微生物絮凝剂

微生物絮凝剂 嘉聋膏.期Journalo重fC庆ho建ng墨i羞!!:丝: 毋辑啦蹲毋却 2?综述?l}世世《世世 微生物絮凝剂 }朱柱,礼 『『;,郑泽 ———弋董趸磊再?i用;再与技术系,重庆400045) X/7z 7. 摘要:综述了微生物絮凝剂的产生和培养条件,同时讨论了微生物絮凝剂的絮凝反应条 件,反应机理和在废水处理中的应用?提供7今后的研宴方向. 关键词:兰兰竺羔兰芝塑垫里上培养条件雁争观 中图分类号:rX172文献标识码:A 微生物是那些形体微小(<o.1ram),结构简单,在适宜环境中能生长,繁殖及发生变异的低等 微小生物.微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口],有糖蛋白,多糖,蛋白 质,纤维素和DNA等它是利用生物技术得到的具有生物分解性和安全性的新型,高教,无毒,无 二次污染的水处理剂不仅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 有独特效果J.Nakamura等人早在l976年就对能产生絮凝效果的微生物进行了研究口],李兆龙 介绍了该方面知识,日益受到国内同行重视].本文试从微生物絮凝剂絮凝机理,种类和培育条 件等方面加以讨论,与已见同类综述文章不同,具有较强的实用性和参考价值. 1利用微生物的基本方式 微生物具有比表面积大,转化能力强,繁殖速度快,易变异,分布广等特点土壤中具有微生物 所需要的一切营养和微生物生长繁殖和生命活动的各种条件,lO00m.土壤,微生物可达500, 700kg,土壤是人类最丰富的”菌种资源库”.人类利用微生物的基本方式口从野生菌株分离得到的 微生物细胞作絮凝剂近2O种].利用微生物活细胞作絮凝剂免去了提取所需成本,可用少量菌种 接入发酵废液中使其繁殖,无二次污染,不足之处是被处理废液中必须无妨碍苗体生长的因素. 絮凝剂产生菌的基因控制是一个复杂的工作,涉及定位基因与抑制基因的相互作用,定位基因 的表达,絮凝剂的合成与分泌等.目前已发现了十多个絮凝基因,与絮 凝有关的基因在酵母菌中是 在染色体上Do-16J,FL01和FL05絮凝基因在1号染色体上,FL08在8号染色体上,该三个基因分 子克隆巳获成功. 2微生物絮凝剂的结构性质与种类 微生物絮凝剂主要包括利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂,利用微生物细胞代谢产物的絮凝 剂,直接利用微生物细胞的絮凝剂和克隆技术所获得絮凝剂微生物产生的絮凝剂物质为糖蛋白, ‘收穰日期ll999—05一z7 基金项目r重庆市青年科研基金赞助项目.漪科委接.1998(~:8)C174 号 怍者葡介一事和平(1963--).男.I~lqX.剐教授,曩士,主要从事高教复音絮凝荆研究 垒走堂堂垂——…一一星丝查1l4 一 l野生曹捧I/\医药工业 熏/一食品工业化学工业 l优良苗株;l培养』..——能源生产工业 环保技术 细咆融合技术-\巨国一二二=—二农业 堕入外源基四并丧选,4矿业 医疗 动物细胞,植物细胞等 粘多糖,蛋白质,纤维素,DNA等高分子化合物,分子量多在10以上,研究者[钉利用多种手段对微 生物絮凝剂的组成和结构进行分析 3微生物絮凝剂的絮凝机理 3.I对微生物细胞的絮凝 微生物絮凝剂的主要成分中含有亲水的活性基因,如氨基,羟基,羧基等,其絮凝机理与有机高 分子絮凝剂相同.大分子要有线形结构,如果分子结构是交联的或支链结构,其絮凝效果就差. 分子量对絮凝活性也有影响,一般来说,分子量越大,絮凝剂活性越高.生物的絮凝效果与 其正的表面?电势有关,而表面电势又与溶液环境有关,如PH值等口.细胞的年龄对絮凝作用 也有影响.在培养早期,絮凝性不好,随发酵进行,絮凝活性细胞壁中的甘露聚糖,葡聚糖和蛋白质 组合,进而影响絮凝剂效果. 