生物技术总结报告

第一章绪论

1.1背景简介

1.1.1生物絮凝剂

生物絮凝剂(Bioflocculant) 是利用生物技术, 通过微生物发酵、提取、精制而得到的一种新型、高效、廉价的水处理药剂[ 1 ] 。自从70年代, 日本学者在研究酞酸酯生物降解过程中发现了具有絮凝作用的微生物培养液以来, 日本在生物絮凝剂这一领域的研究工作一直处于遥遥领先的地位。我国关于生物絮凝剂的研究工作只是90年代后才刚刚涉足, 目前仍处于起步阶段。尽管如此, 我国的研究者在这一领域仍然取得了一定的成绩, 并且已经有越来越多的人开始认识到生物絮凝剂的开发潜力及其必要性, 正在积极投入到这方面的工作中, 前景可喜。本文主要从生物絮凝剂产生菌的筛选、生物絮凝剂的分子组成、性质、絮凝机理以及应用等方面对国内外已经和正在研究的生物絮凝剂进行系统全面综述, 并在此基础上对目前生物絮凝剂研究中仍然存在的问题进行了分析论证, 提出可能的解决方案。

1.1.2微生物絮凝剂的优点

①无二次污染微生物絮凝剂的主要成分为糖蛋白、粘多糖、纤维素、DNA等高分子物质,具有生物优先降解性,可消除对环境的二次污染。

②净化效果好主要是提高对油、无机超微粒子的净化效果并提高脱色效果。目前的除油方法主要是生物除油,一般的化学絮凝剂在不同程度上均可抑制微生物降解作用的发挥。而微生物絮凝剂不但具备絮凝作用,而且具有降解性能,可提高对油的去除效果。日本的研究表明,微生物絮凝剂对畜牧产业废水和瓦厂废水均具有较好的净化效果。同时,微生物絮凝剂对废水的脱色效果也很显著,吴涓等筛选出了具有较高絮凝活性的菌株,该菌株所产絮凝剂对次甲基兰溶液具有很强的脱色能力, 2 min内其对10 mg/L次甲基兰溶液的脱色率达96. 9%, 10 min内脱色率可达98%以上,脱色效果优于无机絮凝剂Al2 ( SO4 ) 3 和有机絮凝剂聚丙烯酰胺。

