微生物絮凝剂产生及絮凝特性影响因素的研究.
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*收稿日期:2011-11-01作者简介:于荣丽,博士研究生,从事环境污染控制研究;孙丽娜(通信作者),教授,从事退化生态系统修复和生态风险评价研究,s ln629@1631com 。
基金项目:国家科技重大专项(2009ZX07528-006-04,2008ZX07208-003)文章编号:1009-6094(2012)01-0024-03微生物絮凝剂絮凝机理的研究概况及例证*于荣丽1,孙丽娜2,孙铁珩1,2(1东北大学资源与土木工程学院,沈阳110819;2沈阳大学污染环境的生态修复与资源化技术教育部重点实验室,沈阳110044)摘 要:微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外具有絮凝活性的代谢产物。
微生物絮凝剂的絮凝机理比传统絮凝理论更复杂,国内外学者对此进行了大量研究。
总结近年来国内外研究的相关文献,归纳了关于微生物絮凝剂絮凝理论的各种学说及其例证,指出了现在研究中存在的问题,并对今后的研究方向进行了展望。
关键词:环境生物学;微生物絮凝剂;絮凝机理;吸附架桥学说中图分类号:X172 文献标识码:A DOI:1013969/j.is sn.1009-60941201210110060 引 言微生物絮凝剂是继无机絮凝剂和有机絮凝剂之后出现的一种新型的、可自然降解的水处理剂,具有高效、无毒、无二次污染的特点[1]。
微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外具有絮凝活性的代谢产物,一般由多糖、蛋白质、DNA 、纤维素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物质构成,分子中含有多种官能团,能使水中胶体悬浮物相互凝聚、沉淀。
关于微生物絮凝剂的报道最早始于1876年,但真正从活性污泥中筛选出具有絮凝活性的菌胶团产生菌是在1935年[2-3]。
此后,Takagi 等[4]研究了拟青霉素微生物生产的絮凝剂PE101;Kurane [5]从土壤中筛选到红平红球菌S-l 菌株,并制成了NOC -l 微生物絮凝剂;1994年发现了B -16絮凝剂[2];Suh 等[6]发现了杆状细菌产生的DP -152絮凝剂。
对微生物絮凝剂活性影响因素的探讨作者:鲁国茂来源:《武汉科技报·科教论坛》2013年第11期【摘要】絮凝剂是混凝水处理工艺的核心,然而传统的无机及有机絮凝剂存在着用药量大,并易产生二次污染的缺点;相比之下,微生物絮凝剂主要成分为多糖或蛋白质,具有可生物降解及较高的絮凝活性,因而成为了絮凝剂领域研究的热点。
【关键词】微生物;絮凝剂;活性一、引言絮凝剂又称沉降剂,是一类可使溶液中不易沉降的固体悬浮颗粒凝集、沉淀的物质。
絮凝技术是目前国内外用来提高水质处理效率的一种既经济又简便的水处理技术。
絮凝剂包括有机合成絮凝剂、无机絮凝剂和微生物絮凝剂等多种,其中微生物絮凝剂是利用生物技术,通过生物发酵、抽提、精制而得到的一种具有生物分解性和安全性的新型、高效、无毒、廉价的水处理剂。
微生物絮凝剂是天然高分子絮凝剂的重要种类,它是微生物在特定培养条件下,其生长代谢至一定阶段产生的具有絮凝活性的代谢产物和菌体。
其主要活性成分是具有两性多聚电解质的蛋白质、多糖、纤维素等。
按照来源不同,微生物絮凝剂主要可分为三类:1.直接利用微生物细胞的絮凝剂,如某些细菌、放线菌、真菌和酵母。