3.2对废水中悬浮物的絮凝 胶体粒子的表面结构会对絮凝剂效率产生影响,主要有”桥连作用理 论和”电荷中和”作用理 论解释微生物絮凝剂对胶体颗粒的絮凝机理.絮凝剂大分子借助离子键,氢键和范德华力同时吸附 多个胶体颗粒,在颗粒间产生”架轿”现象,形成一种三维网状结构而沉淀下来胶体颗粒表面电荷 对絮凝有重要影响,相反电荷的聚合电解质能减少颗粒表面电荷密度,以至颗粒可以彼此充分紧密 接近,使吸引力变得有效.文献[21]通过研究蓝藻生物絮凝剂絮凝膨润土悬浮物的理化性质,表明 该生物絮凝剂通过桥连作用引起絮体形成,导致彭润土悬浮物的絮凝.文献[22]用代号NTA一 1——NTA一6的微生物絮凝剂处理染料废水时,发现ca.有促进絮凝物生成,加大沉降速度的协 同作用.这可能是ca的加入减少了大分子和悬浮颗粒的负电荷,增加了悬浮颗粒对大分子的吸 附量,促进了”架桥”作用.也有文献认为体系中盐的加入会降低微生物的絮凝活性.这可能由于 Na的加入破坏了大分子与胶体之间氢键的形成 絮凝的形成是一个复杂的过程.为了更好地解释机理,需要对特定絮凝剂和胶体颗粒的组成, 结构,电荷,构象及各种反应条件对它们的影响作更深入的研究. 4微生物絮凝剂实际应用 4.1高浓度有机废水处理 畜产废水是BOD值较高的难处理的一类废水,采用合成高分子絮凝剂处理存在二次毫橐.用 NOC--1微生物絮凝剂加Cat+处理,处理IOrain上清液接近透明,TOC,O..均宥量蓉?鼍,照崖 3期和平等:微生物絮凝1l5 去除率达94.5].在鞣革工业废水中加入c一62菌株产生的絮凝剂,其浊度去除率可达 96.孟琴等用自制的生物材料处理浓度8的蛋白质溶液和果汁原汁,发现生物材料的沉降 速率,处理后余浊等均明显优于阳离子聚丙烯酰胺,蛋白质溶液的适宜PH值为5.0,与其等电点 (4.7)非常接近. 4.2染料废水的脱色 染料废水成份复杂,水质变化大,色度高,含难降解有机物,是目前较难降解和处理的工业废水 之一.张志杰[~o,3t3等认为染料的迁移转化分为两个阶段.首先是染料的吸附,富集阶段,其次是生 物降解阶段.染料的细菌降解包括两个步骤:先是染料透过细菌细胞壁进入质膜,其次是在膜上的 传递并通过细菌的生命活动,如氧化,还原.台成等过程使其降解成简 单的无机物,或转化为细菌所 需的营养物质,组成新的原生质.文献[24]对投优势菌并稳定运行了3年上的印染废水处理工程 的水解池进行菌种分离,鉴定;对分离得到的1O株纯菌进行单株及10株混和菌群的脱色能力,脱 色条件试验.结果表明,运行前投入的主要用于脱色的分属于假单胞菌属,气单胞菌属,红螺菌属的 菌株仍占优势,混合菌群的脱色能力优于单株菌,对于活性黑KNB,活性红HE一3B,活性黄3RS 的脱色率分别达91,76,78. 反硝化条件下偶氮染料很难被微生物脱色,文献[25]从活性污泥中分离到菌株17具有较强的 反硝化能力的偶氮染料脱色效果.酵母粉等有机物作为生长园子时,对菌株17的反硝化条件下的 偶氮染料脱色有非常明显的促进作用.对酸性红B的脱色率可达95.6. 梁沈平口等采用凹凸棒粘土颗粒固定假单胞菌屑的pse4,pse29等高效脱色菌,固定化拄在6 h既对60mg/L混和染料脱色91,是一种具有较高实用价值的固定化技术.黄晓雄用红砖碎 粒_2及自制多孔陶珠L2固定微生物细胞处理印染废水,脱色效果良好.贾省芬【z妇等在厌氧条件下 硫酸盐还原菌对染料脱色,指出还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸对脱色具有促进作用.粗酶液对酸性 红Bm脱色比活性(染料/蛋白)为0.87ug(mg?min),米氏常数为14mmoI/L.微生物絮凝剂 还用于造纸黑液,糖蜜废水,墨水废水的脱色. 