微生物絮凝剂在给水处理中的应用研究

邓述波¹，余刚¹，蒋展鹏¹，胡筱敏²，罗 茜²
(1.清华大学环境科学与工程系，北京100084； 2.东北大学安全与环境系，辽宁沈阳110006 )

　　摘要：从土壤中分离筛选得到一株能产高效絮凝剂的硅酸盐芽孢杆菌，该菌产生的絮凝剂MBFA9具有用量少、絮凝效果好等特点。在5000 mg/L的高岭土悬浮液中使用该絮凝剂，絮凝率高达99.6%，絮凝剂(培养液)用量仅为0.1 mL/L，约为一般生物絮凝剂用量的1/10～1/200，提纯分析发现絮凝剂MBFA9由含有糖醛酸、中性糖和氨基糖的多糖构成。动物急毒性试验表明该絮凝剂无急毒反应。
　　关键词：微生物絮凝剂；絮凝剂MBFA9；给水处理
　　中图分类号：TU991.22
　　文献标识码：A
  　　文章编号：1000-4602(2001)02-0005-03

Study on the Application of Microbial Flocculant in Water Trea tment
DENG Shu-bo1,YU Gang1,JIANG Zhan-peng1，HU Xiao -min2，LUO Qian²
(1.Depart.of Environ.Sci.and Eng.,Qinghua Univ.,Beijing 100084,Chin a; 2.Depart.of Security and Environ.,Northeast Univ.,Shenyang 110006,China)

　　Abstract：The bacterium producing bio-flocculant with high flocculating activity was scree ned from soil.The bacterium was identified as Bacillus mucilgnons n.var.The floc culant MBFA9 produced by the bacteria had characteristics of lower dosage,bette r flocculating effect,etc.When the Kaolin suspension of 5 000 mg/L was treated w ith MBFA9,the flocculation efficiency was up to 99.6% and the dosage was 0.1 mL/ L,which is only about 1/10～1/200 of that of common microbial flocculants.The an imal toxicity test showed that MBFA9 had no acute reaction.
　　Keywords: microbial flocculant;flocculant MBFA9;water treatment

　　微生物絮凝剂因其无毒、可生物降解、无二次污染等独特的性质，近年来受到人们的广泛关注。但目前发现的微生物絮凝剂普遍存在絮凝剂用量大、成本高、对实际废水絮凝性差等问 题，限制了其推广应用。本研究经筛选得到了一株高效絮凝剂产生菌，该菌产生的絮凝剂絮凝率高、用量低，展示了良好的应用前景，尤其是该絮凝剂无毒无害，在给水处理中有很好的应用潜力。

　　1  材料和方法

　　1.1  菌种来源
　　从土壤中分离筛选得到经鉴定为硅酸盐芽孢杆菌新变种，该菌产生的絮凝剂命名为MBFA9 ^［1］。
　　1.2   培养基及培养条件
　　培养基的组分：可溶性淀粉为1.5%，K2HPO4为0.6%，酵母膏为0.3%，MgSO4· 7H2O为0.02%，NaCl为0.01%。接种后在pH为8.0、温度为30℃、转速为140 r/min的摇 床中培养72h。
　　1.3   絮凝剂的提纯
　　培养液稀释10倍，6000 r/min的转速下离心10min，去除菌体，然后浓缩、乙醇沉淀、氯仿正丁醇去除游离蛋白，透析后真空冷冻干燥得到絮凝剂MBFA9的提纯液。
　　1.4   絮凝剂的成分分析
　　通过糖的Molish反应、蒽酮反应，定性判断絮凝剂MBFA9样品中是否含有糖类成分^［2］。多糖经水解可以测出中性糖、酸性糖和氨基糖的含量。中性糖的测定采用酚硫法，己糖醛酸的测定采用咔唑—硫酸法，氨基糖的测定方法见参考文献^［3］。
　　1.5   毒性试验(急性毒性试验测LD 50)
　　按《国家食品卫生法则》要求进行急性毒性试验［4］。取60只小白鼠，体重为( 20±2) g，雌雄随机分为两组，一组为试验组，另一组为对照组。将絮凝剂MBFA9溶于水中 ，以1g/kg 的剂量均匀配给各鼠，24h内喝完，饲养15 d，观察小白鼠的体态、饮食、运 动有无异常反应。
　　1.6  河水的水质
　　河水的浊度为106.1NTU，pH为7.06，COD为79.03 mg/L，悬浮物主要为微小的泥土颗粒及少量有机物。
　　1.7絮凝试验方法
　　向烧杯中加入500 mL水样，加入10 mL、2%的Al2(SO4)3溶液，以200 r/min快搅1 min，而后加入一定量的絮凝剂，再以60 r/min慢搅10 min，沉降30 min后，在250 mL处取样测浊度。

　　2  结果与讨论

　　2.1  MBFA9与其他絮凝剂的用量比较
　　高岭土悬浮液常用来作为微生物絮凝剂的絮凝对象，一般微生物絮凝剂处理高岭土悬浮液的 用量约为1.0～20mL/L，而且需要添加一定量的CaCl₂或Al₂(SO₄)₃作为助凝剂，絮凝率可达到90%以上。絮凝剂MBFA9的突出特点是絮凝效果好、絮凝剂用量少。当絮凝5000mg/L的高岭土悬浮液时，絮凝剂(培养液)的用量仅为0.1mL/L，为一般微生物絮凝剂用量的1/10～1/200，而絮凝率高达99.6%，且不需添加Ca²⁺及Al³⁺等助凝剂。表1为各菌株产生的絮凝剂与MBFA9处理高岭土悬浮液的用量比较^[5～7］。