2.利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂。
3.利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂。
微生物细胞分泌到细胞外的代谢产物,主要成分为多糖及少量多肽、蛋白质、脂类及其复合物。
这种分泌到细胞外的具有絮凝活性的高聚物称为细胞外生物高聚物絮凝剂(EBF)。
二、絮凝活性的影响因素一般来说,相对分子量大的EBF在絮凝过程中有更多的吸附点和更强的桥联作用,因此有更高的絮凝活性。
克氏杆菌产生的絮凝剂分子量超过2×106,协腹产碱杆菌产生的絮凝剂分子量达到2.2×106。
一些特殊基团由于在絮凝剂中充当颗粒物质的吸附部位或维持一定的空间结构,对絮凝活性有很大的影响,用高锰酸钾处理Asp絮凝剂的已糖胺多聚物部分,使其氧化而释放出氧,活性就消失。
絮凝活性也与细胞表面疏水性有关,处于对数生长后期的细胞,表面疏水性增强,其絮凝活性升高。
微生物絮凝剂综述摘要:微生物絮凝剂作为一种安全、高效、无二次污染的新型天然高分子絮凝剂,代表了水处理试剂的新的发展方向。
本文着重介绍了微生物絮凝剂的絮凝机理,进而对絮凝的一些影响因素进行了阐述;并且分析了在给水处理方面的应用及其开发研究的方向及前景。
关键词:微生物絮凝剂;絮凝机理;给水处理;开发前景;一、微生物絮凝剂的特点及絮凝机理微生物絮凝剂(MBF)是某些种类的微生物在特定培养条件下,其生长代谢至一定阶段产生的具有絮凝活性的代谢产物。
一般来说,微生物絮凝剂的生产是以单纯的碳水化合物为原料,经特殊微生物代谢,催化合成的具有絮凝功能的碳水化合物多聚物,是一种取之不尽的自然资源[1]。
1.1 微生物絮凝剂的特点微生物的絮凝作用最先由法国的 Louis Pas2teur 在 1876 年研究酵母菌 Levure casseeuse 时发现。
此后的研究发现能够产生絮凝剂的微生物种类很多 ,广泛分布于细菌、真菌和藻类中 ,有文献报道的絮凝微生物种类已达 50 多种[2] 。
按照来源不同 ,微生物絮凝剂主要可分为 3类[3] : ①直接利用微生物细胞的絮凝剂,如某些细菌、霉菌、放线菌和酵母;②利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂。
如丝状真菌的细胞壁含有一种重要的多糖———几丁质 ,几丁质经碱水解后产生带正电荷、高效无毒的脱乙酰几丁质 ,对许多微生物菌体及其他带负电荷的粒子有极强的絮凝能力。
目前用作絮凝剂的褐藻酸也是某些褐藻细胞壁的成分; ③利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂。
微生物细胞产生的具有絮凝活性的代谢产物有的储藏在细胞内作为内源代谢物 ,有的则分泌到细胞外或者粘附在菌细胞表面 ,或者脱离菌体 ,游离于发酵液中。
微生物细胞分泌到细胞外的代谢产物主要是细菌的荚膜和粘液质 ,除水分外 ,其主要成分为多糖及少量的多肽、蛋白质、脂类及其复合物 ,可用作絮凝剂的主要是多糖[4]。
目前国内外研究的微生物絮凝剂大多为游离于发酵液中的絮凝物质。
微生物絮凝剂絮凝机理的研究方法微生物絮凝剂絮凝机理的研究方法摘要:微生物絮凝剂作为一种新型的絮凝剂,具有环境友好、高效能的特点,已成为水处理领域的研究热点之一。
本文综述了微生物絮凝剂絮凝机理的研究方法,并介绍了当前常用的研究手段及其优缺点。
综合运用多种方法相结合,可以更全面地揭示微生物絮凝剂的絮凝机理,为进一步完善微生物絮凝剂的应用提供理论指导。
1. 引言水是人类生存和发展的重要基础资源,其质量的好坏直接关系到人类的生活和健康。
