凹土基微生物制剂在净水系统中的联合应用研究
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 微生物絮凝剂 1
1.3 微生物净水剂 3
1.4 凹土基微生物制剂 4
2 材料和研究方法 5
2.1 材料和仪器 5
2.2 研究方法 7
3 结果与讨论. 12
3.1 絮凝试验 12
3.2 COD和氨氮去除实验. 16
3.3 联合净水试验 21
结论 24
致谢 25
参考文献 26
1 绪论
1.1 研究背景
现如今，随着国民经济的日益发展，我国的水源水污染然问题日益严峻。虽然常规的物理、化学法处理效率较高，尤其是各种联用技术的开发，对一些难降解有机物的去除降解非常有效，通过高效氧化，去除水中的大部分有机物，但是这些方法设备相对来说高成本、操作运行较复杂，难以推广使用。而微生物制剂则相对来说则可满足价格低廉，来源广泛、易培养、繁殖快，对环境的适应能力强、净水效果好，并且无毒无二次污染，环境效益高等要求。因此，筛选出高效的净水微生物并制成易存高效的微生物制剂已然成为水处理研究领域的重要分支。菌剂活性的高低对使用效果的好坏有至关重要的影响，而制备方法又是其活性的决定因素。传统的“载体+抑制剂”的储存方法，无法有效保持第一代菌种活性，因此使用时的品质无法有效保障，且保质期较短。如何合理地将已筛选培育的净水菌株高效复配固定保存并研发制剂，则更具深远意义。以凹凸棒石粘土（以下简称“凹土”）为载体的微胶囊封装技术，可以有效抑制微生物的代谢作用，其封闭层使微生物处于休眠状态，免于外部温度、湿度、氧化等因素的影响，溶于水后，其保护层可被迅速溶解，从而保证高剂量的第一代菌株投入 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
工作。凹土在我国储量丰富，目前已开发有多种用途，但其在作为微生物的固定化载体上的应用研究还很少，因此开发并联合应用凹土基微生物制剂对净水系统研究具有深远意义。
1.2 微生物絮凝剂
1.2.1 微生物絮凝剂简述
微生物絮凝剂是种代谢产物，主要是由微生物或其分泌物产生的，它能够使不容易降解的固体悬浮颗粒、菌体细胞以及胶体粒子等凝聚沉降[1]。微生物絮凝剂是通过发酵、分离等微生物技术然后提取、精制得到的，是一种具有生物分解性、安全性的新型高效、无毒、无二次污染的水处理剂。其主要由天然生物高分子结构组成，结构较为复杂，主要包括多糖、蛋白质、纤维素等。微生物絮凝剂被广大学者主要分为4类：微生物细胞、细胞壁提取物、细胞代谢产物和克隆技术所得。
1.2.2 微生物絮凝剂的研究及应用
微生物絮凝剂的发现起源于酿造业。早在多年前，人们发现发酵后期的酵母具有絮凝功能，它能从发酵液中分离出细胞体。在利用活性污泥处理废水时，研究人员发现由多种微生物菌胶团分泌出的絮凝活性物质，对废水处理中污泥沉降有较好的絮凝作用。在我国，开始进行微生物絮凝剂研究较晚，大多数研究主要集中在菌种的筛选和培养条件的优化等方面。自上世纪90年代，国内有关研究微生物絮凝剂的报道日渐增多，但大多数研究仍停留在菌种的筛选阶段，尚且很少有关于成功投入生产的报道。国外较早研究微生物的絮凝作用的是Lolus Pasetru，是其在酵母中观察到的。R-3混合菌是最早发现的混合型絮凝剂产生菌，由Ryuichiro Kurane等人报道，其中能在液体培养液中培养产生的菌剂是一种叫APR-3的高效絮凝剂，但是单个菌株培养时未产生絮凝菌剂。
随着生物科技的不断发展，微生物絮凝剂的研发及应用主要有以下几方面：
