崔亞楠，張從良，王 巖

(鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院，河南鄭州 450001)

微生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生且具有絮凝活性的次生代謝產(chǎn)物，其主要成分為糖蛋白、多糖、蛋白質(zhì)、纖維素和DNA等［1-2］，與傳統(tǒng)絮凝劑相比，具有無毒無害、安全性高、易被微生物降解、無二次污染等特點，是一種高效、無毒、無二次污染的新型水處理劑，因此倍受國內(nèi)外廣泛關(guān)注［1］。本試驗針對自行篩選的混合菌進(jìn)行絮凝性能研究，并通過其他廢水來驗證其絮凝效果。

1 材料與方法

1.1 菌種的篩選

自鄭州某豬場污泥分離篩得17株絮凝活性較高的菌株(絮凝活性均在90%以上)，分別命名為xn1～xn17。通過菌落形態(tài)和個體形態(tài)觀察，可初步推斷xn1、xn2、xn4為霉菌;xn17為放線菌;其他13株菌為細(xì)菌。將其兩兩復(fù)配后，(xn10+xn9)的絮凝活性最高，絮凝率為97%。

1.2 水樣來源

①高嶺土標(biāo)準(zhǔn)懸浮液:將高嶺土配制成濃度為5 g/L的懸濁液;②鄭州某豬場廢水;③染料廢水:濃度100 mg/L堿性品紅溶液。

1.3 混合菌發(fā)酵液絮凝率的測定

絮凝率采用改進(jìn)方法［2］測定，將1 mL發(fā)酵液和2 mL CaCl2(10 g·L-1)溶液加入裝有100 mL高嶺土懸濁液(5 g/L)的150 mL錐形瓶中，調(diào)pH值至7.5左右，均勻攪拌1 min，靜置10 min后用吸管吸取上清液于722型分光光度計550 nm處測定吸光度，以不加培養(yǎng)液的溶液為對照來確定培養(yǎng)液的絮凝活性。絮凝率計算如下:

式中，A為對照上清液吸光度，B為樣品上清液吸光度。

1.4 絮凝分布活性的測定

絮凝活性分布試驗即測定發(fā)酵液、發(fā)酵上清液及細(xì)胞菌懸液的絮凝活性。取5 mL發(fā)酵液在3 000 r/m下離心30 min，取上清液測定絮凝活性;另取5 mL發(fā)酵液在3 000 r/m下離心30 min，棄去上清液，將沉于底部的菌體用蒸餾水洗滌3次，在3 000 r/m下離心，棄去上清液，加蒸餾水定容至5 mL，混勻測定細(xì)胞菌懸液的絮凝活性。

1.5 提取和成分初步分析

將離心獲得的上清液與兩倍體積的95%預(yù)冷乙醇均勻混合，在4℃下將放置24 h后，經(jīng)離心收集的沉淀物用95%乙醇反復(fù)洗滌、離心3次，最后真空干燥即得絮凝劑。對提取的粗品通過糖的呈色反應(yīng)和蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)［3］初步分析，Molish反應(yīng)、蒽酮反應(yīng)和Seliwanoff反應(yīng)為檢測糖類的呈色反應(yīng);雙縮脲反應(yīng)、黃蛋白反應(yīng)和茚三酮反應(yīng)為檢測氨基酸或蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)。

1.6 實驗儀器

722S可見分光光度計、BS124S分析天平、80-2離心機(jī)、SHZ-82水浴恒溫振蕩器等。

2 結(jié)果與討論

2.1 金屬離子對絮凝活性的影響

以 1%FeCl3、AlCl3、MgCl2、NaCl、KCl溶液代替1%CaCl2溶液測定(xn10+xn9)的絮凝率，結(jié)果如表1所示。幾種陽離子對(xn10+xn9)絮凝效果促進(jìn)程度的大小順序為Ca2+＞Al3+＞Mg2+＞Fe3+＞K+＞ Na+，顯然，Ca2+、Al3+、Mg2+對(xn10+xn9)助凝作用明顯，而 K+、Na+、Fe3+則較小，因此最佳金屬離子為Ca2+和Al3+。但Al3+存在二次污染問題，不宜作助凝劑，故宜選Ca2+作助凝劑。

表1 不同金屬離子對(xn10+xn9)絮凝率的影響 %

2.2 氯化鈣投加量對絮凝活性的影響

通過改變CaCl2投加量來進(jìn)一步研究金屬離子對微生物絮凝活性的影響，結(jié)果如圖1所示。不投加Ca2+的發(fā)酵不具有絮凝活性，隨Ca2+的增加，(xn10+xn9)絮凝率逐漸增大，在1%CaCl2投加量為3 mL時，其絮凝活性達(dá)最大值(97.24%)，但繼續(xù)增大CaCl2投加量對絮凝率無效，因此Ca2+對提高微生物絮凝效果有不可忽略的作用。