水的处理过程是除去水中污染物的主要手段之一。
而絮凝是水处理过程中的关键步骤之一。
常见的絮凝剂有无机絮凝剂和有机絮凝剂,但传统的絮凝剂存在着产生二次污染、效果不理想等问题。
而微生物絮凝剂作为新型的絮凝剂,具有环保、高效等特点,因此受到了广泛的关注。
2. 微生物絮凝剂絮凝机理的研究方法(1)形态学观察通过形态学观察是研究微生物絮凝剂絮凝机理的最直接方法之一。
可以借助扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)来观察絮凝剂的形态变化。
通过观察絮凝剂的形态特征,可以推测絮凝剂的絮凝机理。
(2)红外光谱分析红外光谱分析是研究微生物絮凝剂絮凝机理的常用手段之一。
利用红外光谱仪观察和分析微生物絮凝剂的红外光谱图像,可以鉴定和确定絮凝剂的成分和结构,从而揭示其絮凝机理。
通过红外光谱分析可以了解微生物絮凝剂所含有的官能团和基团等。
(3)X射线衍射分析利用X射线衍射仪观察、测量微生物絮凝剂的衍射求得的衍射谱,可以确定絮凝剂的晶体结构和晶格参数,进而得出絮凝剂的絮凝机理。
X射线衍射分析是结构表征的重要手段之一,通过该方法可以揭示微生物絮凝剂的物理结构信息。
(4)荧光光谱分析通过荧光光谱仪观察和分析微生物絮凝剂的荧光光谱图像,可以了解絮凝剂的组分和构成,同时也能够推测絮凝剂的絮凝机理。
荧光光谱分析是一种非常敏感的手段,可以通过荧光光谱图像判断微生物絮凝剂是否达到最佳絮凝状态。
(5)生物学方法利用细菌的生物学特性,研究微生物絮凝剂絮凝机理是一种常用的方法。
微生物絮凝剂的研究进展及应用现状微生物絮凝剂的研究进展及应用现状绪论微生物絮凝剂是一种能够促使悬浮液中微小悬浮颗粒结合成较大颗粒的生物产物。
由于其高效、环保、低成本等优点,近年来受到了科研工作者的广泛关注。
本文将从微生物絮凝剂的研究进展、应用现状以及未来的发展方向等方面进行分析和探讨。
一、微生物絮凝剂的研究进展1. 研究方法微生物絮凝剂的研究主要通过从自然环境中分离出具有絮凝能力的微生物菌株,并通过培养和筛选等方法获得原料菌株。
随着分子生物学和生物工程技术的快速发展,研究者们可以通过基因克隆和重组技术来改良和合成新的微生物絮凝剂,提高其絮凝效果和使用寿命。
2. 絮凝机理微生物絮凝剂的絮凝机理主要包括生物胶凝、表面吸附和胞外多糖等。
其中,生物胶凝是指微生物细胞通过分泌胶态物质使悬浮颗粒聚集在一起;表面吸附是指微生物细胞表面的特异性吸附作用,使悬浮颗粒结合在细胞表面上;胞外多糖是微生物细胞分泌的聚合物,能够与悬浮颗粒发生化学反应,形成较大的絮凝群。
二、微生物絮凝剂的应用现状1. 污水处理领域微生物絮凝剂在污水处理中具有较为广泛的应用。
通过加入微生物絮凝剂,可以促使悬浮颗粒聚集成大颗粒,便于沉淀或过滤,从而达到净化水质的目的。
此外,微生物絮凝剂还可以降低处理过程中的能耗和化学药剂的使用量,具有较好的环保效益。
2. 污泥脱水领域污泥脱水是污水处理过程中重要的一环。
微生物絮凝剂作为一种生物脱水剂,可以与污泥中的水分结合形成饼状物,在离心或压滤后将水分从污泥中分离出来。
相比于传统的化学脱水剂,微生物絮凝剂具有较低的成本和较好的环境友好性。
三、微生物絮凝剂的未来发展方向1. 结合纳米技术利用纳米技术来改善微生物絮凝剂的絮凝效果是未来的一个发展趋势。
通过调控微生物絮凝剂中纳米颗粒的形态和结构,可以提高絮凝效率和抗腐蚀性能,拓宽微生物絮凝剂的应用范围。
2. 基于遗传工程的改良通过遗传工程技术,可以改良微生物细胞内的絮凝相关基因,提高微生物絮凝剂的絮凝效果和稳定性。