(1) 常见食品和工业废水的处理
王镇等筛选出不含质粒的四株菌，实验得在最适培养条件下，四种絮凝剂产量可达 0.5～0.9 g/L，对于去高岭土水样浊度的絮凝活性也非常高，而且絮凝范围广，对果汁、血细胞悬液、泥浆水、染液等都能达到很好的絮凝效果，并且具有较好的絮凝速度[2]。
中国科学院成都生物研究所的李智良等采用常规的细菌分离纯化方法对废水、土壤、活性污泥进行分离筛选，仅通过初步研究便获得6株微生物絮凝剂产生菌，将其发酵菌液离心，得到的上清液用于絮凝处理造纸黑液、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、造币废水及蓝黑水、碳素墨水等，实验结果表明，这6种微生物絮凝剂对废水固液分离的效果良好，COD去除率可达55%～98%，悬浮物、色度、浊度的去除率均可达90%以上[3]。
1985年，H.Taeggi采用乙醇沉淀和凝胶色谱法对拟青霉属（Paecilomyces SPI-1）微生物生产的絮凝剂进行精制，得到了称为PF101的絮凝剂，并对其进行研究；这种微生物絮凝剂的主要成分是半乳糖胺，约有30万分子量；PF101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、硅藻土、氧化铝等，均有良好的絮凝效果。
新加坡国立大学的S.Dent等在2003年从土壤中分离出了一株粘质杆状细菌，并研究了该菌产生的MBFA9的组成特性，其对淀粉废水水中悬浮物（SS）和CODCr降解率分别为85.5%和68.5%[4]。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
r /> (2) 污浊河水及城市生活污水的处理
有些实验室通过配置泥土悬浊液进行模拟小试实验，表明微生物絮凝剂对泥土悬浊液的浊度去除等有较高的絮凝率，其中尹华等通过对广州市河涌水的实验表明GS.7产絮凝剂对其处理效率达93.5%；对于卫滓河水的去浊率高于90%，并对藻类有去除效率[5]。
(3) 污泥的处理
在水处理工程中，活性污泥是一项十分让人头疼的问题，微生物絮凝剂的加入能降低活性污泥的污泥容积指数，消除污泥膨胀，使活性污泥的沉降能力得到恢复，仓根隆一郎在对甘草制药废水进行处理时，在已发生膨胀的污泥中加入NOC-1微生物絮凝剂后活性污泥恢复正常，其SVI值由290降至50[6]。
微生物絮凝剂不仅能处理上述废水，其在处理砖瓦废水、畜牧废水、酿酒酵母的凝聚等方面均表现良好，都能带来较好的经济效益与环境效益。
1.3 微生物净水剂
1.3.1 微生物净水剂简述
微生物净水剂是通过增强水体中微生物活性，增加微生物种群数量以达到提高水质，稳定水体pH、提高溶解氧量、降解氨氮、减少COD等目的微生物高效水净化菌剂。
1.3.2 微生物净水剂的研究研究及应用
国内研究进展主要有：华中科技大学的夏辉等从不同环境中分离出38株贫营养微生物，经16srDNA序列分析，主要为不动杆菌属(Acinetobacter)、产卟啉杆菌属(Porphyrobacter)和短杆菌属(Brevibacterium)等18个属，其中短小芽孢杆菌(Bacilluspumilus)菌株对水体CODMn和TOC的降解率分别为48.01%和46.83%[7]；在耐低温净水微生物的分离提纯方面国内学者取得了可喜的研究成果，如内蒙古农业大学的李海礁等通过4个试验从从内蒙古地区的自然环境中提取并分离纯化出26株耐低温细菌，分离筛选所得的菌株CB经实验表明其在低温条件下对于净化微污染水体有很好的效果，将其在15℃条件下处理模拟污染水样和微污染水样，其对两种水样中的有机质的降解率分别可达21.56%和50.14%，由生理生化特性试验中得到的菌株CB可以利用葡萄糖和蔗糖作为唯一碳源，利用硝酸钾作为唯一氮源，同时可以产淀粉酶水解淀粉和氧化氢酶，不产脂肪酶，不分解明胶，M.R.