4.3高浓度无机物悬浮废水的处理 微生物絮凝剂可用于高岭土,泥水浆,粉煤灰等水样处理0.用生物材料处理100ml中高达 15g的浊水时,沉降率是阳离子聚丙烯酰胺的2.5倍0,是阴离子聚丙烯酰胺的4倍.陶瓷厂废水 添加N()C一1后5rain,釉药废水OD从17.2下降到0.35,浊度去除率97.9,坯体废水OD.从 l_4降到0.043,浊度去除率96.60. 4.4活性污泥 活性污泥是水处理工程中令人头痛的问,在活性污泥中加入微生物絮凝剂,污泥容积指数能 很快下降,消除污泥膨胀状态,恢复活性污泥沉降能力. 微生物絮凝剂安全,可靠,给小鼠注射R.erythropolis的细胞及培养液,均不致病1.安全性显 示微生物絮凝剂完全可能用于食品,医药等行业的发酵后处理. 5培育微生物的基本条件 微生物絮凝剂的生长受到很多因素的影响,培养基的组成,初始PH 值,培养温度,通气状况, 无杂菌感染和混和培养等. 5.1微生物实验宣 研究微生物絮凝剂要有大小适当的实验室,室内有交流电,自来水,BOD,COD,浊度,TOC测 定仪,恒温培养箱(动培,静培),电冰箱,真空泵,电炉,高压蒸汽消毒锅和小型无菌室,如无无菌室, 必须具备接种箱.接种环,接种针,旋转涂布台和其它常用器具. 5.2培养基 重庆建筑大学第22卷 满足微生物繁殖或积累代谢产物的营养基质及其生活环境叫培养基.微生物营养中有碳源,氮 源,能源,生长因子,无机盐和水六大要素物质各种微生物对营养的要求不尽相同,目前尚未找到 一 种能满足各种微生物生长的培养基,因此,应掌握关于培养基设计的基本原则,灵活应用. 5.3选择适宜的营养物质 碳源:碳源可分为有机和无机两大类.培养自养微生物时,一般挑选无机碳化台物作用碳源,而 培养异养微生物时用有机碳化台物. 能源:微生物生长过程中所涉及的能量主要是ATP形式的化学能,即使是光合细菌,也要将 光能转换成ATP形式的化学能后才利用. 氮源:培养固氮细菌,部分光台细菌和蓝藻用分子氮;培养酵母菌,霉菌,放线菌和许多腐生细 菌及动植物的病原菌,多用铵盐和硝酸盐作氮源,也可用某些有机氮化合物为氮源,如蛋白胨,牛肉 膏,酵母膏,鱼粉,黄豆饼粉,玉米浆等. 生长因子:微生物生长所不可缺少的微量有机物质就是生长因子,它包括维生素,氨基酸,嘌 呤,嘧啶等物质.许多异养微生物和所有自养微生物本身能合成所需生长因子,而缺陷型的变异菌 株则需要在基本培养基中附加适量相应的生长因子[3,也可在培养基中加成分已知和含量确定 的复合维生素液r. 无机盐:微生物所需的无机盐指含K,Na,Mg,Fe,N,P,S等元素的无机化合物.它们是细胞和 酶的重要组成元素,参与稳定微生物的细胞结构,维持酶的活性,调节微生物细胞渗透压,氢离子浓 度,氧化还原电位等.培养硫细菌时,应适当增加硫的用量,培养海洋微生物时,则要增加NaCI含 量.NH,No,Fe.分别为亚硝化细菌,硝化细菌和铁细菌作能源. 水:水既参与微生物的代谢过程,又是代谢反应的介质,是微生物营养 中不可缺少的一种. 5.4制备培养基的基本原则 有的放矢:根据培养基的对象和目的来制备培养基.如氧化硫杆菌的 培养基由下列无机物组 成. 粉状硫 MgSO{ (NH’)2SO’ FeSO’ 10g 0.5g 0.4g 0.01g KH2P04 CaCk 水 4.0g 0.25g 1000mI 营养协调:营养物质浓度配比要合适,对于异养微生物来说,各种物质 的大体比例是: 水>碳源>氮源>P,s>K,Mg>生长因子. 条件适宜:微生物生长的PH值,渗透压,温度等要保持在合适的条件. 经济节约:保证微生物正常生长条件下尽量经济节约,以粗代精,以野代家,以废代好”. 6前景展望 微生物絮凝剂有着良好的应用前景,有望成为高效,无毒,无二次污染的新一代絮凝剂.但目前 的研究大多处于菌种筛选阶段,与其它方面微生物的应用相差甚远.