復(fù)合型生物絮凝劑產(chǎn)絮菌特性、理化性質(zhì)及絮凝過程解析.pdf

1、生物絮凝劑作為一種高效、無毒、無二次污染、具有生物可降解性和安全性的綠色水處理劑，代表了絮凝劑的重要研發(fā)方向之一。復(fù)合型生物絮凝劑是以農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈類纖維素為發(fā)酵原料，采用纖維素降解菌和產(chǎn)絮菌進(jìn)行二段式發(fā)酵生產(chǎn)，利用生物技術(shù)經(jīng)分離、提取得到的新型絮凝劑。開展了復(fù)合型生物絮凝劑產(chǎn)絮菌群中菌株F2和F6產(chǎn)絮特性和影響因素的研究；明確了復(fù)合型生物絮凝劑的絮凝活性成分，并分析其理化性質(zhì)；對絮凝過程進(jìn)行解析，探討其絮凝機(jī)理。
　　采用BIO

2、LOG系統(tǒng)進(jìn)行菌株生化分析和菌種鑒定，菌株F2為放射根瘤菌(Rhizobium radiobacter)，菌株F6為球形芽孢桿菌(Bacillus sphaeicus)，二者均具有良好的高效產(chǎn)絮遺傳穩(wěn)定性。以混凝杯罐試驗(yàn)測定絮凝效果，衡量環(huán)境因素和營養(yǎng)因素對菌株產(chǎn)絮能力的影響，發(fā)現(xiàn)在混合發(fā)酵條件下，菌株F2和F6產(chǎn)絮能力可保持高效和穩(wěn)定，其最佳發(fā)酵條件為：發(fā)酵時(shí)間24h、初始pH值7.5、混培比例2:1。發(fā)酵底物中磷酸鹽使用量宜為K2H

3、PO42.5g/L、KH2PO41.0g/L。在葡萄糖濃度20g/L時(shí)獲得最佳產(chǎn)絮能力，絮凝率為97.1％。提出產(chǎn)絮菌株F2和F6用于生長和產(chǎn)絮的碳源和氮源具有廣譜性，即復(fù)合型生物絮凝劑發(fā)酵原材料選擇范圍廣闊，有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。多種有機(jī)氮和無機(jī)氮均可用作產(chǎn)絮的優(yōu)良氮源。多種單糖、多糖以及小分子有機(jī)物(包括醇、有機(jī)酸和酯類)，均可作為產(chǎn)絮的優(yōu)良碳源。糖蜜廢液、生物制氫廢液和纖維素糖化液等廉價(jià)原材料能作為碳源用于生物絮凝劑的發(fā)酵生產(chǎn)。

4、>　　根據(jù)顯微觀察和理化分析的試驗(yàn)結(jié)果，明確指出復(fù)合型生物絮凝劑的絮凝活性成分是分子量不均一的兩性高分子，存在于細(xì)菌的胞外分泌物中，具有良好的熱穩(wěn)定性。絮凝活性成分的粗提品為乳白色微黃無定形物質(zhì)，含少量色素，產(chǎn)量為2.24g/L。其中，總糖產(chǎn)量為2.14g/L，占95.5%；蛋白質(zhì)產(chǎn)量為0.0934g/L，占4.16%。純化物為白色棉絮狀固形物，產(chǎn)量為2.06g/L。其中，既含有蛋白質(zhì)的特征基團(tuán)氨基(或酰氨基)，又含有糖的特征基團(tuán)羧基和

5、羥基，其中羧基分別以-COO-和-COOH的形式存在。多糖的單糖組成和質(zhì)量比為：阿拉伯糖:甘露糖:葡萄糖:半乳糖:肌醇=1.4:3.2:11.0:1.01:19.7。復(fù)合型生物絮凝劑絮凝活性成分含：N2.209%， C13.75%， H2.923%， S4.11%，P3.99%。該絮凝活性成分是多組份的混合物，分子量具有不均一性，其中Mnt=85995Da， Mwt=620100Da， Mwt/Mnt=72.114，最高分子量>2×10

6、7Da。
　　通過對復(fù)合型生物絮凝劑的絮凝行為進(jìn)行觀測，結(jié)合絮凝活性成分在水分散體系中的理化特點(diǎn)，重點(diǎn)對復(fù)合型生物絮凝劑的絮凝過程進(jìn)行解析，并初步探討其絮凝機(jī)理。明確指出復(fù)合型生物絮凝劑絮凝活性成分是分子量不均一的兩性高分子，這一理化性質(zhì)決定了其絮凝作用機(jī)理的多元化。在不同的水質(zhì)條件下，發(fā)揮電荷中和、吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃等絮凝作用，并實(shí)現(xiàn)相互的協(xié)同和增效，具有水處理適用范圍廣的優(yōu)勢。首先，復(fù)合型生物絮凝劑加入高嶺土懸濁液后引起水中膠

7、體和顆粒的脫穩(wěn)和凝聚，其中金屬離子對凝聚作用的發(fā)生起促進(jìn)作用。隨之，在水分散體系中，復(fù)合型生物絮凝劑絮凝活性成分通過化學(xué)鍵合和吸附橋聯(lián)作用形成微絮體。一方面，復(fù)合型生物絮凝劑絮凝活性成分所具有的氨基(或酰氨基)、羧基和羥基等極性基團(tuán)，具有良好的水溶性，在水中顆粒的表面形成共價(jià)鍵、配位鍵和氫鍵等，發(fā)揮鍵合作用；另一方面，絮凝活性成分高分子中的極性基團(tuán)電荷密度和分布適宜使其具有線型分子構(gòu)型，在水分散系中呈柔性線狀伸展，增加分子鏈的有效長度，