试验和V.P.试验结果分别呈阳性，最后菌株CB通过16srDNA序列分析得其为嗜冷芽孢杆菌（Psychrophilic）[8]；衡水学院的刘国杰、朱会霞则利用对湖水净化能力较强的枯草芽孢杆菌、贫营养菌、硝化细菌、乳酸菌、光合细菌，采用L1873正交实验设计优化复合菌剂配比，对湖水净化微生物进行了筛选研究。得到复配菌剂的最佳配比为：枯草芽孢杆菌8g/L；光合细菌6g/L；乳酸菌0.4g/L；硝化细菌10.2g/L；硝化细菌20.6g/L；贫营养菌0.2g/L。以此配比条件进行复配所制得复合菌剂用于净化湖水，30d后湖水总磷含量降低85.71%，总氮含量降低75.69%，COD值降低74.68%，表明该比例复合菌剂能较好地去除湖水中的总磷、总氮、COD，对湖水净化效果良好；华中农业大学的陈晓春探索直接利用人工培养净水微生物制剂用于治理景观水体的富营养化问题，其采用净水枯草芽抱杆菌、反硝化细菌、光合细菌以及乳酸菌等复合微生物制剂对东莞市珊洲河进行了生物治理。经过7d治理后，河水水体中的恶臭逐渐减弱并最终消失，水体颜色由黑转绿。投放56d后，河水总磷平均质量浓度由1.43mg/L降至0.40mg/L，总磷去除率达72.3%；总氮平均质量浓度由12.6mg/L降至4.41mg/L，去除率达65%；CODMn平均质量浓度由7.84mg/L降至4.34mg/L，去除率达44.65%，说明该微生物复合菌制剂能很有效地修复景观水体。
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 微生物絮凝剂 1
1.3 微生物净水剂 3
1.4 凹土基微生物制剂 4
2 材料和研究方法 5
2.1 材料和仪器 5
2.2 研究方法 7
3 结果与讨论. 12
3.1 絮凝试验 12
3.2 COD和氨氮去除实验. 16
3.3 联合净水试验 21
结论 24
致谢 25
参考文献 26
1 绪论
1.1 研究背景
现如今，随着国民经济的日益发展，我国的水源水污染然问题日益严峻。虽然常规的物理、化学法处理效率较高，尤其是各种联用技术的开发，对一些难降解有机物的去除降解非常有效，通过高效氧化，去除水中的大部分有机物，但是这些方法设备相对来说高成本、操作运行较复杂，难以推广使用。而微生物制剂则相对来说则可满足价格低廉，来源广泛、易培养、繁殖快，对环境的适应能力强、净水效果好，并且无毒无二次污染，环境效益高等要求。因此，筛选出高效的净水微生物并制成易存高效的微生物制剂已然成为水处理研究领域的重要分支。菌剂活性的高低对使用效果的好坏有至关重要的影响，而制备方法又是其活性的决定因素。传统的“载体+抑制剂”的储存方法，无法有效保持第一代菌种活性，因此使用时的品质无法有效保障，且保质期较短。如何合理地将已筛选培育的净水菌株高效复配固定保存并研发制剂，则更具深远意义。以凹凸棒石粘土（以下简称“凹土”）为载体的微胶囊封装技术，可以有效抑制微生物的代谢作用，其封闭层使微生物处于休眠状态，免于外部温度、湿度、氧化等因素的影响，溶于水后，其保护层可被迅速溶解，从而保证高剂量的第一代菌株投入 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
