一种微生物絮凝剂的制备及在给水处理中的应用研究

杨劲峰，夏 慧，杨 靖

（信阳市环境监测站，河南 信阳464000）

1 引言

微生物絮凝剂是由微生物产生的可使液体中不易沉降的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体颗粒等凝聚沉降的特殊高分子物质，具有高效、无毒、可生物降解等特点[1]。本研究对一种微生物絮凝剂进行提取及成分分析，将絮凝剂应用于淮河水的絮凝试验。

2 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 试验菌种

试验所用微生物絮凝剂产生菌从郑州市五龙口污水处理厂活性污泥中分离获得[2]，所产微生物絮凝剂命名为M－7。

2.1.2 培养基

玉米淀粉废水1L，蔗糖2g，0.2g（NH4）2SO4，pH值7.0，0.1MPa、121℃灭菌20min。

2.1.3 M－7的制备

将菌种接入培养基中，30℃、150r/min摇床培养48h，粘稠的发酵液于6000r/min离心30min，去除下层菌体和杂物[3]；上清液浓缩至一半体积，再加入预冷的3倍体积的冰乙醇，充分混匀后4℃静置20h，10000r/min离心15min[4]，沉淀用蒸馏水溶解，静置10h后10000r/min离心20min以去除不溶物。重复用冰乙醇洗涤2次，用乙醚洗涤1次，沉淀物用少量蒸馏水溶解，冷冻干燥后即得到M－7产品。

2.1.4 M－7的组成分析

将M－7配制成1g/L的水溶液，分别进行Molish反应[5]、Fehling反 应[6]、双 缩 脲 反 应[7]、碘 － 碘 化 钾 反应[7]、茚三酮反应[7]等显色反应，确定 M－7的主要组成成分；采用溴化钾压片法，用红外分光光度计在4000～450cm－1区间扫描，测定M－7所带有的特征基团。

2.1.5 试验用水水质

试验用水为郑州市某沉沙池经初步沉淀的低浊度淮河水，主要水质指标见表1。

表1 原水水质指标

2.2 方法

2.2.1 絮凝试验方法

在150mL烧杯中加入100mL原水和2mL微生物絮凝剂，以200r/min搅拌1min，再以60r/min搅拌5min，静置30min，用吸管在50mL高度处取样测浊度[8]。

2.2.2 浊度的测定方法

（1）硅藻土浊度标准液的配制。称取10g硅藻土，按照ISO7027－1984《水质—浓度的测定》配制成浊度为250NTU的硅藻土浊度标准液。

（2）浊度标准曲线的制作。取13个250mL容量瓶，分别加入0～120mL 250NTU的浊度标准储备液，用去离子水定容后摇匀。以去离子水作参比，用722型分光光度计在340nm波长处测定吸光度，所得结果见图1。

图1 浊度标准曲线

（3）浊度的计算。样品液在波长340nm处（此波长下天然水中存在的淡黄色或淡绿色对测定无干扰）用722型分光光度计测定吸光度值，浊度及浊度去除率由公式（1）及（2）表示。

其中，A为样品在340nm处的吸光度值；m为不加絮凝剂的样品的浊度值；n为加入絮凝剂的样品的浊度值。

3 结果与讨论

3.1 M－7的成分分析

3.1.1 显色反应试验结果

由表2中的反应现象，可以确定M－7中不含蛋白质、核酸及还原糖，含有单糖或多糖。

表2 显色反应

3.1.2 红外扫描分析

由图2可以看出，该红外光谱图具有多糖的特征。3700～3100cm－1有一个强且宽的吸收峰，波峰在3382cm－1处，为多缔合体的O－H伸缩振动峰；3000～2900cm－1最大吸收峰在2930cm－1附近，峰较强，为饱和C－H伸缩振动的信号；1720～1600cm－1最大吸收峰在1637cm－1附近，为单一峰，无其他吸收，是由C＝C伸缩振动引起的；1456cm－1处为伯碳上C－H变形振动引起的；1410～1260cm－1最大吸收在1369cm－1附近，由叔碳上的C－H变形振动和O－H振动引起；1170～1150cm－1最大吸收峰出现在1155cm－1处，由吡喃型糖苷键C－O－C的非对称振动引起；1100～1000cm－1最大吸收峰在1080cm－1和1020cm－1附近，是由饱和CO振动引起的；910～650cm－1无强的特征吸收峰，说明样品中不含芳环结构。

