异产生新的菌中。微生物絮凝剂就是一些微生物生长过程中分泌出的具有絮凝活性的代谢产物，代谢产物分为三类：初生代谢产物、次生代谢产物以及代谢衍生物。一般研究较多的是次生代谢产物。包括：糖蛋白、多糖、蛋白质、DNA、纤维素等。利用生物技术，通过细菌、真菌、放线菌等微生物发酵、提纯、精制而成。这从本质上反应了微生物絮凝剂是无毒无害的。
能产生微生物絮凝剂的微生物种类有很多，在自然界中存在范围广泛，并且这些微生物很容易从环境中得到，例如：土壤、活性污泥、河流底部淤泥、各种生产生活中排放的废水等等都可以作为微生物絮凝剂产生菌的菌种来源。另外，由于微生物的代谢活动旺盛、生长繁殖对环境的适应能力强等等使得微生物絮凝剂的产生菌在很短的时间内通过培养条件的优化就能大量的自我繁殖最后产生絮凝剂。还可以通过基因工程手段改变基因，使絮凝剂产生菌同时获得其他优良性状，这样就可以提高其实用性[2]。因此，微生物絮凝剂不但具有其他传统絮凝剂的特点，而且微生物絮凝剂的特定成分还决定了其具有很多独特的优点和性能：无毒无害、无二次污染；药剂用量少、应用范围广；具有良好的除浊和脱色性能、易被生物降解。这些都是传统絮凝剂无法比拟的，因此，近些年来微生物絮凝剂得到了研究者的关注并成为研究开发的热点。但目前，限制微生物絮凝剂产业化的关键在于其培养成本较高，难以进行大规模的工业化生产。因此寻求廉价培养基甚至以废弃物进行生产，具有十分重要的意义。目前，在我国有一些实验室和科研所已经尝试寻求廉价培养基或替代培养基。例如：徐斌等利用鱼粉废水培养假单胞菌、邓述波等利用淀粉废水培养MBFA-9。日本的学者Kurane等研究者也进行过这方面的研究，他们在实验室中发现有多种替代培养基可以作为这种红平红球菌的替代培养基。
1.2.1 微生物絮凝剂的发展历史
早在100多年前，Louis Pasteur从啤酒酵母中观察到细胞的聚集现象，这种聚集现象就是絮凝，当时该种絮凝的主要怍用就是使细胞体从发酵液中分离出来，从而提高啤洒的质量。1935年，Bufferfield从活性污泥中筛选获得的最早的絮凝产生菌，该菌的培养液具有一定的絮凝能力。1971年，Zajic和Knetting从煤油中分离出一株棒状杆菌。该菌可以分泌一种对泥水具有絮凝作用的、多聚作用的多聚物质[3]。1976年，Junji Nakamura等对 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
能产生絮凝效果的微生物进行了筛选，从214株霉菌、酵母苗、细苗和放线菌中，分离筛选出了19株具有絮凝能力的菌株，其中霉菌8种、细菌5种、放线菌5种、酵母菌1种，其中酱油曲霉AJ7002产生的微生物絮凝剂对面包酵母絮凝能力最好[4]。
虽然在20世纪50年代人们就发现了细菌的培养液具有一定的絮凝作用，但是真正的深入研究应该说是开始于70年代，当时日本的研究人员在酞酸酯生物降解过程中发现微生物培养液具有絮凝作用后，日本在生物絮凝剂这一研究领域就一直处于领先地位。80年代后期，Ryuichiro Kurane等一些研究学者从日本的旱田土壤中筛选分离山一株Rhodococcus erythropolis-1，用特定的培养基和培养条件研制成了微生物絮凝剂NOC-1，直到目前为止N0C-1也依然是研究最为深入透彻的微生物絮凝剂，包括其产生菌的培养、筛选、分离纯化、发酵条件的优化、分子结构的分析以及应用条件的摸索等等都进行了较为系统的研究。所以说，NOC-1是己经发现的最好的生物絮凝剂。在生产与实际相结合的过程中，Ryuichiro Kurane在继续研究适合的应用对象的同时，也同时在进行如何降低NOC-1生产成本的研究，并且已经取得了一定的研究成果。
1.2.2 微生物产生菌的来源与种类
自然界中存在的微生物各种各样，它们大量的存在于土壤、活性污泥和淤泥中。日前研究者研究所用的菌种来源主要来自于三个方面：第一，来自天然的土壤，土壤是微生物的大本营，大多数微生物均生长在土壤中，并且从土壤中分离微生物絮凝剂产生菌方法简单，成本相对较低；第二，来自于水厂及污水处理厂的活性污泥，从活性污泥中采集微生物絮凝剂产生菌菌种同样成本低，且把制备出的微生物絮凝剂投入污水处理系统不会增加其它成分，这样能够保持投加前后微生物系统的稳定性；第三，直接购买成品微生物絮凝剂产生菌的菌株，但是因为成本较高，所以应用受到限制。从这些微生物中筛选分离的微生物絮凝剂，不仅可以应用于废水的处理和改进活性污怩的沉淀性能，还能应用于微生物发酵工业中进行的微生物细胞与产物的分离。
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