工作。凹土在我国储量丰富，目前已开发有多种用途，但其在作为微生物的固定化载体上的应用研究还很少，因此开发并联合应用凹土基微生物制剂对净水系统研究具有深远意义。
1.2 微生物絮凝剂
1.2.1 微生物絮凝剂简述
微生物絮凝剂是种代谢产物，主要是由微生物或其分泌物产生的，它能够使不容易降解的固体悬浮颗粒、菌体细胞以及胶体粒子等凝聚沉降[1]。微生物絮凝剂是通过发酵、分离等微生物技术然后提取、精制得到的，是一种具有生物分解性、安全性的新型高效、无毒、无二次污染的水处理剂。其主要由天然生物高分子结构组成，结构较为复杂，主要包括多糖、蛋白质、纤维素等。微生物絮凝剂被广大学者主要分为4类：微生物细胞、细胞壁提取物、细胞代谢产物和克隆技术所得。
1.2.2 微生物絮凝剂的研究及应用
微生物絮凝剂的发现起源于酿造业。早在多年前，人们发现发酵后期的酵母具有絮凝功能，它能从发酵液中分离出细胞体。在利用活性污泥处理废水时，研究人员发现由多种微生物菌胶团分泌出的絮凝活性物质，对废水处理中污泥沉降有较好的絮凝作用。在我国，开始进行微生物絮凝剂研究较晚，大多数研究主要集中在菌种的筛选和培养条件的优化等方面。自上世纪90年代，国内有关研究微生物絮凝剂的报道日渐增多，但大多数研究仍停留在菌种的筛选阶段，尚且很少有关于成功投入生产的报道。国外较早研究微生物的絮凝作用的是Lolus Pasetru，是其在酵母中观察到的。R-3混合菌是最早发现的混合型絮凝剂产生菌，由Ryuichiro Kurane等人报道，其中能在液体培养液中培养产生的菌剂是一种叫APR-3的高效絮凝剂，但是单个菌株培养时未产生絮凝菌剂。
随着生物科技的不断发展，微生物絮凝剂的研发及应用主要有以下几方面：
(1) 常见食品和工业废水的处理
王镇等筛选出不含质粒的四株菌，实验得在最适培养条件下，四种絮凝剂产量可达 0.5～0.9 g/L，对于去高岭土水样浊度的絮凝活性也非常高，而且絮凝范围广，对果汁、血细胞悬液、泥浆水、染液等都能达到很好的絮凝效果，并且具有较好的絮凝速度[2]。
中国科学院成都生物研究所的李智良等采用常规的细菌分离纯化方法对废水、土壤、活性污泥进行分离筛选，仅通过初步研究便获得6株微生物絮凝剂产生菌，将其发酵菌液离心，得到的上清液用于絮凝处理造纸黑液、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、造币废水及蓝黑水、碳素墨水等，实验结果表明，这6种微生物絮凝剂对废水固液分离的效果良好，COD去除率可达55%～98%，悬浮物、色度、浊度的去除率均可达90%以上[3]。
1985年，H.Taeggi采用乙醇沉淀和凝胶色谱法对拟青霉属（Paecilomyces SPI-1）微生物生产的絮凝剂进行精制，得到了称为PF101的絮凝剂，并对其进行研究；这种微生物絮凝剂的主要成分是半乳糖胺，约有30万分子量；PF101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、硅藻土、氧化铝等，均有良好的絮凝效果。
新加坡国立大学的S.Dent等在2003年从土壤中分离出了一株粘质杆状细菌，并研究了该菌产生的MBFA9的组成特性，其对淀粉废水水中悬浮物（SS）和CODCr降解率分别为85.5%和68.5%[4]。
r /> (2) 污浊河水及城市生活污水的处理
有些实验室通过配置泥土悬浊液进行模拟小试实验，表明微生物絮凝剂对泥土悬浊液的浊度去除等有较高的絮凝率，其中尹华等通过对广州市河涌水的实验表明GS.7产絮凝剂对其处理效率达93.5%；对于卫滓河水的去浊率高于90%，并对藻类有去除效率[5]。
