漂白废水耐受性絮凝剂产生菌筛选、絮凝机理及细胞絮凝剂廉价制备

摘要

漂白废水中含有的氯化木素衍生物（AOX）是制浆造纸工业漂白废水中主要毒性物质，相关工业废水排放标准对BOD、CODcr和SS等指标有明确限制，但没有涉及AOX的限制排放问题，而AOX是导致漂白废水毒性的关键。除去漂白废水中的AOX才能够降低制浆造纸废水毒性，缓和对环境和生物的威胁。 微生物絮凝剂具有安全，有效，易降解和无二次污染的特点，有着很好的应用前途，然而微生物絮凝剂因其价格昂贵而不能大规模生产限制了工业应用，寻找廉价培养基和廉价制备微生物絮凝剂的方法非常必要。 本论文以降低漂白废水毒性目的，从漂白废水驯化的活性污泥中筛选到一株具有较强漂白废水耐受性的絮凝剂产生菌BF-11，经鉴定为Klebsiella sp．于此同时，从不同土样中筛选到三株非漂白废水耐受性的絮凝剂产生菌。BF-11不仅能够高产絮凝剂，而且有其独特的特点：生长快，漂白废水耐受性强；产生的絮凝剂大多数紧密结合在细胞壁上，仅少部分释放到液体培养基中。这些释放到液体培养基中的絮凝剂产生的絮凝活性也明显高于其它三株高效絮凝剂产生菌；带有菌体细胞的BF-11絮凝剂产生的矾花非常大，沉降速度更快。这些特点意味着Klebsiella sp．BF-11在去除漂白废水毒性物质方面具有潜在的应用前景。为进一步证明BF-11对漂白废水毒性的耐受性。论文还比较研究了BF-11在50％毒性漂白废水和100％去离子水配制的葡萄糖培养基中葡萄糖消耗，菌体生长量及絮凝剂产生进程，结果表明BF-11在含有漂白废水的葡萄糖培养基中菌体生长量更高，葡萄糖消耗速度更快，并且更早的出现絮凝活性最大值，说明BF-11是一株具有漂白废水耐受性的絮凝剂产生菌。 论文还比较研究了BF-11和另外一株非漂白废水耐受性絮凝剂产生菌HW-7的絮凝特性，包括两者絮凝体系的优化，絮凝剂物理化学性质的分析，絮凝机理。BF-11产生的絮凝剂简称为BFF-11，同理，HW-7产生的絮凝剂简称为HWF-7。BFF-11和HWF-7都是在偏碱性或碱性条件下，在有二价或者三价阳离子存在下才会表现出明显的絮凝活性。BF-11的胞外絮凝剂成分主要是多糖，含有约33％的糖醛酸和三种中性单糖Gal、Glc和Rha这种絮凝剂的稳定性较好。加热处理絮凝活性没有明显变化。BF-11细胞絮凝剂为糖蛋白成分，含有13．9％的蛋白质，因此加热处理这种糖蛋白絮凝剂时，絮凝活性有所下降，形成的絮体由大变小，这说明蛋白质成分在形成较大絮体时发挥着重要的作用。HWF-7主要是胞外絮凝剂，为一种糖蛋白，含有10．3％的蛋白质和14．6％糖醛酸，并且含有Gal和Rha两种中性单糖，因此加热处理时，絮凝活性也有所下降。由以上可知BFF-11和HWF-7絮凝剂发挥絮凝作用的条件基本一致，絮凝剂的物理化学性质也基本相同，推测两者絮凝剂絮凝机理是相似的，很有可能都是钙离子辅助架桥机理。最后检测了BFF-11细胞絮凝剂絮凝高岭土悬浮液和土壤悬浮液的结合键，结果表明絮体结合键为离子键。进一步证明了钙离子辅助架桥机理。 论文探讨了BF-11细胞絮凝剂的廉价制备方法，BF-11细胞本身可以作为絮凝剂，因此可以创造条件降低BF-11细胞絮凝剂发酵液粘度，使细胞产生自絮凝现象，进而制得细胞絮凝剂。实验结果表明：20ml的BF-11发酵液中，将pH调节为9，并加入15ml0．2 M的CaCl2溶液就可以很好的将菌体絮凝剂沉淀下来，并且得到紧实度高的絮凝剂沉淀。将制备得到的细胞絮凝剂干粉重新溶于水溶液，检测絮凝活性，结果干粉絮凝剂保持了良好的絮凝活性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明及缩写词

声明

第一章 研究背景

1.1水资源和人类健康

1.2木质素与制浆造纸漂白废水的毒性关系

1.2.1木素

1.2.2漂白废水中的毒性木素衍生物

1.3絮凝剂和絮凝剂作用机理

1.3.1絮凝剂的种类

1.3.2絮凝剂的作用机理

1.4生物絮凝剂的研究进展

1.4.1微生物絮凝剂的主要工作

1.4.2微生物絮凝剂前沿进展

1.5废物利用产絮凝剂工作进展

1.5.1废弃有机高浓度废水生产微生物絮凝剂

1.5.2利用固体废弃纤维素制备絮凝剂

1.5.3木质素改性絮凝剂的制备和应用

1.5.4无机废弃物制备絮凝剂

1.6本课题主要研究思路和内容

1.6.1微生物絮凝剂产生菌的筛选

1.6.2絮凝剂的分离纯化、絮凝特性和机制研究

1.6.3漂白废水耐受菌絮凝剂有效制备方法的建立

第二章 漂白废水耐受性絮凝剂产生菌的筛选及鉴定

2.1材料与方法

2.1.1筛选样品

2.1.2培养基

2.1.3样品处理方法

2.1.4初筛方法

2.1.5复筛方法

2.1.6驯化方法

2.1.7絮凝活性的测定方法

2.1.8 PCR反应体系

2.1.9研究BF-11在废水中的生长和产絮凝剂情况

2.2实验仪器

2.3结果与讨论

2.3.1絮凝剂产生菌的筛选与鉴定

2.3.2 BF-11在漂白废水和非漂白废水培养基中生长，葡萄糖消耗及产絮凝剂情况

第三章 BF-11和HW-7产絮凝剂絮凝体系的优化、絮凝剂分离纯化和絮凝机理比较研究

3.1材料与方法

3.1.1菌种

3.1.2产絮凝剂培养基

3.1.3絮凝活性测定方法

3.1.4絮凝活性的分布

3.1.5影响微生物絮凝剂絮凝活性的各种因素

3.1.6絮凝剂溶液的热稳定性测试

3.1.7絮凝体系结合键的检测

3.1.8絮凝剂的分离纯化方法

3.1.9蛋白质含量测定：

3.1.10总糖含量测定

3.1.11糖醛酸含量测定

3.1.12中性糖组分的测定

3.2实验仪器

3.3结果与讨论

3.3.1影响絮凝活性的各种因素分析

3.3.2 BF-11和HW-7胞外絮凝剂组分测定及热稳定性

3.3.3絮凝体系结合键的检测结果分析

第四章 微生物絮凝剂廉价制备的探索

4.1材料与方法

4.1.1材料

4.1.2方法

4.1.3仪器

4.2结果与讨论

4.2.1 pH对BF—11自絮凝体系的影响

4.2.2[Ca2+]对BF-11自絮凝体系的影响

4.2.3 0.35 mMCa2+溶液加入量对BF-11自絮凝体系的影响

4.2.4廉价制备细胞絮凝剂絮凝活性的测定

4.2.5产絮凝剂后漂白废水中木素衍生物(AOX)降解情况分析

总结与展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间学术论文