新型微生物絮凝剂的研究进展

综述了近些年来国内外微生物絮凝剂的发展概况,并对微生物絮凝剂的絮凝机理进行了探讨.分别介绍了单菌株生物絮凝剂、复合型生物絮凝剂、有效微生物群以及微生物絮凝剂的生物学研究,对微生物絮凝剂的发展趋势及其应用情况进行了分析.     

一株芽孢杆菌产生物絮凝剂去除赤潮微藻的研究

以赤潮微藻米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)和塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)为受试对象,对一株芽孢杆菌WZ01所产的生物絮凝剂去除赤潮微藻的性能进行了研究。结果表明:芽孢杆菌WZ01所产生物絮凝剂对人工培养的米氏凯伦藻和塔玛亚历山大藻藻液均有去除能力,适宜的絮凝剂质量浓度为40.0~60.0 mg/L,絮凝时间为90~120 min,pH=7.5~8.5,在20~40℃范围内生物絮凝剂对2种微藻的絮凝率无显著区别;Ca~(2+)和Mg~(2+)浓度对生物絮凝剂去除2种微藻有一定影响,适宜浓度为4.0~6.0 mmol/L;适宜条件下生物絮凝剂对人工培养的米氏凯伦藻和塔玛亚历山大藻藻液的絮凝率均超过80.0%。研究表明,芽孢杆菌WZ01所产的生物絮凝剂在去除赤潮微藻方面有应用潜力。     

高效生物絮凝剂产生菌的诱变选育

为得到絮凝活性高的优良菌株,采用紫外线诱变和化学诱变相结合的方法对野生菌株XN-3进行人工育种,选育出性能优良、遗传稳定的变异菌株UH-2-4,其絮凝率达到96.8%,比原菌株提高了25.1%。并研究了金属离子、投加量对其絮凝活性的影响。     

豆腐废水廉价培养制备微生物絮凝剂的研究

从活性污泥中筛选出一株有高效絮凝活性的菌株,经鉴定为酵母属(Saccharomyces sp).以豆腐废水为廉价培养基培养高效菌产生微生物絮凝剂,含有絮凝活性物质的发酵液的上清液对4g/L高岭土悬浊液的絮凝率达95.6%.正交实验表明,产生微生物絮凝剂的优化培养条件为:豆腐废水体积分数25%,初始pH值5.0,摇床速度160r/min,温度30℃.培养产生的微生物絮凝剂最佳收获时间为48 h.微生物絮凝剂在酸性和碱性环境中均有较好的适应性和热稳定性.     

氮源对克雷伯氏菌NⅢ2分泌絮凝剂特性的影响

实验研究了蔗糖为碳源,硝酸钠、脲、蛋白胨、硫酸铵和氯化铵等氮源对NⅢ2发酵产絮凝剂的影响。结果表明,发酵液起始pH值为7.50,以硝酸钠为氮源,发酵液pH会上升,升至7.60～8.34时,NⅢ2菌株开始大量分泌微生物絮凝剂,发酵72 h,产量可达7.5 g/L,该产量是目前报道的克雷伯氏菌产絮凝剂的最高值。脲为氮源,pH则下降,降至5.04～6.49时,大量分泌絮凝剂,发酵72 h产量达5.2 g/L。蛋白胨、氯化铵和硫酸铵等为氮源时,pH下降十分明显,pH小于3.71时有絮凝剂分泌,发酵72 h产量约2.0 g/L或更小。以硝酸钠和脲为氮源时,发酵液中有黄色物质分泌,该黄色物质出现或黄色逐渐加深,是NⅢ2菌高产絮凝剂的标志。除硫酸铵外,其他氮源发酵所产絮凝剂为O-糖蛋白。当以硝酸钠、脲、蛋白胨、硫酸铵和氯化铵为氮源时,絮凝剂中蛋白的含量分别为9.55%、33.28%、19.39%、13.81%和15.51%,且蛋白含量越高,絮凝剂活性越大。     