(3) 污泥的处理
在水处理工程中，活性污泥是一项十分让人头疼的问题，微生物絮凝剂的加入能降低活性污泥的污泥容积指数，消除污泥膨胀，使活性污泥的沉降能力得到恢复，仓根隆一郎在对甘草制药废水进行处理时，在已发生膨胀的污泥中加入NOC-1微生物絮凝剂后活性污泥恢复正常，其SVI值由290降至50[6]。
微生物絮凝剂不仅能处理上述废水，其在处理砖瓦废水、畜牧废水、酿酒酵母的凝聚等方面均表现良好，都能带来较好的经济效益与环境效益。
1.3 微生物净水剂
1.3.1 微生物净水剂简述
微生物净水剂是通过增强水体中微生物活性，增加微生物种群数量以达到提高水质，稳定水体pH、提高溶解氧量、降解氨氮、减少COD等目的微生物高效水净化菌剂。
1.3.2 微生物净水剂的研究研究及应用
国内研究进展主要有：华中科技大学的夏辉等从不同环境中分离出38株贫营养微生物，经16srDNA序列分析，主要为不动杆菌属(Acinetobacter)、产卟啉杆菌属(Porphyrobacter)和短杆菌属(Brevibacterium)等18个属，其中短小芽孢杆菌(Bacilluspumilus)菌株对水体CODMn和TOC的降解率分别为48.01%和46.83%[7]；在耐低温净水微生物的分离提纯方面国内学者取得了可喜的研究成果，如内蒙古农业大学的李海礁等通过4个试验从从内蒙古地区的自然环境中提取并分离纯化出26株耐低温细菌，分离筛选所得的菌株CB经实验表明其在低温条件下对于净化微污染水体有很好的效果，将其在15℃条件下处理模拟污染水样和微污染水样，其对两种水样中的有机质的降解率分别可达21.56%和50.14%，由生理生化特性试验中得到的菌株CB可以利用葡萄糖和蔗糖作为唯一碳源，利用硝酸钾作为唯一氮源，同时可以产淀粉酶水解淀粉和氧化氢酶，不产脂肪酶，不分解明胶，M.R.试验和V.P.试验结果分别呈阳性，最后菌株CB通过16srDNA序列分析得其为嗜冷芽孢杆菌（Psychrophilic）[8]；衡水学院的刘国杰、朱会霞则利用对湖水净化能力较强的枯草芽孢杆菌、贫营养菌、硝化细菌、乳酸菌、光合细菌，采用L1873正交实验设计优化复合菌剂配比，对湖水净化微生物进行了筛选研究。得到复配菌剂的最佳配比为：枯草芽孢杆菌8g/L；光合细菌6g/L；乳酸菌0.4g/L；硝化细菌10.2g/L；硝化细菌20.6g/L；贫营养菌0.2g/L。以此配比条件进行复配所制得复合菌剂用于净化湖水，30d后湖水总磷含量降低85.71%，总氮含量降低75.69%，COD值降低74.68%，表明该比例复合菌剂能较好地去除湖水中的总磷、总氮、COD，对湖水净化效果良好；华中农业大学的陈晓春探索直接利用人工培养净水微生物制剂用于治理景观水体的富营养化问题，其采用净水枯草芽抱杆菌、反硝化细菌、光合细菌以及乳酸菌等复合微生物制剂对东莞市珊洲河进行了生物治理。经过7d治理后，河水水体中的恶臭逐渐减弱并最终消失，水体颜色由黑转绿。投放56d后，河水总磷平均质量浓度由1.43mg/L降至0.40mg/L，总磷去除率达72.3%；总氮平均质量浓度由12.6mg/L降至4.41mg/L，去除率达65%；CODMn平均质量浓度由7.84mg/L降至4.34mg/L，去除率达44.65%，说明该微生物复合菌制剂能很有效地修复景观水体。
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