生物助凝剂的开发及性能研究
目 录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 生物助凝剂的研究现状 1
1.2.1 微生物助凝剂的发展历史 2
1.2.2 微生物产生菌的来源与种类 3
1.2.3 微生物助凝剂的分类 3
1.2.4 影响助凝剂助凝活性的因素 4
1.2.5 国内生物助凝剂研究现状 5
1.2.6 国外微生物助凝剂研究现状 6
1.3 适于低温低浊水体的微生物助凝剂的发展前景 7
1.4 本课题的主要内容 7
2 实验部分 8
2.1 实验仪器及试剂 8
2.2 实验方案 9
2.2.1 生物助凝剂的制备 9
2.2.2 生物助凝剂强化混凝剂处理低温低浊水 11
3 结果分析 13
3.1 生物助凝剂的制备 13
3.1.1 菌种分离与筛选 13
3.1.2 生物助凝剂在发酵液中分布 13
3.1.3 菌种分类 14
3.1.4 红外光谱分析 14
3.2 生物助凝剂强化混凝剂处理低温低浊水 15
3.2.1 助凝剂与PAC混合投加处理效果 15
3.2.2 助凝剂与PAFC混合投加处理效果 17
3.2.3 助凝剂与PFS混合投加处理效果 19
3.2.4 相同混凝剂与助凝剂在不同温度下的处理效果 20
结论 23
致 谢 24
参考文献 25
1 绪论
1.1 引言
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
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。在水处理方法中，絮凝法是重要的方法之一。目前国内外所使用的絮凝剂和助凝剂主要为无机化合物和人工合成有机物。无机絮凝剂用量大，易产生二次污染，特别是铝盐的大量应用，对环境的影响日益突出，尤其是对饮用水的处理，大量使用铝盐，会导致处理后的水中铝离子含量增加，会导致老年痴呆症发病率上升。人工合成有机高分子作为絮凝剂或助凝剂使用时，残留或水解后生成的单体具有一定的毒性，危害人体健康[1]。
为解决水处理工作中絮凝剂和助凝剂会产生危害的问题，采用环境友好型生物助凝剂来替代人工合成的高分子水处理剂，可从源头上彻底控制水处理剂给环境带来的污染，提高饮水安全，减少环境污染，符合国家可持续发展的策略。
1.2 生物助凝剂的研究现状
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。微生物助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助凝剂是无毒无害的。
能产生微生物助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助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助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，使助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，微生物助凝剂不但具有其他传统絮凝剂的特点，而且微生物助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。这些都是传统混凝剂无法比拟的，因此，近些年来微生物助凝剂得到了研究者的关注并成为研究开发的热点。但目前，限制微生物助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：曹丽雯盐多藻多糖提取与改性生物制备助凝剂的研究。
1.2.1 微生物助凝剂的发展历史
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 生物助凝剂的研究现状 1
1.2.1 微生物助凝剂的发展历史 2
1.2.2 微生物产生菌的来源与种类 3
1.2.3 微生物助凝剂的分类 3
1.2.4 影响助凝剂助凝活性的因素 4
1.2.5 国内生物助凝剂研究现状 5
1.2.6 国外微生物助凝剂研究现状 6
1.3 适于低温低浊水体的微生物助凝剂的发展前景 7
1.4 本课题的主要内容 7
2 实验部分 8
2.1 实验仪器及试剂 8
2.2 实验方案 9
2.2.1 生物助凝剂的制备 9
2.2.2 生物助凝剂强化混凝剂处理低温低浊水 11
3 结果分析 13
3.1 生物助凝剂的制备 13
3.1.1 菌种分离与筛选 13
3.1.2 生物助凝剂在发酵液中分布 13
3.1.3 菌种分类 14
3.1.4 红外光谱分析 14
3.2 生物助凝剂强化混凝剂处理低温低浊水 15
3.2.1 助凝剂与PAC混合投加处理效果 15
3.2.2 助凝剂与PAFC混合投加处理效果 17
3.2.3 助凝剂与PFS混合投加处理效果 19
3.2.4 相同混凝剂与助凝剂在不同温度下的处理效果 20
结论 23
致 谢 24
参考文献 25
1 绪论
1.1 引言
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
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。在水处理方法中，絮凝法是重要的方法之一。目前国内外所使用的絮凝剂和助凝剂主要为无机化合物和人工合成有机物。无机絮凝剂用量大，易产生二次污染，特别是铝盐的大量应用，对环境的影响日益突出，尤其是对饮用水的处理，大量使用铝盐，会导致处理后的水中铝离子含量增加，会导致老年痴呆症发病率上升。人工合成有机高分子作为絮凝剂或助凝剂使用时，残留或水解后生成的单体具有一定的毒性，危害人体健康[1]。
为解决水处理工作中絮凝剂和助凝剂会产生危害的问题，采用环境友好型生物助凝剂来替代人工合成的高分子水处理剂，可从源头上彻底控制水处理剂给环境带来的污染，提高饮水安全，减少环境污染，符合国家可持续发展的策略。
1.2 生物助凝剂的研究现状
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。微生物助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助凝剂是无毒无害的。
能产生微生物助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助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助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，使助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，微生物助凝剂不但具有其他传统絮凝剂的特点，而且微生物助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。这些都是传统混凝剂无法比拟的，因此，近些年来微生物助凝剂得到了研究者的关注并成为研究开发的热点。但目前，限制微生物助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：曹丽雯盐多藻多糖提取与改性生物制备助凝剂的研究。
1.2.1 微生物助凝剂的发展历史
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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