生物絮凝剂的制备及应用研究

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絮凝剂广泛应用于各种工业领域,包括纺织加工、污水处理、制药以及相关的发酵过程。传统絮凝剂的价格相对低廉,絮凝效率高,但是它们长期使用会对环境和人体健康存在威胁。相对于传统絮凝剂,生物絮凝剂有无毒、生物相容性、生物可降解和环境友好等优点。由于生物絮凝剂巨大的优势,促使它成为一种在污水处理中替代传统絮凝剂的良好选择,国内外对它在技术和工业应用方面产生了越来越大的兴趣。本论文围绕高产生物絮凝剂菌株的筛选、发酵工艺参数优化、絮凝机理探讨和廉价培养基的筛选展开实验,主要结果如下:  (1)从自然界和实验室菌种库筛选菌种,以高岭土悬液作为处理对象,获得絮凝活性为93.1%的B16菌。根据其形态特征和分子结果,鉴定该菌株为Klebsiella sp.。另外,研究证明絮凝活性成分主要分布于发酵上清液。  (2)絮凝活性分析结果显示,絮凝剂MBF-B6主要分布于上清液。为提高生物絮凝剂的产量,优化了发酵工艺参数,结果如下:葡萄糖10g/L,(NH4)2SO41g/L,C/N比10∶1,K2HPO45g/L,KH2PO42g/L,MgSO40.5g/L,培养温度32.8℃,初始pH7.68,培养时间36h,在此条件下产量达到5.25g/L。  (3)对生物絮凝剂进行纯化和成分分析,得到生物絮凝剂主要由多糖(68.1%)和蛋白质(8.4%)组成;多糖由中性糖(62.1%)和糖醛酸(4.8%)组成,中性糖只包括半乳糖。傅立叶红外分析结果表明,生物絮凝剂由-OH,-COO-,-NH2,-CONH-等基团组成。采用生物絮凝剂和化学絮凝剂组合去除高浊度饮用水中的悬浮颗粒,化学絮凝剂的使用量减少58-72%,使饮用水更加安全。扫描电镜结果证明,电中和作用和架桥作用是主要的絮凝机理,与此同时网捕和卷扫作用也参与了絮凝过程。  (4)为减少生产成本,选用廉价的玉米酒精废水作为底物生产生物絮凝剂。对廉价培养基的发酵工艺参数进行优化后,结果为:玉米酒精废水50mL/L,K2HPO43.57g/L,KH2PO41.43g/L,MgSO40.2g/L,NaCl0.1g/L,30℃培养48h,此时生物絮凝剂的产量为3.08g/L。化学分析的结果显示,生物絮凝剂主要由81.8%多糖和15.9%蛋白质组成。水解产物分析结果显示多糖组成为28.92%中性糖,4.04%氨基糖和11.69%糖醛酸组成。中性糖由三种成分组成,分别为葡萄糖,甘露糖和乳糖,摩尔比是4.1∶1.5∶1.9。Langmuir模型比Freundlich模型更加适合描述生物絮凝剂和高岭土的吸附过程。红外分析结果表明生物絮凝剂分子链有-NH2,-OH和-COO-等功能基团。电中和作用和架桥作用是主要的絮凝机理,且网补和卷扫作用也参与了絮凝过程。另外,以玉米酒精废水为底物的生物絮凝剂对染料废水具有很好的处理效果。
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