图2 M－7的红外光谱

3.2 M－7投加量对出水浊度的影响

称取0.1g M－7，溶于100mL蒸馏水中，配制成1.0g/L的溶液。在100mL原水中分别添加0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mL M－7溶液，通过对浊度的测定，确定最佳的絮凝剂投加量。试验结果如图3所示。当M－7投加量为0.4～1.0mL时，出水浊度值较低，其中，投加量在0.6mL时的出水浊度值为2.90NTU，符合《生活饮用水水源水质标准》的规定。当投加量为1.0mL时，出水浊度反而上升到5.51NTU，这是因为M－7溶液本身为白色，过多的加入干扰了测定的结果，使得出水浊度值上升。因此，从节约成本及出水水质两方面考虑，选择 M－7的投加量为0.6mL/100mL。

3.3 水力条件对浊度去除的影响

3.3.1 搅拌时间

图3 M－7投加量对出水浊度的影响

在100mL原水中加入0.6mL M－7溶液，先以200r/min搅拌1min，再以60r/min分别搅拌0、1、2、3、4、5、6min，静置30min后，测定出水浊度值。图4显示，随着慢速搅拌时间的延长，出水浊度值逐渐下降，3min时浊度值趋于稳定，因此，搅拌时间选择为快速搅拌1min，慢速搅拌3min，在此条件下，浊度值达到2.65 NTU，浊度去除率达93.88%。

图4 搅拌时间对出水浊度的影响

图5 静置时间对出水浊度的影响

3.3.2 静置时间

在100mL原水中加入0.6mL M－7溶液，先以200r/min搅拌1min，再以60r/min搅拌3min，再静置不同的时间，测定各时间点时的出水浊度值。由图5可以看出，在0～15min之间，絮凝体系中的絮团由小到大，沉降速度快，出水浊度值下降速度快；而在15～20min之间，浊度值下降速度明显减缓；20～60min之间，絮凝体系变得澄清，浊度值均低于3.0NTU，且基本保持不变。因此，最佳静置时间确定为20min。

4 结语

（1）从活性污泥中筛选得到的微生物絮凝剂产生菌能够利用玉米淀粉废水作为培养基生产微生物絮凝剂，初步纯化的絮凝剂命名为M－7。对M－7进行组成分析，结果表明 M－7不含蛋白质、核酸，含有单糖或多糖。

（2）将M－7应用于淮河水的絮凝试验。结果表明M－7最佳投加量6mg/L，在200r/min搅拌1min，60r/min搅拌3min，静置20min的条件下，M－7对原水的浊度去除率达到93.89%。

[1]江 锋，黄晓武，胡勇有.胞外生物高聚物絮凝剂的研究进展[J].给水排水，2002，28（8）：83～89.

[2]赵继红，刘从彬，李 佳.高活性微生物絮凝剂产生菌的筛选与培养条件研究[J].河南大学学报：自然科学版，2008，38（7）：393～396.

[3]阮国瑞，范子文，张雪萍.细菌荚膜多糖的纯化、分析及免疫原性的研究现状[J].南京铁道医学院学报，1997，16（3）：216～218.

[4]Wang Shuguang，Gong Wenxin，Liu Xianwei.Production of a novel bioflocculant by culture of Klebsiella mobilis using dairy wastewater[J].Biochemical Engineering Journal，2007（36）：81～86.

[5]周存山，马海乐.条斑紫菜多糖的含量测定及其部分理化性质研究[J].食品科学，2006，27（2）：38～42.

[6]强亦忠，王崇道，邵 源.海藻硫酸多糖的制备及其性质研究[J].苏州大学学报：医学版，2003，23（4）：391～393.

[7]陈钧辉，陶 力，李 俊，等.生物化学试验[M].3版.北京：科学出版社，2003.

[8]李红兰，尚贞晓.微生物絮凝剂B－16在给水处理中的应用研究[J].净水技术，2008，27（1）：26～28.