③用量少,效率高同等用量下,微生物絮凝剂的处理效率明显高于传统絮凝剂,且使用少量微生物絮凝剂即可实现大面积污水净化的效果。

④安全无毒小白鼠安全试验证明,微生物絮凝剂完全可用于食品、医药等行的发酵后处理。

1.1.3微生物絮凝剂的发展趋势

尽管微生物絮凝剂有诸多优点，但目前对其研究仍停留在产生菌的分离、筛选和培养上，并未大规模地生产与推广。但它有着广阔的发展前景，其发展趋势主要体现在

⑴筛选高产、高效的菌株，并实现其工业化生产，选择替代性培养基，降低成本，并发展适合生物絮凝剂研制与应用的新技术、新工艺。

⑵深人研究絮凝剂的理化性质，絮凝活性分布规律、絮凝机理、絮凝动力学和影响絮凝的因素，深化生物絮凝理论基础。

⑶根据不同的废水水质研制出具有针对性的高效微生物絮凝剂, 大大降低絮凝剂的投加量。

⑷分析出控制微生物絮凝剂产生的基因，利用转基因技术，将其植人来源广、易培养、繁殖快的菌种中，使其大量表达，提高絮凝率。

⑸运用原生质体融合和基因工程技术, 创造多功能菌株, 将污染物降解质粒引入到菌种中, 集絮凝、沉降于一身, 大幅度提高微生物絮凝的废水处理能力。

⑹对复合型絮凝剂的研究, 将微生物絮凝剂与其它絮凝剂配合使用, 实现优势互补, 不仅可以提高絮凝率, 而且还可以降低投加量。

1.2国内外对位生物絮凝剂的研究进展

1.2.1国外的研究进展

最早发现的絮凝剂产生菌是美国科学家Butter2field在1935年从活性污泥中筛选出来的菌胶团产生菌。真正深入研究，却始于1976年，J. Naknmura等对能产生絮凝效果的微生物进行了研究。至今发现的具有絮凝性状的微生物种类，有真菌、酵母菌、细菌、藻类等, 由它们产生的微生物絮凝剂类型很多，其中报道最多的主要有酱油曲( Asp ergillus’s sojae ) 产生的AJ7002 絮凝剂、红平红球菌s-1 ( IZhodococcus ery thvopolis sp- 1)生产的微生物絮凝剂NOC- 1、拟青霉菌I-1 ( Paecilonu / c es sp. I-1) 产生的微生物絮凝剂PF101等。NOC-1 是目前公认为最好的微生物絮凝剂，能高效地去除猪尿和粪便等，这一研究表明微生物絮凝剂在废水处理方面实用性很强。20 世纪80 年代后期,日本在微生物絮凝剂开发上取得了引人注目的成果。仓根隆一郎等从土壤中筛选到红平红球菌的S21 菌株,并制成了NOC21 微生物絮凝剂。此后,美国、英国、德国、日本、葡萄牙、以色列、韩国、朝鲜、伊朗等国的科学工作者对絮凝剂产生菌和微生物絮凝剂进行了大量的研究工作,研究发现了一些新的絮凝剂产生菌，其产生的微生物絮凝剂PY-90、AS-101、A-99、DP-152，其中比较有代表性的是1997年Suh. H.H.等人发现的DP-152 絮凝剂,其首次发现杆状细菌也能产生絮凝剂。2001年,Shih. I. L. 等再次发现了一株杆状细菌CCRCl2826 可产絮凝剂,并指出该絮凝剂的分子量2000000,最适环境为中性。2003年, 新加坡国立大学的S. Dent 等从土壤中分离出一株粘质杆状细菌,其研究了该菌产生的MBF A9 的组成特性,其用于处理淀粉废水可使SS 和CODCr 分别降低85.5%和68.5%。来自日本国家人类与生物科学技术研究工业科技机构，他们发现乙醇比葡萄糖和果糖可更有效地产生红平红球菌S-1 絮凝剂。近年来,仓根隆一郎主要研究如何降低NOC21 生产成本,用乙醇作碳源,用豆饼、水产废水和牛血取代酵母膏作氮源,培养基价格下降了2/ 3 以上,而所产絮凝剂的絮凝活性仍然很高。1999年，关于糖类以外微生物絮凝剂生产用碳源的第一篇报道。来自日本国家人类与生物科学技术研究工业科技机构，他们发现乙醇比葡萄糖和果糖可更有效地产生红平红球菌S-1 絮凝剂。国外微生物絮凝剂的商业化生产始于20 世纪90 年代。

1.2.2国内的研究进展

我国对于絮凝剂产生菌及微生物絮凝剂的研究起步晚,从20 世纪90 年代起,国内有关絮凝剂产生菌及微生物絮凝剂的报道日渐多起来了,特别是近几年来我国科学工作者已筛选分离出一些絮凝剂产生菌,有的还进行了培养基、MBF 的制备和应用方面的研究。我国科学工作者在对絮凝基因和转基因的研究方面也做了大量的工作，如中科院微生物研究所的张博润就对酵母絮凝机理研究概况做了论述，何秀萍对絮凝基团FLOI G 的序列作了测定和分析,江南大学的李寅、何宁等研究了新型蛋白聚糖类生物絮凝剂REA 11 的合成途径。微生物絮凝剂的应用方面的研究主要体现在利用微生物絮凝剂治理废水方面，近 3 年主要有：林俊岳等利用一株气单胞菌( A eromonas sp. )产生的絮凝剂A-2, 可使洗毛废水的CODCr 去除率达85%，SS 去除率达88%，水颜色由灰黑色变成红褐液体；黄晓武从生活污水中筛选出霉菌HHE6，其MBF 絮凝率98%，对城市污水处理浊度达88%以上，是一株很有应用前景的絮凝剂产生菌；况金蓉利用筛选菌产生