RL-2生物絮凝剂的研制及絮凝机理研究

论文题目: RL-2生物絮凝剂的研制及絮凝机理研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 环境工程

作者: 罗平

导师: 罗固源

关键词: 微生物絮凝剂,菌种鉴定,絮凝作用,物质结构,絮凝机理,实际应用

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 目前,国内外在微生物絮凝剂的作用规律及絮凝机理等方面的研究还不够详细、系统,只提出了一些假说,如粘质假说、酯合学说、菌体外纤维素纤丝学说、架桥学说等。由于产絮凝剂的微生物种类繁多,絮凝剂的组成、结构复杂,对于同一应用体系,不同的微生物絮凝剂有不同的作用机制。本文对高效絮凝剂絮凝性能、絮凝作用规律、絮凝机理以及实际应用等方面进行了重点研究,其主要工作如下:(1)本研究从活性污泥及土壤中筛选得到4株(RL-2,NH-4,RT-4及NL-3)具有较高絮凝活性(絮凝率>90%)的微生物。进一步优化筛选得出RL-2菌株产生的絮凝剂性能最为优异,根据其个体形态特征、菌落特征及生理生化实验,初步鉴定为短芽孢杆菌(Bacillus brevis)。在菌体培养过程中发现,絮凝活性与菌生长量呈正相关;且絮凝剂主要分布在发酵液中,仅有少量附着在细胞表面,说明絮凝剂是由RL-2菌在细胞内合成并分泌到胞外的胞外絮凝剂。(2)RL-2产生的絮凝剂絮凝性能优异,具有实际应用价值。为了最大限度的提高絮凝活性,对RL-2产絮凝剂的培养进行了条件优化试验研究,得到了最佳培养基配方为:以葡萄糖为碳源,酵母膏+(NH4)2SO4为氮源,在初始pH值7.0,培养温度30℃,通气量120～150r/min,培养3d后,经乙醇及氯化十六烷基吡啶铵沉淀,可获得胞外生物絮凝剂产品,其产率高达5.1320g/L。本研究发现了短芽孢杆菌能够产生微生物絮凝剂,且絮凝活性高,性能稳定。(3)用食品加工行业的高浓度有机废水,如味精废水、豆制品废水、罐头废水、啤酒废水、中药废水及乳品废水为替代培养基,对RL-2菌进行培养,优化筛选。结果表明,RL-2菌在不外加碳、氮源的情况下,可直接利用一定浓度的味精废水作为养料产生胞外生物絮凝剂,从而为RL-2菌找到了一种较为廉价的替代培养基,大大降低了RL-2絮凝剂的生产成本。因此,味精废水的利用既降低了生物絮凝剂RL-2的生产成本,又为该类废水处理提供了新的方法。该菌可利用工业废弃物生长,生长条件粗放,且所产絮凝剂使用范围广,因此对其进行了深入的研究。(4)采用化学分析、仪器分析等多种方法对微生物絮凝剂RL-2的成分及絮凝特性的分析研究表明,RL-2絮凝剂的有效成分是一种无毒的高聚物多糖。薄层色谱分析表明,该多糖是由葡萄糖、甘露糖及葡萄糖醛酸等单糖构成的杂多糖,红外光谱分析结果表明该絮凝剂分子链上分布着羟基、羧基等多种极性基团,故絮凝性能优异。絮凝特性的研究表明该絮凝剂具有热稳定性;能溶于酸、碱溶液

论文目录:

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 引言

1.2 微生物絮凝剂的发展概况

1.3 微生物絮凝剂的开发应用现状

1.3.1 微生物絮凝剂的产生和絮凝影响因素

1.3.2 微生物絮凝剂的应用研究

1.4 微生物絮凝剂絮凝机理的研究

1.4.1 微生物絮凝剂的结构和性质

1.4.2 微生物絮凝剂的遗传基础和生理学意义

1.4.3 微生物絮凝剂的絮凝机理

1.5 本课题的研究意义、目的和研究内容

1.5.1 微生物絮凝剂的研究背景及意义

1.5.2 存在的问题和发展方向

1.5.3 主要研究内容及思路设计

1.6 本章小结

2 实验材料、设备及方法

2.1 微生物的筛选和实验方法

2.1.1 菌种来源

2.1.2 筛选技术路线

2.1.3 实验药剂与材料

2.1.4 培养基

2.1.5 实验方法

2.2 微生物絮凝剂的特性研究

2.2.1 微生物絮凝剂的物理性能

2.2.2 微生物絮凝剂的组成、结构分析

2.3 絮凝实验

2.3.1 试验所用的传统絮凝剂

2.3.2 絮凝试验对象

2.3.3 试验方法

2.4 实验设备和仪器

3 微生物絮凝剂产生菌的筛选及絮凝影响因素

3.1 菌种的筛选及鉴定

3.1.1 菌种的分离、筛选结果

3.1.2 菌种的鉴定

3.1.3 絮凝活性的分布

3.2 絮凝剂产生菌的培养条件的优化

3.2.1 最佳培养基的选择

3.2.2 培养基的营养组成

3.2.3 环境影响因素

3.2.4 培养时间对菌生长及絮凝活性的影响

3.3 影响絮凝剂作用效果的工艺条件

3.3.1 絮凝条件探索试验

3.3.2 搅拌速度和时间对絮凝作用的影响

3.3.3 絮凝剂的用量对絮凝活性的影响

3.3.4 温度对絮凝作用的影响

3.3.5 阳离子种类对絮凝活性的影响

3.4 微生物絮凝与传统絮凝剂性能的比较

3.5 微生物絮凝剂对各种固体颗粒悬液及废水的絮凝试验

3.6 NH-4 菌所产絮凝剂对染料脱色的研究

3.7 本章小结

4 RL-2 菌替代培养基选择的研究

4.1 实验方法

4.1.1 废水筛选方法

4.1.2 平板菌落计数法

4.2 替代培养基的选择

4.3 味精废水培养基的优化

4.3.1 不同浓度的味精废水对产生絮凝剂的影响

4.3.2 菌RL-2 在废水培养基和合成培养基中生长过程的比较

4.3.3 培养基的不同初始pH 值对产生絮凝剂的影响

4.3.4 通气量对产生絮凝剂的影响

4.3.5 培养温度对产生絮凝剂的影响

4.3.6 接种量对产生絮凝剂的影响

4.4 絮凝剂产生菌的半连续培养

4.4.1 灭菌与否对絮凝剂生产影响

4.4.2 絮凝剂产生菌的补料分批培养

4.4.3 絮凝活性分布

4.4.4 产量分析

4.5 本章小结

5 微生物絮凝剂 RL-2 的特性研究

5.1 RL-2 菌种属鉴定

5.1.1 菌落形态及生理生化特征

5.1.2 基因组DNA（G+C）mol%含量测定

5.1.3 165 rRNA 序列分析

5.2 RL-2 菌株产生絮凝剂的培养条件优化

5.2.1 碳、氮源及培养时间对RL-2 产生絮凝剂的影响

5.2.2 培养温度及初始pH 值对RL-2 产生絮凝剂的影响

5.2.3 通气量（以摇床转速表示）对RL-2 产生絮凝剂的影响

5.2.4 接种量和种龄对RL-2 产生絮凝剂的影响

5.2.5 培养条件优化正交实验结果及分析

5.3 影响RL-2 絮凝活性的因素

5.3.1 絮凝剂的投加量对絮凝活性的影响

5.3.2 絮凝体系pH 值对絮凝活性的影响

5.3.3 金属离子的种类及浓度对絮凝活性的影响

5.3.4 CaCl_2浓度对微生物絮凝剂絮凝活性的影响

5.4 RL-2 的理化性能研究

5.4.1 絮凝活性分布

5.4.2 絮凝剂的提纯

5.4.3 絮凝剂的外观、水溶性及电性测定

5.4.4 絮凝剂分子量的测定

5.4.5 絮凝剂的稳定性

5.5 絮凝剂的组成及结构分析

5.5.1 絮凝剂的定性

5.5.2 RL-2 絮凝剂的定量分析

5.5.3 絮凝剂组成的分析

5.5.4 RL-2 絮凝剂结构测定

5.6 生物絮凝剂的急毒实验

5.7 本章小结

6 RL-2 絮凝剂的机理研究

6.1 微生物絮凝剂的絮凝机理

6.2 絮凝剂RL-2 的特性

6.3 絮凝剂RL-2 与天然多糖类絮凝剂的比较

6.4 絮凝剂RL-2 的絮凝机理分析

6.4.1 分子结构与絮凝机理

6.4.2 分子构型与絮凝机理

6.4.3 分子量与絮凝机理

6.4.4 絮凝过程Zeta(ζ)电位的测定

6.4.5 絮凝剂与高岭土颗粒之间结合键的检测

6.4.6 絮凝体的形态结构

6.5 生物絮凝剂RL-2 絮凝机理

6.6 本章小结

7 絮凝剂在实际废水处理中的应用研究

7.1 实验方法

7.1.1 实际废水净化指标

7.1.2 废水絮凝实验方法

7.1.3 污泥沉降性能的测定方法

7.2 絮凝剂RL-2 对污泥的絮凝作用

7.3 实际废水的净化实验

7.4 处理含藻污水

7.4.1 废水来源及絮凝剂种类

7.4.2 单独使用絮凝剂处理含藻污水

7.4.3 复配使用及最佳复配比的确定

7.5 处理味精废水

7.5.1 废水的来源及水处理

7.5.2 测定方法

7.5.3 处理味精废水的絮凝试验结果与讨论

7.6 经济分析

7.7 本章结论

8 结论与展望

8.1 结论

8.2 本研究的创新之处

8.3 展望

致谢

参考文献

附录

独创性声明

学位论文版权使用授权书

发布时间: 2006-12-05

参考文献

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