生物絮凝剂产生菌的筛选及絮凝性能研究

第31卷第3期大庆师范学院学报V o.l31N o.3 2011年5月J OURNAL OF DAQ I NG NORMA L UN IVERS I TY M ay,2011

t资源与环境科学

生物絮凝剂产生菌的筛选及絮凝性能研究

刘江红1,吴康宁1,徐瑞丹2,刘丁榕1,裴志斌1,刘彩丽1

(1.东北石油大学化学化工学院,黑龙江大庆163318;2.厦门大学生命科学学院,福建厦门361005)

摘要:从活性污泥中筛选出絮凝剂产生菌,并对其絮凝条件进行絮凝性能研究。经絮凝实验筛选得到4株絮凝活性较高且稳定的菌株,分别命名为M1、M2、M3、N5。对其中1株进行絮凝活性及絮凝条件的研究,其絮凝活性物质主要为菌体分泌物,该菌可产生高絮凝活性的最佳絮凝条件:对于浓度为1~9g/L的高岭土,最佳助凝剂为1% ,投入量为40m g/L,p H值为9,絮凝率可达98%,具有良好的热稳定性,适于工业化生产。

的CaC l

2

关键词:絮凝剂产生菌;生物絮凝剂;絮凝活性;絮凝条件

作者简介:刘江红(1966-),女,黑龙江绥化人,东北石油大学化学化工学院副教授,从事环境生物技术和水处理研究。

基金项目:国家大学生创新性实验计划项目(091022008);黑龙江省教育厅科学技术研究项目(1153005)。

中图分类号:X70文献标识码:A文章编号:2095-0063(2011)03-0117-04收稿日期:2010-12-03

生物絮凝剂是一类由微生物产生的有絮凝活性的代谢产物,有多糖、蛋白质、纤维素等[1]。从其来源看,也属于天然有机高分子絮凝剂,因此它具有天然有机高分子絮凝剂的一切优点[2]。生物絮凝剂是一种新型、高效、廉价、无毒、无二次污染的水处理剂,它能快速絮凝各种颗粒物质,尤其在废水脱色、高浓度有机物去除等方面效果独特[3]。目前,我国生物絮凝剂的应用大部分还处于实验室研究阶段,真正工业化的较少。土壤和活性污泥被认为是筛选和分离絮凝剂产生菌的最好源泉[4],尤其是活性污泥,它是絮凝剂产生菌的主要来源,因为活性污泥本身就是以絮凝性细菌为中心形成的各种微生物的聚集体[5-6]。所以本实验室主要以活性污泥中絮凝剂产生菌为研究对象,在筛选生物絮凝剂高效菌株的基础上,采用高岭土悬浊液模拟待处理的废水,利用生物絮凝剂进行实验,对其絮凝活性及絮凝条件进行优化研究。

1实验部分

1.1主要设备

电子天平、冰箱、高压蒸汽灭菌锅、分光光度计、生物显微镜、生化培养箱、洁净工作台、多头磁力加热搅拌器、电热恒温水浴锅、酸度计、台式恒温振荡培养箱、远红外快速恒温干燥箱、高速离心机等。

1.2材料

1)菌株,取自大庆市东城污水处理厂曝气池中活性污泥。

2)培养基,分离培养基:牛肉膏3g,蛋白胨10g,氯化钠5g,琼脂15~20g,加蒸馏水到1000mL调至p H 值为7.0~7.2;发酵培养基:葡萄糖20g,硫酸铵0.2g,尿素0.5g,磷酸二氢钾2g,磷酸氢二钾5g,氯化钠0.lg,酵母粉0.5g,加蒸馏水到1000mL,p H值为7.0;高岭土悬浊液:称取15g高岭土于广口瓶中,加3L蒸馏水搅匀。

1.3实验方法

1.3.1菌种分离纯化及筛选方法

菌种筛选步骤:采样及预处理y增殖培养y选择培养y菌株分离纯化y初筛y纯化y复筛y高效絮凝剂产生菌[6]。

1.3.2絮凝率的测定

将絮凝沉淀后的上清液用722型分光光度计于波长550n m处测其吸光度,以不加絮凝剂、含有1% CaC l

溶液的高岭土悬浊液作对照,絮凝率的计算公式如下:

2

絮凝率=(A-B)/A@100%

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式中:A)对照液的吸光度;B)絮凝沉淀后上清液吸光度。

2结果与分析

2.1菌种分离纯化及筛选结果

实验从空气和活性污泥中共分离纯化出纯种菌株近20株,经絮凝试验筛选得到有絮凝能力的菌株9株,复筛得到4株絮凝活性较高且稳定的菌株M1、M2、M3、N5,菌株的显微镜图如图1所示。通过絮凝活性测定,挑选絮凝活性较高的菌种M2进行絮凝剂絮凝性能研究。

M1M2M3N5

图1菌株放大1000倍数的显微图

2.2絮凝活性分布测定

通过定量比较发酵液、上清液(离心后的去菌细胞部分,稀释至与发酵液等体积,摇匀)和菌悬液(离心后的菌体经蒸馏水洗涤2~3次后置于磷酸盐缓冲液中,使其体积与发酵液相同,摇匀)的絮凝率,来确定发酵液中絮凝剂的絮凝活性分布。

絮凝剂样品在高速离心机上4000rp m,30分钟后,取2mL发酵液、按测絮凝率的方法测定絮凝活性。由图2可以看出,未去除菌体的培养液和去除菌体的培养液对高岭土悬浊液都具有较高的絮凝活性(97%以上),这说明起絮凝作用的物质主要存在于培养液中,是由微生物产生分泌到细胞外的,由于菌体本身也具有一定的絮凝作用,因此絮凝剂在菌体表面有一定的分布,但分布量较低,说明该絮凝剂属于胞外絮凝剂。

图2絮凝剂在培养液中的分布图3酸碱稳定性测定

2.3絮凝剂酸碱稳定性的研究

本实验采用精密p H计将菌M2产生的絮凝剂的p H值分别调节为4.0,5.0,6.0,7.0,8.0,9.0,10.0, 11.0,放于冰箱4e过夜(约12h)再进行絮凝实验。结果如图2所示,当p H值为4.0~8.0范围内时,絮凝效果差别不明显,表明该生物絮凝剂具有较好的酸碱稳定性。

2.4絮凝剂热稳定性的研究

将菌M2产生的絮凝剂分别置于20e、40e、60e、80e、100e的水浴中20m i n之后再测其絮凝活性。结果如图4,当温度在40e~80e变化时,微生物絮凝剂的絮凝性能几乎不受影响。当在100e的水浴中加热20m in后,其絮凝率仍可达到97.67%。

图4热稳定性测定图5絮凝剂加入量对絮凝活性的影响

2.5絮凝剂处理高岭土悬液的影响因素研究

2.5.1絮凝剂投加量对絮凝效果的影响

分别称取0.5g高岭土7份,放在事先编好号(0~6)的250mL的7个烧杯中,加少量蒸馏水(小于50m L)溶解高岭土,分别加入0mL、1mL、2mL、3mL、4mL、5mL、6mL絮凝剂的发酵液溶液,再各加5mL1%水溶液作助凝剂,倒入量筒中加蒸馏水至100mL,倒回烧杯中,调节p H值至7。放在磁力搅拌器的CaC l

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上搅拌,快搅1m i n,慢搅3m in,倒入量筒中静止9m i n,于550n m下测吸光度。以蒸馏水作参比,空白值为118