微生物絮凝劑研究摘要：從土壤中分離得到一株能產(chǎn)高效絮凝劑的菌株，經(jīng)鑒定為硅酸鹽芽孢桿菌，該菌產(chǎn)生的絮凝劑命名為MBFA9，本研究首次發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌能夠產(chǎn)生絮凝劑。該菌產(chǎn)生的絮凝劑MBFA9具有用量少，絮凝效果好等特點。

關(guān)鍵字：絮凝微生物絮凝劑絮凝劑MBFA9黃漿廢水摘要從土壤中分離得到一株能產(chǎn)高效絮凝劑的菌株，經(jīng)鑒定為硅酸鹽芽孢桿菌，該菌產(chǎn)生的絮凝劑命名為MBFA9，本研究首次發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌能夠產(chǎn)生絮凝劑。該菌產(chǎn)生的絮凝劑MBFA9具有用量少，絮凝效果好等特點。該絮凝劑絮凝5000mg/L的高嶺土懸浮液時，不需添加CaCl2、Al2(SO4)3等助凝劑，絮凝率高達99.6%，絮凝劑（培養(yǎng)液）用量僅為0.1ml/L，約為一般生物絮凝劑用量的1/10–1/200。通過提純分析得知絮凝劑MBFA9為多糖，由糖醛酸、中性糖和氨基糖組成，其中糖醛酸的含量高達19.1%。粘度法測得絮凝劑MBFA9的平均分子量為2.594×106。動物急毒試驗表明該絮凝劑無急毒反應(yīng)，可以安全使用。絮凝劑MBFA9絮凝河水的用量為0.05ml/L，河水濁度由106.1mg/L降為0.8mg/L，而藥劑成本僅為0.04元/噸。絮凝劑MBFA9處理淀粉廠的黃漿廢水效果良好，SS和COD的去除率分別達到85.5%和68.5%，優(yōu)于常用的化學絮凝劑。因此，絮凝劑MBFA9在食品廢水中回收有價物質(zhì)和給水中具有很好的應(yīng)用潛力。微生物絮凝劑因為具有可生物降解、無二次污染等獨特性質(zhì)，近些年來受到人們的廣泛關(guān)注。目前已發(fā)現(xiàn)多種微生物能夠產(chǎn)生絮凝劑，如醬油曲霉[1]、紅平紅球菌[2]、擬青霉[3]產(chǎn)堿菌屬[4]等，但普遍存在絮凝劑用量大、成本高、對實際廢水絮凝性差等問題。因此，尋找高效微生物絮凝劑產(chǎn)生菌，提高絮凝活性，降低絮凝劑用量，是微生物絮凝劑能能否在工業(yè)上推廣的關(guān)鍵所在。本文研究篩選得到的一株高效絮凝劑產(chǎn)生菌，經(jīng)培養(yǎng)、絮凝實驗表明，該菌產(chǎn)生的絮凝劑的絮凝率高、用量低，展示了良好的應(yīng)用前景。1.材料和方法1.1菌種來源從樹叢中的肥沃土壤中分離得到。1.2菌種鑒定按《一般細菌常用鑒定方法》和《Bergey’sMannualofSystematicBacteriology》進行鑒定。1.3培養(yǎng)基(%)及培養(yǎng)條件可溶淀粉1.5，K2HPO40.6，酵母膏0.3，MgSO4·7H2O0.02，NaCl0.01，pH=8.0，在30℃、140r/min的搖床中培養(yǎng)72h。1.4絮凝劑的提純培養(yǎng)液稀釋10倍6000r/min離心10min去除菌體，然后濃縮、乙醇沉淀、氯仿正丁醇去除游離蛋白，透析后真空冷凍干燥得到絮凝劑MBFA9精品。1.5絮凝劑的成分分析通過糖的Molish反應(yīng)、蒽酮反應(yīng)以及紫外光譜，定性判斷絮凝劑MBFA9樣品中是否含有糖類成分[5]。多糖經(jīng)水解，可以測出中性糖、酸性糖和氨基糖的含量[5、6]。中性糖的測定采用酚硫法，己糖醛酸的測定采用咔唑－硫酸法；氨基糖的測定方法見“糖復(fù)合物生化技術(shù)研究”[6]。紅外光譜測定絮凝劑中所含基團。1.6絮凝劑分子量測定(粘度法)試驗所用毛細管的直徑為0.5mm，水浴溫度為30℃，以1％NaOH10ml溶解0.01g絮凝劑MBFA9精品，即初始濃度C0為0.001g/ml，分別測得絮凝劑溶液和純?nèi)芤毫鞒鰰r間，則可求出絮凝劑的分子量[7]。1.7絮凝劑的毒性試驗（急性毒性試驗測LD50）試驗按“國家食品衛(wèi)生法則”要求進行急性毒性試驗[8]。取60只小白鼠（由中國醫(yī)科大學動物部提供），體重為20±2g，雌雄隨機分為兩組，一組為試驗組，另一組為對照組。將絮凝劑MBFA9溶于水中，以1g/kg的劑量均勻配給各鼠，24小時內(nèi)喝完，飼養(yǎng)15天，觀察小白鼠的體態(tài)、飲食、運動有無異常反應(yīng)。1.8實際廢水的性質(zhì)廢水一：淀粉廠黃漿廢水廢水取自沈陽市南塔淀粉廠的沉淀池溢流廢水。黃漿水經(jīng)沉淀池沉淀，大部分黃漿沉淀下來，溢流水排放。