厌氧后猪场废水资源化制备微生物絮凝剂

通过检测碳源、氮源、磷酸盐和pH等对微生物絮凝剂絮凝率的影响,考察了红平红球菌利用厌氧处理后的猪场废水生产微生物絮凝剂的性能。通过正交实验研究各因素对絮凝率的交互影响以及影响程度的相对大小,从而确定了最佳培养基。结果表明,1.0 L厌氧处理后的猪场废水中加入蔗糖10.0 g、KH2PO42.0 g、K2HPO45.0 g、NaCl 1.0 g、Mg-SO40.2 g,在温度30℃、摇床速度120 r/min、pH=8的条件下发酵72 h后,发酵液的絮凝率可达到92.57%。表明厌氧处理后的猪场废水中加入适量的蔗糖和磷酸盐,完全可以作为一种有效的生产微生物絮凝剂的培养基。     

生物絮凝剂产生菌群发酵特性及动力学

从土壤中分离、筛选得到2株具有协同发酵的微生物絮凝剂产生菌。通过单因素实验考察了碳源、氮源、不同C/N等多种发酵条件对复合菌株产絮的影响,并对复合菌株的生长动力学进行了研究。当碳源为蔗糖、氮源为草酸铵、C/N为30∶1,pH=7.0、在30℃,160 r/min的摇床速度下培养24 h,其发酵液对4 g/L的高岭土的悬浊液的絮凝率达到99.3%。根据Logistic方程,得到复合型生物絮凝剂产生菌群的生长动力学模型与实验数据能较好地拟合,基本反映了复合菌群生长的动力学特征。     

稻秸秆制备微生物絮凝剂及改善污泥脱水性能的研究

采用水稻秸秆制备微生物絮凝剂,研究了微生物絮凝剂对污泥脱水性能的影响,并通过响应面分析法优化了微生物絮凝剂与聚合氯化铝（Polyaluminum chloride,PAC）复配改善污泥脱水性能的过程.结果表明,制备微生物絮凝剂的最佳条件为：800mL蒸馏水、200mL水稻秸秆酸解液、4g K₂HPO₄、2g KH₂PO₄、0.2g MgSO₄、0.1g NaCl、2g尿素,在此条件下,微生物絮凝剂产量达0.96g/L.保持原污泥pH值,当微生物絮凝剂投加量为12mg/L,干污泥量（DS）较原污泥提高了59.5%,污泥比阻（SRF）降低了53.6%,表明经微生物絮凝剂絮凝处理,污泥脱水性能显著改善.保持原污泥pH值,当PAC投加量为3g/L,干污泥量（DS）为16.4%,高于原污泥的13.2%,污泥比阻为（SRF）5.4×10¹²m/kg,低于原污泥的11.3×10¹²m/kg,说明PAC对污泥脱水性能有着明显的改善作用.响应面分析结果显示,污泥脱水最佳条件为微生物絮凝剂8.1mg/L、PAC 1.9g/L、pH值8.0,相应DS和SRF分别为24.1%和3.0×10¹²m/kg.实际污泥脱水工程中,污泥pH往往不进行调节,保持原污泥pH=6.4条件下,DS和SRF分别为23.6%和3.2×10¹²m/kg,均优于单独采用微生物絮凝剂和PAC时的污泥脱水效果.     

微生物絮凝剂MBF TS-1的表征

对筛选的一株絮凝剂产生菌Bacillus TS-1所产絮凝剂MBF TS-1采用UV- vis吸收光谱、FT-IR光谱、糖类颜色反应、动物急性毒性实验等进行了化学组成分析、表征和理化性质检测.结果证实,该絮凝剂为安全无毒、分子量为105-106的弱酸性多糖类物质,属环境友好型微生物絮凝剂.     

谷氨酸棒杆菌合成新型生物絮凝剂分批发酵过程的溶氧控制模式

在3L发酵罐上系统研究溶氧水平对谷氨酸棒杆菌菌体生长及新型生物絮凝剂REA 11合成的影响,提出生物絮凝剂REA 11合成的分阶段供氧控制策略:发酵过程0～16h维持体积传氧系数kLa为100h-1,16h后降低kLa为40h-1至发酵结束,整个发酵过程通气量保持在1L·L-1·min-1.采用该分阶段供氧控制策略,生物絮凝剂最终产量达到900mg·L-1,发酵周期缩短到30h,比恒定kLa为40h-1条件下的REA 11产量(549mg·L-1)提高了64%,产率提高了45%,生产强度也比kLa恒定为40h-1,100h-1和200h-1的分批发酵过程分别提高了81 2%,120%和420%,实现了高细胞生长速率和高产物产率的统一.