《现代农业科技》2008年第18期随着工农业生产的规模不断扩大,人们对水资源的需求量和使用率不断增加,水资源供需矛盾日益加大。
为缓解矛盾、改善环境,水质净化和污水处理方面的技术开发已成为现今研究的热点。
在众多水处理的方法中,应用较广、成本较低的方法为絮凝沉淀法。
分析絮凝剂的使用现状可以看出:无机絮凝剂价格便宜,但对人类健康和生态环境会有不利影响;有机高分子絮凝剂具有用量少、絮凝能力强、絮体容易分离等优点,但其残余单体有致畸、致癌、致突变效应,因而应用范围受限;微生物絮凝剂安全高效,不存在二次污染,可生物降解,使用方便,应用前景广阔。
1概述微生物絮凝剂是一类由微生物或其分泌物产生的代谢产物,它是利用微生物技术,通过细菌、真菌等微生物发酵、提取、精制而得的,是具有生物分解性和安全性的高效、无毒、无二次污染的水处理剂。
微生物絮凝剂被广泛应用于畜产废水处理、染料废水的脱色、高浓度无机物悬浮液废水的处理、活性污泥沉降性能的改善、污泥脱水、浮化液的油水分离等方面。
2微生物絮凝剂产生的影响因素微生物絮凝剂产生菌生长条件的好坏直接影响其是否能制备絮凝剂,并牵连絮凝剂絮凝效果的优劣。
2.1培养基的组成(1)碳源和氮源。
碳源和氮源的种类对微生物絮凝剂的产生、产生量的多少起着重要的作用。
如:红平红球菌用乙醇作为碳源和葡萄糖加果糖作为碳源,絮凝活性的最大值一致;在各种受试氮源中以尿素和硫酸铵为最佳,采用氯化铵和硝酸铵也可刺激生长,但絮凝剂的产量较低[1]。
广泛产碱菌以果糖为碳源培养的絮凝剂的产量超过其他所有受试碳源。
寄生曲霉产生絮凝剂的最佳氮源为硝酸钠[2]。
碳氮比对菌体生长和絮凝剂的合成均有较大影响。
若絮凝活性物质主要成分为多糖,微生物在生长及分泌絮凝剂过程中碳源的影响大于氮源;反之,絮凝活性物质主要成分为蛋白质类,氮源的种类和数量的改变对絮凝活性的影响。
(2)其他物质。
在培养基中加入微量生长因子,如络蛋白氨基酸、蛋白陈、酵母膏、络蛋白、丙氨酸和谷氨酸等,可以促进絮凝剂的产生。
无机盐Ca2+、Fe2+、Mn2+、Ba2+的添加对絮凝剂的产生也有一定的影响,且因产生菌的不同而差异显著。
EDTA、苹果酸、柠檬酸、多聚赖氨酸、小牛血清蛋白等对微生物絮凝剂的形成也有不同的影响。
2.2pH值一般来说,初始pH值过高或过低都不利于絮凝剂的产生。
细菌和放线菌在中性或偏碱性环境下,有利于产生絮凝剂,而酵母菌和霉菌在偏酸性条件下易于生长。
在发酵过程中,培养液的酸碱会发生变化,pH值是一个动态变化的过程,其特点是先下降后上升,然后稳定。
2.3温度温度是影响微生物生长代谢与存活的重要因素之一。
当微生物处于最适生长温度时,有刺激生长的作用。
温度太低,可以导致微生物的形态和代谢的改变温度太高,使微生物的蛋白质凝固变性而死亡。
不同絮凝剂产生菌对培养温度需求有不同。
产生絮凝剂的最佳温度在25~35℃之间。
2.4通气量好氧微生物充分供氧才能快速生长,提高絮凝剂的产率。
微生物不同培养时期对通气量的要求不同。
王镇等研究发现培养初期增加通气量可阻止菌体絮凝成较大的凝集体,有利于产生絮凝剂,而培养后期减少通气量有利于多糖类絮凝剂的产生[3]。
程金平等人研究Dfjm-1早中后各时期发现最适通气量分别为:250r/min、150r/min、100 ̄150r/min。
也有报道菌产絮凝剂的能力不受通气量的影响[4]。
2.5接种量不同的接种量不仅影响细胞的生长还会影响絮凝剂的生成。
白京生等研究发现接种量小时培养初期菌体增殖速度不快,随着培养基的更换,有活性较高的新菌体产生,可较长期维持絮凝活性;当接种量较大,初期菌体生长过快,被载体吸附后表面无剩余空间随着培养基的更换而流失,老菌丝活性下降,最终使产絮凝剂水平下降[5]。