廢水中仍含有一些細小的懸浮物，主要成分是淀粉和蛋白質(zhì)。廢水指標見表1。Table1IndexofyellowslurrywastewaterpHSS(mg/L))COD(mg/LL)OD660remak4.30214562223.38milkwhiite，turbiidity廢水二：沈陽南湖湖水濁度為106.1ppm，pH=7.06，COD=79.03mg/L，懸浮物主要為微小的泥土顆粒及少量有機物。2結(jié)果和討論2.1菌種鑒定從土壤中分離篩選得到A-9菌株，該菌株的培養(yǎng)液對高嶺土懸浮液的絮凝率高達99.6%。該菌的菌體形狀為兩端圓形的長桿菌，周生鞭毛，菌體大小為4.16-4.83×0.5-0.83mm（見圖1）；該菌好氧，革蘭氏染色為陽性，適宜培養(yǎng)溫度為25-30℃，用復(fù)紅或結(jié)晶紫染色時可以見到很大的莢膜，莢膜內(nèi)含有1-3個菌體。該菌能水解淀粉，不水解酪素，在含淀粉的PDA平板培養(yǎng)基上能形成大量的橢圓形芽孢（見圖2）。經(jīng)鑒定該菌為硅酸鹽芽孢桿菌新變種（Bacillusmucilgnonsn.var），由該菌產(chǎn)生的絮凝劑命名為MBFA9。圖1A-9菌株形態(tài)的電鏡照片(6000倍)圖2A-9菌株產(chǎn)生的芽孢(1500倍)Fig.1electronmicroscopephotoofstrainA-9’sshape.(6000times)Fig..2GemmaproducebystrainA-9(1500times)2.2絮凝劑MBFA9的絮凝特性絮凝劑MBFA9突出的特點是絮凝效果好、絮凝劑用量少[9]。當絮凝5000mg/L的高嶺土懸浮液時，絮凝劑（培養(yǎng)液）的用量僅為0.05ml/L，為一般微生物絮凝劑用量的1/10–1/100，而絮凝率高達99.6%，且不需添加Ca2+及Al3+等助凝劑。盡管絮凝劑MBFA9絮凝高嶺土懸浮液時不需添加CaCl2，但絮凝其它對象時，CaCl2的作用非常重要，結(jié)果見表2。Table2TheinfluenceofCa2+toMBFA9’sflocculatingactivitydealingwithdifferentobjects從表2可見，添加CaCl2對墨汁配水的影響較小，而對印染廢水、黃漿廢水和泥水的影響較大，絮凝率明顯提高。泥水、黃漿廢水和印染廢水中即有微小的懸浮物又有穩(wěn)定的膠體，不加CaCl2時，MBFA9只能絮凝其中的懸浮物，因而絮凝率低；加入CaCl2后，Ca2+能使水中的膠體脫穩(wěn)，生成小絮團，加入的MBFA9為高分子絮凝劑，能起吸附架橋的作用，使微小顆粒絮凝成大絮團。墨汁配水為典型的膠體溶液，不加CaCl2時絮凝率為0%，加入CaCl2絮凝率為31.2%。可見，絮凝劑MBFA9對水中的懸浮物有較好的絮凝效果，對于較穩(wěn)定的膠體，需要有CaCl2的協(xié)同作用才會有較好的絮凝效果。2.3絮凝劑MBFA9的分析為了深入研究絮凝劑MBFA9的絮凝機理，對提純后得到的絮凝劑精品進行糖、蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)。結(jié)果表明絮凝劑MBFA9有明顯的糖類顏色反應(yīng)：Molish反應(yīng)在濃硫酸和樣品液分界面上有清晰的紫環(huán)生成，蒽酮反應(yīng)呈現(xiàn)為藍綠色，而沒有蛋白質(zhì)/氨基酸的特征反應(yīng)。因而，可以定性地判斷出該絮凝劑的有效成分為多糖。多糖是由多種單糖構(gòu)成的，而單糖又分為中性、酸性和堿性糖。不同多糖組成的絮凝劑分子的結(jié)構(gòu)和性能會有很大差異，測定絮凝劑的多糖組成，可以解釋絮凝劑的性能，為研究MBFA9的絮凝機理奠定基礎(chǔ)。為此對其進行濃硫酸水解，分別測定絮凝劑中己糖醛酸、氨基糖和中性糖的含量。另外，采用烏氏粘度計對MBFA9的分子量進行測定。結(jié)果見表3。用IR-470紅外光譜分析儀，對絮凝劑MBFA9精品進行分析，光譜圖見圖3。Table3SpecialitiesofflocculantMBFA9nameconstituutesoofpollysacccharidde\%moleculaarweiightneutralsugarruronicaacidaminosuugarcontent47.419.12.742.594×1006Fig.3IRspectrumofflocculantMBFA9圖3為一個典型的多糖紅外光譜圖，具有多糖的特征吸收峰3420、2926、1615、1025、810cm-1，這些特征峰進一步證實絮凝劑MBFA9是多糖。