建议各级有关部门应给予支 持,本研究工作重点集中于: (1)微生物絮凝剂高产菌株的条件优化. (2)微生物絮凝剂结构和理化性质测定. (3)微生物絮凝剂絮凝机理的深入研究. (4)微生物絮凝剂的基因控制与表达,克隆技术研究. 第3期李和平等:微生塑芏堑型 (5)微生物絮凝剂工业化生产条件优化. 相信在不久的将来,微生物絮凝剂将会像合成高分子絮凝剂一样普及于人们的生活. 参考文献 E32] [33] l17 辛宝平,庄源益,李彤等.生物絮凝剂的研究与应用【J].环境科学与进展.1998,6(5):57 J.Nakmuraeta1..Agile.Bio1.Chem[J].,1976.40(2):377 李兆龙.虞杏英.微生物絮凝剂[J].上海环境科学,1991.10(9):45 王镇,王孔星.微生物絮凝剂的研究概况[J].微生物学通报,1993,20(6):362 吴健,戴桂馥.微生物细胞的絮凝与微生物絮凝剂EJ].环境污染与防治,1994,16(6):87 张本兰.新型高效,无毒水处理剂——微生物絮凝剂的开发与应用EJ].工业水处理+1996,16(1):7 傅旭庆,汪大翌,徐新华.微生物絮凝剂及其絮凝机理[J].污染与防治技术,1998,11(1):G 黄秀梨.微生物CM].北京:高等教育出版社,1998,194 日本发酶工程学会编.张霞元等译.微生物工程的基础与应用(M].北京:轻工业出版社,1988.241 MikiB.A.eta1.,J.Bacteria1.[J],1982,150(2):878~889 MikiB.A.etal_,J.Bacteria1.[J],1992,150(2):890~899 RusseLI1.eta1.,J.Inst.Brew[J],l979,85:95,98 Yamashital-etai.,Agile.Bioi.Chem.EJ],1983,47(12):2889,2896 YaImshita1.eta1.,Agrie.o1.Chem.f.J3.1984,48(1):131,135 LipheP.N.eta1.,J.Bactera1.CJ],1984,159:797,799 K1珊neR.eta1.,Agile.Bio1.Chem.EJ],1979,43(3):421,427 程树培.高絮凝性微生物技术研究与应用进展[J].环境科学进展.1995,3(1):65 陈宗洪等煽.驶体化学[M].北京:高等教育出版社,1984,298 NakamuralJ.eta1.,Agile.Bioi.Chem.EJ].1976,40(3):619,624 盂琴.吕蔼伟.张国亮.新型生物絮凝剂一生物材料效果评价[J]环境化学.,1998,17(4):355 Taka~H.etat,Agric.Bio1.Chem.CJ],1985,49(11):3151,3157 庄源益,戴树桂,李彤等.生物絮凝剂对水中染料絮凝效果探讨0].水处理技术.1997,23(6):349 仓根隆一郎,Bioindustrv[J].1990,(1):13 曾面璇,罗国维.优势菌处理印染废水中承解池的脱色机理[J].中国环境科学.1998,18(5):423 刘志培,杨惠芳,刘双江.反硝化菌的偶氯染斟脱色研究[J].环境科学,1998,19(2):24 梁沈平,王菊思,赵丽辉.染料脱色菌的筛选及固定化脱色试验[J].环境科学[J],1998,19(4):13 黄晓雄.红砖碎粒载体固定化细胞某些性质研究[J).工业水处理,1989.9(5):23 黄晓雄.利用多孔陶璩固定化微生物细胞处理印染废水的研究[J).环境科学,1990.10(4):471 贾省芬,杨惠芳,刘双江硫酸盐还原菌对多种染料厌氧脱色的特性[J). 环境科学,1998,19(4):18 张志杰.染料在厌氧塘内净化的可行性与转移规律的研究[J].