高效微生物絮凝剂产生菌筛选及絮凝特性研究

论文摘要

微生物絮凝剂作为一种安全无毒,絮凝活性高,无二次污染的新型絮凝剂,对相关水处理工艺的改进,人类健康和环境保护都具有十分重要的现实意义,是目前国内外新型水处理絮凝剂开发和研究的热点。本文对水处理絮凝法、絮凝剂的分类及各自特点进行了较全面的综述,特别对微生物絮凝剂的研究动态、絮凝微生物种类、絮凝机理、絮凝活性的影响因素及微生物絮凝剂的应用现状等进行了详细的介绍。在对文献综述的基础上,明确了微生物絮凝剂研究中的不足和未来发展趋势。本研究将选育高效絮凝菌株,优化菌株培养条件,探讨微生物絮凝剂的絮凝特性以及微生物絮凝剂和化学絮凝剂的复配作为试验研究内容。本研究从土壤中,采用常规细菌分离和高岭土悬浊液法获得两株絮凝活性较高的菌株:PY-M3和PY-F6,其发酵液对高岭土悬浊液的絮凝率分别为92.57%和95.95%。对两菌株产絮凝剂的培养条件进行了优化,结果表明,菌株PY-M3的最适碳源为葡萄糖,氮源为复合氮源,葡萄糖含量为2g/50 mL,碳氮比为45,在培养基初始pH值为7.0,培养温度30℃,摇床转速180r/min,接种量2%,培养72h的条件下,发酵液的絮凝活性最高,提高到94.43%;菌株PY-F6的最适碳源也为葡萄糖,最适氮源为酵母膏,葡萄糖含量为0.5g/50 mL,碳氮比为30,在培养基初始pH值为7.0,培养温度30℃,摇床转速140r/min,接种量3%,培养72h的条件下,发酵液的絮凝活性最高,提高到98.61%。试验研究了两菌株产絮凝剂的絮凝活性分布状况,结果表明:PY-M3、PY-F6所产絮凝剂的活性成分都主要存在于上清液中,对上清液絮凝剂进行粗提,PY-M3的收获量为0.87g/L,PY-F6为1.51g/L,收获量较大,适于进行大规模工业化生产。对两种絮凝剂的热稳定性研究表明,PY-M3产生的絮凝剂热稳定性较差,其絮凝活性物质主要成份可能是蛋白质或核酸;PY-F6产生的絮凝剂热稳定性好,加热30min絮凝率一直保持在95%以上,该絮凝剂的主要成分可能是多糖类。考察了絮凝剂投加量、反应体系pH值、高岭土悬浊液浓度、金属阳离子、助凝剂投加量、静置时间对两种絮凝剂处理高岭土悬浊液的影响。结果表明,两种微生物絮凝剂都适宜处理碱性或偏碱性高岭土悬浊液;在较少的投加量下都表现出高的絮凝率;一价阳离子对微生物絮凝剂没有出促进作用,二价阳离子助凝作用效果明显,尤其是Ca2+的助凝效果最好,三价阳离子在低浓度下有助凝效果;必须有CaCl2的助凝,两种微生物絮凝剂才有高的絮凝活性,但增大投加量助凝效果变化不大;絮凝过程中形成的絮体较大,沉降速度较快,静置15min后上清液基本澄清。另外本试验尝试了微生物絮凝剂与化学絮凝剂的复配,结果表明,两者复配,尤其是PY-F6发酵液与无机絮凝剂AlCl3和PAC复配可以明显减少两者的投加量,提高絮凝率,降低处理成本;在复配试验中,微生物絮凝剂可以不需CaCl2作助凝剂就具有很好的絮凝效果,复配使用的化学絮凝剂一定程度上代替了CaCl2的作用。将复配效果较好的PY-F6发酵液和PAC组合,采用正交试验法考查组合对荧光增白剂生产废水的浊度去除率效果,结果表明,两者复配比单一使用任何一种絮凝剂除浊效果都好。本研究采用形态观察和16s rRNA序列分析方法,对絮凝效果最好的菌株PY-F6进行了鉴定。该菌株与Streptomyces flavotricini strain HBUM174933（EU841670）、Streptomyces flavotricini strain HBUM174888（EU841607）及Streptomyces flavotricinistrain HBUM175089（FJ532404）等的同源性高达99%,在细菌系统发育分类学上属于链霉菌属。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 絮凝法
• 1.2 絮凝剂的分类
• 1.2.1 无机絮凝剂
• 1.2.2 有机合成高分子絮凝剂
• 1.2.3 天然有机高分子絮凝剂
• 1.3 微生物絮凝剂的研究进展
• 1.3.1 国内外微生物絮凝剂的研究动态
• 1.3.2 絮凝剂产生菌的来源及种类
• 1.3.3 微生物絮凝剂的分类及特点
• 1.3.4 微生物絮凝剂的絮凝机理