　　2.2  絮凝剂MBFA9的成分分析
　　将培养液提纯，对其进行糖、蛋白质的呈色反应，结果表明，絮凝剂MBFA9有明显的糖类颜 色反应，即Molish反应在浓硫酸和样品液分界面上有清晰的紫环生成，蒽 酮反应呈现为蓝绿色，而没有蛋白质或氨基酸的特征反应。因而，可以定性地判断 出该絮凝剂的有效成分为多糖。
　　多糖是由多种单糖构成的，而单糖又分为中性、酸性和碱性糖。将絮凝剂MBFA9用浓硫酸水解，分别测定絮凝剂中己糖醛酸、氨基糖和中性糖的含量，结果见表2，可见絮凝剂MBFA9主 要是由中性糖和己糖醛酸组成。

　　2.3  絮凝剂MBFA9的急毒试验(急 毒LD₅₀)
　　微生物絮凝剂是微生物在生长过程中分泌的代谢产物，作为水处理药剂，要求无毒无害。因此，对絮凝剂MBFA9进行急毒试验，结果表明，小白鼠一次性吞食1 g/kg的絮凝剂MBFA9后，无一死亡，体态、饮食、运动均无异常反应，初步证明絮凝剂MBFA9无急毒反应。
　　2.4絮凝剂MBFA9处理河水
　　以河水作为絮凝对象，用Al₂(SO₄)₃作助凝剂，分别以MBFA9、HPAM(320万)、海藻酸 钠、明胶作絮凝剂，以上清液的浊度为絮凝指标，所作比较试验结果见表3。

   　　从试验结果可以看出，采用絮凝剂MBFA9，不仅絮团大、沉降快、上清液浊度低，而且处理 后COD值最小；采用HPAM、海藻酸钠、明胶处理后的上清液浊度依次增高，COD值也 随之增加。
　　另外，絮凝剂HPAM和MBFA9的用量试验结果见图1、2。从图中可见MBFA9和HPAM的最佳用量分别为0.10mL/L和2mg/L。

　　为了观察MBFA9和HPAM的絮凝效果，还进行沉降效果试验，结果见图3。

　　试验发现，当单独用Al₂(SO₄)₃时，生成微小絮团、沉降缓慢、上清液混浊。当分别 加入HPAM和MBFA9时，生成大絮团、沉降加快、上清液清澈，4 min后浊度分别达到2.1、5.6 NTU，而不加高分子絮凝剂的浊度为56.2NTU。沉降30min后，用MBFA9絮凝剂处理的 浊度为0.8 NTU，HPAM的浊度为2.8 NTU，可见絮凝剂MBFA9的絮凝效果 优于HPAM，处理后的上清液更加清澈。
　　絮凝剂MBFA9(培养液)的产品价格约为800元/t，用其处理河水的成本约为0.04元/t，可见絮凝剂MBFA9应用于给水处理中，无论在处理效果和经济上都是可行的。

　　3  结论

   　　①分离筛选得到的硅酸盐芽孢杆菌产生的絮凝剂MBFA9具有用量少、絮凝效果好等特点。絮凝高岭土悬浮液的用量为0.1 mL/L，是一般微生物絮凝剂用量的1/10～1/200，且絮凝率高达99.6%。
　　②絮凝剂MBFA9由多糖组成，动物急毒试验表明该絮凝剂无急毒反应。
　　③处理河水的试验表明，用絮凝剂MBFA9处理高浊度河水，技术指标优于PAM等常规絮 凝剂，处理后河水浊度降至0.8 NTU。

　　参考文献：
　　［1］ 邓述波,胡筱敏,罗茜.高效生物絮凝剂的培养条件及特性［J］.东北大学学报,1999,20( 5):525-528.
　　［2］李建武，等.生物化学试验原理和方法［M］.北京：北京大学出版社,1997： 72-76.
　　［3］张惟杰.糖复合物生化研究技术［M］.浙江大学出版社,1994，10：23-30.
　　［4］ 李凤珍，刘瑞君.土壤微生物产生的胞外多糖的研究［A］. 沈阳生态研究所论文集［C］ .1991：85-89.
　　［5］ 王镇,王孔星.几株微生物絮凝剂产生菌的特性研究［J］.微生物学报，1995,35(2):121 -129.
　　［6］ Rynichro KURANE，et al.Microbial Flocculation of Waster Liquid and Oil Emul sion by a Bioflocculant from Alcaligenes Latus［J］.Agric Biol Chem.1991,55(4):1 127-1129.
　　［7］ 李智良,张本兰,裴健. 微生物絮凝剂产生菌的筛选及相关废水絮凝效果试验［J］.应用与环境生物学报,1997,3(1):67-70.

作者简介：
邓述波(1971-)，男，辽宁丹东人，清华大学环境科学与工程系和大庆石油管理局联合培养的博士后，研究方向为油田含油污水处理， 各种絮凝剂的开发和应用。
电话：(0459)5903733(O)
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收稿日期：2000-08-13