2.6培养时间通常在菌体生长对数期结束时,絮凝剂的活性达到最大值。
HaruhikoYokol的研究表明生物量与絮凝剂活性在培养40h后同时达到最大值,继续培养菌体量和絮凝剂活性又同步下降[6]。
何宁等人同样发现培养后期的絮凝活性下降[7]。
推测可能在后期由于缺少营养物质,絮凝剂作为一种营养物质被菌体吸收,或由微生物自身分泌酶降解了絮凝活性物质。
微生物絮凝剂产生及絮凝特性影响因素的研究徐长绘1,2张大明3周洪荣1,2(1苏州大学,江苏苏州215006;2山东丝绸纺织职业学院;3山东新华制药集团)摘要系统的阐述了微生物絮凝剂培养基的组成、pH值、温度、通气量、接种量、培养时间等因素对微生物絮凝剂产生的影响,以及絮凝剂的分子质量、投加剂量、pH值、温度、金属离子等对微生物絮凝剂絮凝特性的影响。
关键词微生物絮凝剂;微生物絮凝剂产生菌;影响因素;絮凝特性中图分类号Q939.9文献标识码A文章编号1007-5739(2008)18-0330-02收稿日期2008-07-20工作研究330《现代农业科技》2008年第18期(上接第329页)的一条新途径,土地整理不仅仅是“三农”主要工作,也是我国经济和社会发展的一项战略性措施,对此,我们必须要有清醒的认识。
在过去的土地政策宣传和执法工作中,邹平县国土资源局根据本县的实际情况,从多个方面构建保障机制,加强耕地保护,在“做好土地宣传工作,促进和谐国土建设”的原则基础上,将土地宣传工作向纵深拓展,不断延伸宣传链条,采取四个“改变”,做足土地宣传这篇文章:一是改“只对土地政策宣传”为“宣传土地政策与提高队伍素质兼顾”;二是改“对点”为“点面兼顾”;三是改“注重对群众宣传”为“干群兼顾”;四是改“集中宣传”为“与日常宣传结合”。
邹平县从2006年6月开始,在全县广泛开展了以“空心村”、砖瓦窑场和工矿废弃地治理为内容的“三项治理”活动,至目前全县累计整治767hm2土地,新增土地413hm2。
事实证明这四个“改变”是行之有效的。
就目前邹平县的具体情况,仍要重点抓好以下两个方面的工作:一是对社会的宣传。
不但土地管理部门要大力宣传,农业、水利、城建以及新闻宣传单位,也应加强这方面的宣传,在全县造就一种社会舆论氛围,形成全社会的一种共识。
二是对领导干部的宣传,特别是对县乡一级领导的宣传。
根据邹平县的实际情况,对基层国土资源管理人员和县乡一级领导开办各种形式的培训班、座谈会、讲座等,进行政策、法律法规、技术等方面的学习,增强其对土地开发整理、实现土地动态平衡重要性的认识,激发各级领导的时代感、紧迫感和责任感,从而认真抓好这方面的工作。
总之,面对新的形势,国土资源管理部门和基层管理工作者要立足在现有耕地外寻找出路,加快土地整理、土地复垦步伐,进一步增加补充耕地的数量,为经济快速发展的用地需求创造一个较为宽松的环境,从而更好地为经济建设这个中心服务。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2.7其他因素混合培养基中不同微生物之间的相互作用是对细胞聚集和分泌MBF起积极作用而这些菌种单独存在时都不能产生絮凝剂。
值得注意的是,遗传因素是影响微生物絮凝剂的产率的内在决定性因素。
3微生物絮凝剂絮凝特性的影响因素废水处理的程度取决于微生物絮凝剂的絮凝特性,而影响其絮凝特性的因素很多,只有掌握其规律才能更好地被利用。
3.1分子质量、分子结构与形状絮凝剂分子量大小对其絮凝效果的影响很大。
分子量越大絮凝活性越高,分子量小絮凝活性明显下降。