环境科学,1993,13(4);398 彭跃莲,韩燕劭,李建中,剂忠坩.生物技术在印染和染料废水处理中的应用(】).环境科学进展,1997,5(3) 57 K111aneR.eta1.,Agile.Bioi.Chem.EJ],1986,50(9):2301,2307 陈绍铅,郑福寿.承生微生物学实验法.上册CM3.北京:海洋出版社,1985 (下转第124页) jijijji]三三咖啪?嘲嘲叫嘲嗍嗍叫嘲M?嘲咖嘲嘲嘲 124庆建筑22 施工进度.GPS技术长于动态物体的定位,建筑物摆动周期和摆动规律用传统是无法解决的, 但采用GPS技术却很容易实现.GPS技术测量速度快,劳动强度小,不会产生误差积累. 3结论及尚待解决的难题 由于在超高层建筑施工中应用GPS定位技术有着传统方法所无法比拟的优越性,同时在理论 上也具有可行性.因此,采用全球卫星定位系统GPS加计算机自动,自动分析,自动控制技术 来测定建筑物摆动周期和摆动规律,从而得出真实修正值,以保证大 厦的垂直度,不失为超高层建 筑垂直度控制的新方法. 从技术的角度来看,应用GPS加计算机系统监控超高层建筑施工还 存在有以下技术难题: 1)尚需开发顾及建筑施工特点的专用软件和监控温度,风向,日照变 化的仪器,加深对上述变 化规律的认识,以期对施工生产起到有效的指导作用. 2)如何在计算机分析软件处理过程中,过滤掉由于交叉施工而引起 的偶然变位,比如混凝土 倾倒荷载作用,混凝土的振捣力,钢结构构件吊装等. 3)如何采取有效措施加快数据采集,处理工作,以保证施工工作快速 顺利进行. 4)如何采取措施防止由于城市密集建筑群以及电磁波等对接受信号 的阻碍和影响. DiscussionaboutApplicationofGPSSystem inConstructionMeasurementofSkyscraper ZHANGHong—aheng,YAOGang (Facu]由 ofCivilEngineering.ChongqingJianzhuUniversity,400045,China) Abstract:Withthedevelopmentofskyscrapers,thenormalmeasurementsca nnotfulfiltherequire— mentsofstandards.Thispaperintroducestheprinciplesofglobalpositionsystem,andsomequestions techinskyscraperconstructionwerediscussed. abouthowtousethishigh— Keywords:GPS;skyscraperconstruction;verticality;control (上接第117页) MicrobialFlocculant LIHe-ping,ZHENGZe-geng,ZHUZhu,ZHENGHuai-li (DepBrt? lentofAppliedScienceandTechnology,ChongqingJian~uUniversity,400045.China) Abstract:Theproductionandcultureconditionsotmicrobialflocculantaresummarizedinthispaper. Thereactionconditionsandthemechanismsforflocculationinwastewaterarealsodiscussed.M0re- over,thedirectionforfurtherresearcharepointedOut. Keywords,,microbialfl~culant}mechanismsforbio-floeculatlon}cultureconditions