圖1 CaCl2投加量對(xn10+xn9)絮凝率的影響

2.3 微生物投加量對絮凝活性的影響

將不同劑量的(xn10+xn9)投加到100 mL高嶺土懸濁液中，效果見圖2。隨(xn10+xn9)投加量的增加，其絮凝率逐漸提高，在投加量為3 mL時達(dá)最大值(96.35%)，隨后絮凝率逐漸降低。這是因為絮凝活性官能團(tuán)通過Ca2+作用與高嶺土顆粒形成一種獨特吸附，絮凝劑過量會影響絮凝的壓縮雙電子層和吸附架橋作用而使原來的穩(wěn)定狀態(tài)脫穩(wěn)。

圖2 絮凝劑投加量對(xn10+xn9)絮凝率的影響

2.4 高嶺土懸濁液pH值對絮凝活性的影響

微生物絮凝劑受外界環(huán)境pH的影響程度不同，這是因為pH值不僅影響膠體顆粒的表面電荷、Zete電位，也會影響微生物絮凝劑表面的電荷性質(zhì)，從而影響微生物絮凝劑和高嶺土懸濁液間的電中和作用和吸附作用［4］。將微生物絮凝劑和CaCl2投加到不同pH值的高嶺土懸濁液中，以相應(yīng)pH值的廢水為對照，混勻靜置10 min后其對絮凝性能的影響如表2所示。在pH值2～10范圍內(nèi)(xn10+xn9)能保持較好絮凝活性，絮凝率在68%以上，具有一定的pH穩(wěn)定性和廣譜性;但相比較而言，該絮凝劑更適合處理酸性廢水。

表2 不同pH值對(xn10+xn9)絮凝率的影響 %

2.5 熱穩(wěn)定性

微生物絮凝的熱穩(wěn)定性和微生物絮凝劑的組分密切相關(guān)。有些研究［5］發(fā)現(xiàn)絮凝劑組分以蛋白質(zhì)為主的絮凝活性受溫度影響較大;而以多糖為主的絮凝劑，熱穩(wěn)定性較好，受溫度的影響很小。由圖3可以看出，在溫度范圍為30～100℃內(nèi)微生物絮凝劑(xn10+xn9)的絮凝率均在90%以上，且絮凝率波動幅度不大，說明其熱穩(wěn)定性較好，可以初步推斷其主要成分為多糖。

圖3 微生物絮凝(xn10+xn9)的熱穩(wěn)定性

2.6 對其他廢水的絮凝性能

利用(xn10+xn9)對其他廢水進(jìn)行初步絮凝試驗處理，結(jié)果見表3。絮凝劑投加量和CaCl2投加量各1 mL于30 mL(100 g/L)堿性品紅溶液中，均勻攪拌1 min，靜置10 min后在堿性紅最大吸收波長為543 nm下測定吸光度為0.046，脫色率97.26%;對豬場廢水，將2 mL絮凝劑和9 mLCaCl2投加至100 mL廢水，均勻攪拌1 min，靜置20 min后，濁度從280降到54，去除率為83.93%。對這兩種較難處理的廢水，(xn10+xn9)均有較好的絮凝效果，但實際應(yīng)用尚需對各種絮凝影響因素進(jìn)行深入研究。

表3 處理結(jié)果

2.7 絮凝活性分布及成分初步分析

測定發(fā)酵液、發(fā)酵上清液和細(xì)胞菌懸液的絮凝活性結(jié)果如表4所示，由表4可以看出，其絮凝活性大小順序為:發(fā)酵液＞發(fā)酵上清液＞細(xì)胞菌懸液，且離心后上清液的絮凝活性和發(fā)酵原液的絮凝活性較接近，這說明微生物的絮凝活性物質(zhì)主要是胞外產(chǎn)物，主要分布在培養(yǎng)液中。

表4 絮凝活性分布

對于(xn10+xn9)的Molish反應(yīng)，在濃硫酸和樣品液面的分界處呈現(xiàn)明顯紫環(huán);蒽酮反應(yīng)呈現(xiàn)藍(lán)綠色，這說明其含有糖類成分;而Seliwanoff反應(yīng)沒有鮮紅色出現(xiàn)，說明其所含多糖成分為非酮糖多糖。雙縮脲反應(yīng)不顯紫色，黃蛋白反應(yīng)不顯桔黃色，茚三酮反應(yīng)不顯藍(lán)紫色，這說明其不含蛋白質(zhì)或氨基酸成分。

3 結(jié)論

本文研究結(jié)果表明(xn10+xn9)具有較好的熱穩(wěn)定性和pH穩(wěn)定性，在較廣的范圍內(nèi)均能保持較好的絮凝活性，且Ca2+、Al3+、Mg2+對其助凝作用明顯。(xn10+xn9)的絮凝活性物質(zhì)主要為胞外產(chǎn)物，主要成分為非酮糖多糖，不含蛋白質(zhì)。對豬場廢水和堿性品紅溶液均具有良好絮凝效果，其濁度去除率和脫色率分別為83.93%、97.26%，但實際推廣應(yīng)用尚需對生產(chǎn)成本等問題進(jìn)行深入研究。

［1］Salehizadeh H，Vossoughi M，Alemzadeh I.Some investigations on bioflocculant producing bacteria［J］.Biochem Eng J，2000，5(1)，39-44.

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［3］李建斌等.生物化學(xué)實驗原理和方法［M］.北京:北京大學(xué)出版社，1994.

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