一般线性结构的大分子絮凝剂的絮凝效果较好,而交链或支链结构的分子结构,其絮凝效果就差[8]。
3.2投加剂量絮凝剂本身作为一个“聚电解质”,是在适当的浓度下降低胶体离子之间的静电斥力并在胶体之间发生吸附、架桥作用而絮凝沉降。
因此,投加剂量过多或过少,絮凝效果均会下降。
如PseudomonasspA-99分泌的絮凝剂的最佳投入量为20mg/L,投入量增大至100mg/L后无絮凝效果[6]。
每一种絮凝剂都有一个最佳投加剂量。
有研究表明,投加剂量的最佳值约是固体颗粒表面吸附大分子化合物达到1/2饱和时的吸附量,此时架桥几率最大。
3.3温度温度的影响与微生物絮凝剂的构成物质有关。
絮凝物质结构上含有蛋白质或肽链的絮凝剂一般都是热不稳定的,高温可使这些高分子物质空间结构改变,导致变性,从而使絮凝活性下降。
如S-1生产的含蛋白质的絮凝剂在100℃下加热1s后活性下降50%[3]。
而由糖类构成的絮凝剂则是热稳定的,对温度不敏感,活性不随温度的改变而改变,或改变较少。
如肖琳等人所分离得到的微生物絮凝剂在100℃经90min处理后对高岭土的去除率不变,其主要成分为酸性多糖。
3.4pH值pH值直接影响着絮凝剂大分子和胶体颗粒的表面电荷、带电状态及中和电荷的能力,从而影响着它们之间的靠近和吸附行为,所以微生物絮凝剂的活性随pH值的变化而变化。
在一定的pH值范围内,微生物絮凝剂表现出良好的絮凝活性。
如REA-11在pH值3.0~6.0的条件下能保持80%絮凝活性,但在强酸或强碱条件下,絮凝活性迅速下降[9]。
3.5金属离子适当浓度的金属离子可以促进微生物絮凝剂分子与悬浮颗粒以离子键结合,从而提高絮凝活性。
但其浓度不能过高,否则由于大量离子占据了絮凝剂分子的活性位置,使其与悬浮颗粒隔开而抑制絮凝。
不同的絮凝剂适合的离子种类有所差异。
阳离子的影响,特别是Ca2+促进作用的报道很多,研究者发现Ca2+能增加了悬浮颗粒对大分子的吸附量,保护絮凝剂不受降解酶影响。
也有报道认为盐的加入会降低絮凝活性。
目前研究较多的金属离子有Ca2+、Mg2+、Mn2+、Al3+、Fe3+等。
4参考文献[1]TAKAGIH.FlocculantsProductionbyPeacilomyces.spTaxonomicStudiesandCultureConditionsforProduction[J].Agric.biol.chem,1985,49(11):3151-3159.[2]张通,卢文玉,田春.絮凝剂产生菌培养基的研究[J].应用与环境生物学报,2003,9(1):67-70.[3]王镇,王孔星,谢裕敏,等.几株絮凝剂产生菌的特性研究[J].微生物学报,1995,35(2):121-129.[4]程金平,郑敏,张兰英,等.影响微生物絮凝剂产生的因素研究[J].环境科学与技术,2001,95(3):28-31.[5]白京生,王兰.利用固定化菌半连续生产微生物絮凝剂的研究[J].微生物学杂志,2006,26(4):16-19.[6]HARUHIKOYOKOI.Biopolymerflocculantsproducedbyanpseudomonassp.[J].Biotechnologytechniques,1998,12(7):511-514.[7]何宁,李寅,陆茂林.营养和环境条件对生物絮凝剂合成的影响[J].应用与环境生物学报,2001,7(5):483-488.[8]陈宗琪.胶体化学[M].北京:高等教育出版社,1984.[9]何宁,李寅,陈坚.蛋白聚糖类生物絮凝剂REA-11发酵和絮凝条件[J].过程工程学报,2001,2(1):63-66.工作研究331。