• 1.3.5 影响微生物絮凝剂的产生及絮凝活性的因素
• 1.3.6 微生物絮凝剂与化学絮凝剂的复配
• 1.3.7 微生物絮凝剂在实际废水中的应用
• 1.4 微生物絮凝剂研究中存在的问题
• 1.5 微生物絮凝剂在水处理领域的发展趋势
• 1.6 本研究的目的意义和主要内容
• 1.6.1 本研究目的意义
• 1.6.2 主要研究内容
• 第二章 高效絮凝剂产生菌的分离选育及培养条件优化
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验方法
• 2.2.2.1 微生物絮凝剂产生菌的分离筛选
• 2.2.2.2 微生物产絮凝剂培养条件优化
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 絮凝菌株的分离选育
• 2.3.2 菌株产絮凝剂培养条件的优化
• 2.3.2.1 培养时间对菌体生长及絮凝活性的影响
• 2.3.2.2 不同碳源对菌株产絮凝剂的影响
• 2.3.2.3 不同氮源对菌株产絮凝剂的影响
• 2.3.2.4 碳源含量对菌株产絮凝剂的影响
• 2.3.2.5 发酵培养基初始pH值对菌株产絮凝剂的影响
• 2.3.2.6 正交试验优化培养基成分配比和其他培养条件
• 2.4 小结
• 第三章 微生物絮凝剂絮凝特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 试验方法
• 3.2.2.1 絮凝率测定方法
• 3.2.2.2 絮凝活性的分布
• 3.2.2.3 絮凝剂的热稳定性
• 3.2.2.4 微生物絮凝剂处理高岭土悬浊液的影响因素
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 絮凝活性分布及絮凝剂的收获
• 3.3.2 微生物絮凝剂的热稳定性
• 3.3.3 微生物絮凝剂处理高岭土悬浊液的影响因素
• 3.3.3.1 微生物絮凝剂投加量对絮凝效果的影响
• 3.3.3.2 反应体系pH值对絮凝效果的影响
• 3.3.3.3 高岭土悬浊液的浓度对絮凝效果的影响
• 3.3.3.4 不同金属阳离子对絮凝效果的影响
• 3.3.3.5 助凝剂投加量对絮凝效果的影响
• 3.3.3.6 静置时间对絮凝效果的影响
• 3.4 小结
• 第四章 微生物絮凝剂与化学絮凝剂的复配
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 试验材料
• 4.2.2 试验方法
• 4.2.2.1 絮凝率的测定方法
• 4.2.2.2 微生物絮凝剂与几种化学絮凝剂对高岭土悬浊液絮凝效果的比较
• 3和PAC的复配'>4.2.2.3 微生物絮凝剂与AlCl₃和PAC的复配
• 4.2.2.4 微生物絮凝剂与化学絮凝剂的投加顺序
• 4.2.2.5 微生物絮凝剂在实际废水中的应用研究
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 微生物絮凝剂与几种化学絮凝剂对高岭土悬浊液絮凝效果比较
• 4.3.2 微生物絮凝剂和无机絮凝剂的复配研究
• 3）的复配'>4.3.2.1 微生物絮凝剂与氯化铝（AlCl₃）的复配
• 4.3.2.2 微生物絮凝剂与聚合氯化铝（PAC）的复配
• 4.3.3 复合絮凝剂在荧光增白剂生产废水中的应用
• 4.4 小结
• 第五章 絮凝微生物PY-F6的鉴定
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 试验材料
• 5.2.2 试验方法
• 5.2.2.1 形态培养特征观察
• 5.2.2.2 16SrRNA基因序列分析
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 菌落形态观察
• 5.3.2 扦片观察
• 5.3.3 絮凝菌基因组DNA的提取
• 5.3.4 絮凝菌16SrRNA基因片段PCR扩增结果
• 5.3.5 絮凝菌16SrRNA基因片段序列分析结果
• 5.4 小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在读期间发表文章目录
• 致谢
• 个人简况及联系方式