光譜圖在1733、1615和1415cm-1處有特征吸收峰。1733cm-1為—COOH中的C=O伸縮振動所致；而1615cm-1處的寬吸收峰為—COO—中的C=O非對稱伸縮振動的結(jié)果；1415cm-1為—COO—中的C—O伸縮振動所致。因此可以斷定絮凝劑MBFA9中含有羧基，為陰離子絮凝劑。2.4絮凝劑MBFA9的急毒試驗(急毒LD50)微生物絮凝劑是微生物分泌的代謝產(chǎn)物，作為水處理藥劑，要求無毒無害。因此，對絮凝劑MBFA9進行急毒試驗，結(jié)果表明，小白鼠一次性吞食1g/kg的絮凝劑MBFA9后，無一死亡，體態(tài)、飲食、運動均無異常反應(yīng)，LD50>1g/kg，初步證明絮凝劑MBFA9無急毒反應(yīng)。2.5絮凝劑MBFA9處理實際廢水絮凝劑MBFA9是一種絮凝性能優(yōu)異的無毒絮凝劑，在對人類或動物直接相關(guān)的食品、給水等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本研究以淀粉廠的黃漿廢水和河水作為絮凝對象，研究絮凝劑MBFA9的實際應(yīng)用效果。黃漿廢水的處理結(jié)果在廢水中加入0.5g/L的CaCl2，再加0.2ml/LMBFA9，后調(diào)pH至10.0，絮凝效果最佳，試驗結(jié)果見表4。試驗中發(fā)現(xiàn)加入CaCl2后，生成小絮團，沉降緩慢，加入絮凝劑MBFA9后絮團大且結(jié)實，沉降速度快。可見絮凝劑MBFA9絮凝黃漿廢水時，CaCl2有助凝作用。經(jīng)絮凝處理，SS和COD的去除率分別達到85.5%和68.5%。Table4Indexesofyellowslurrywastewaterbefore/afterdisposalindexespHOD660SS(mg/L))COD(mg/LL)indexesoforriginaalwatter4.33.3821456222indexesofdiisposeedwatter10.000.463101962removerrate\\%/86.485.568.5分別用聚合氯化鋁、陰離子聚丙烯酰胺（320萬）和非離子聚丙烯酰胺（580萬）絮凝處理黃漿廢水，結(jié)果見表5。從表中可以看出聚合氯化鋁和非離子聚丙烯酰胺幾乎沒有絮凝效果；陰離子聚丙烯酰胺效果較明顯，懸浮物絮團大，沉降快，最終SS和COD分別為520mg/L和2330mg/L，比絮凝劑MBFA9的處理效果略差。可見絮凝劑MBFA9的絮凝效果明顯優(yōu)于常用的化學絮凝劑。處理1噸廢水可以回收2kg沉淀物。沉淀物中含有高蛋白物質(zhì)，可以作為動物飼料的添加劑加以利用。Table5Comparingthedisposaleffectsofyellowslurrywastewaterwithdifferentflocculantsindexesdosage\\mg/LLpHOD660SS(mg/L))CODphenomennaPAC100.07.03.2220906196Flocssmmall,settiingsllow.non-ionPAM10.09.03.2021006270Flocssmmall,settiingsllow.anionPAAM10.09.00.965202330Flocsbiig,seettinggfastt.flocculaantMBBFA90.2ml/LL9.00.884702154Flocsbiig，tighhtnesss絮凝劑MBFA9處理河水用Al2(SO4)3作凝聚劑，分別以絮凝劑MBFA9、陰離子PAM、海藻酸鈉、明膠作絮凝劑，絮凝處理湖水，結(jié)果見表6。從試驗結(jié)果可以看出，用絮凝劑MBFA9作助凝劑，不僅絮團大，沉降快，上清液清澈，而且處理后COD最小；陰離子PAM、海藻酸鈉、明膠處理后的濁度依次增大，COD也隨之增加。絮凝劑MBFA9（培養(yǎng)液）的產(chǎn)品價格約為800元/噸，處理湖水的成本約為0.04元/噸?？梢姡琈BFA9完全可以作為高分子絮凝劑應(yīng)用于給水處理中。Table6ThedisposalresultsoflakewaterwithMBFA9andcommonflocculantsflocculaantMBFA9anionPAAMsodiumaalgaglutinDosage\\mg/L50(cultuuremeedium))21020turbiditty\mgg/L0.82.8016.936.5COD49.0652.5670.1489.72phe