CN102628066A - 微生物絮凝剂的制备方法和应用 - Google Patents

微生物絮凝剂的制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种微生物絮凝剂的制备方法，步骤包括：将枯草芽孢杆菌进行有氧扩大培养，将发酵液过滤，上清液减压蒸发浓缩，得到发酵浓缩液，提取并干燥，得到微生物絮凝剂；或将滤饼用海藻酸钠和聚乙烯醇固定化，制得固定化的微生物絮凝剂。微生物絮凝剂对地下岩溶水的矿化度絮凝率达到36.92％左右，硬度絮凝率最大可达80.44％左右；固定化微生物絮凝剂对地下岩溶水的矿化度絮凝率达到42％左右，硬度絮凝率最大可达81％左右。本发明絮凝剂制备工艺简单、适合大规模生产，其制备的微生物絮凝剂絮凝活性高、无二次污染。

Description

微生物絮凝剂的制备方法和应用
技术领域
本发明涉及微生物絮凝剂，具体属于一种微生物絮凝剂及其制备方法，以及微生物絮凝剂在水处理中的应用。
背景技术
目前，软化水质的常用技术主要是反渗透除盐和投加絮凝剂软化技术两大类。其中，反渗透处理水工艺的要求高、耗能大、成本高，但绿色环保，无污染。因此，要实现规模化、自动化还需一定的努力。投加絮凝剂软化水质是最常用到的水处理工艺，其具有操作简单、处理时间短、处理成本低廉等优点，适宜大范围使用操作。现今使用的絮凝剂，从其来源及性质上可分为无机絮凝剂、人工合成高分子絮凝剂和天然生物高分子絮凝剂。无机絮凝剂主要有铁系(氯化铁、硫酸铁及其多聚物)和铝系(如氯化铝、硫酸铝及其多聚物)。铝盐具有毒性，会影响人类健康，如诱发老年痴呆症；铁盐会造成处理水中带颜色，如高浓度的铁也会对人类健康和生态环境产生不利影响。人工合成高分子絮凝剂，如聚丙烯酰胺衍生物、聚乙烯亚胺、聚乙烯嘧啶等，在自然界中不易被降解，易造成二次污染，而且其单体有“三致”效应(致畸、致癌、致突变)。因此，这些絮凝剂的应用受到很大限制。而微生物絮凝剂效果好，无二次污染，易获取，但现今微生物絮凝剂主要用于处理有机废水中的重金属离子、氨氮及有机废物等，但在水质软化这一方面还未见有进一步的研究及报导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微生物絮凝剂的制备方法，该方法得到的微生物絮凝剂具有絮凝活性高，可应用于高矿化度、高硬度地下岩溶水的处理。
本发明提供的一种微生物絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将枯草芽孢杆菌种子培养液按3-8％的接种量，接种在液体培养基中，在28-30℃及转速为100-200r/min下进行有氧发酵2-4天，得发酵液；
(2)将发酵液过滤，得到发酵上清液和滤饼；
(3)用蒸馏水洗涤滤饼，回收洗涤液与发酵上清液合并，控制温度45-53℃，减压蒸发浓缩至1/10-1/4体积，得到发酵浓缩液，调pH值为3-5，然后于4℃环境下冷却静置4-12h，加入发酵浓缩液体积1-3倍的冷却乙醚，混匀，离心，在温度50-60℃下干燥，得到微生物絮凝剂。
所述的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)为常规菌种，属于益生菌，其种子的培养过程按常规液体好氧法培养得到枯草芽孢杆菌种子培养液。
所述的液体培养基成分为：葡萄糖10-20g，磷酸氢二钾2-5g，磷酸二氢钾1-2g，氯化钠0.05-0.15g，硫酸氨0.2g，脲0.3-1g，酵母浸膏0.3-1.5g，硫酸镁0.05-0.2g，蒸馏水1000mL。
所述的减压蒸发浓缩时温度需控制在45-53℃，温度过高，絮凝活性失活，反之，不好浓缩，浪费能源；所述的于4℃环境下冷却静置4-12h，使浓缩液充分冷却沉降；所述的加入发酵液体积1-3倍的乙醚，乙醚也需4℃环境下冷却，加入发酵液后充分混匀，并在转速为800-1000r/min离心；所述的微生物絮凝剂其主要成分为蛋白质、多糖及少量核酸和其他物质，其中：蛋白质对絮凝其主要作用，多糖辅助作用。
本发明提供的一种微生物絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将枯草芽孢杆菌种子培养液按3-8％的接种量，接种在液体培养基中，在28-30℃及转速为100-200r/min下进行有氧发酵2-4天，得发酵液；
(2)将发酵液过滤，得滤饼；
(3)将滤饼加入按质量浓度配制含海藻酸钠(SA)0.5％-3％和聚乙烯醇(PVA)0.5％-3％的水溶液中，使滤饼占总溶液质量的2％-8％，搅拌均匀，然后滴加到预先配制好的0.05-0.15mol/L的CaCl2溶液中，静置4-8h，抽滤、洗涤，制得固定化的微生物絮凝剂，置于4℃环境下保藏备用。
所述的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)为常规菌种，属于益生菌，其种子的培养过程按常规液体好氧法培养得到枯草芽孢杆菌种子培养液。
所述的液体培养基成分为：葡萄糖10-20g，磷酸氢二钾2-5g，磷酸二氢钾1-2g，氯化钠0.05-0.15g，硫酸氨0.2g，脲0.3-1g，酵母浸膏0.3-1.5g，硫酸镁0.05-0.2g，蒸馏水1000mL。
本发明微生物絮凝剂和固定化微生物絮凝剂可用于处理高矿化度、高硬度地下岩溶水。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明微生物絮凝剂和固定化微生物絮凝剂处理水具有良好的絮凝效果，具有絮凝活性高、用量少、无污染等优点。经实验证明：微生物絮凝剂对地下岩溶水的矿化度絮凝率达到36.92％左右，硬度絮凝率最大可达80.44％左右，微生物絮凝剂其主要成分为蛋白质、多糖及少量核酸和其他物质，其中：蛋白质对絮凝其主要作用，多糖辅助作用。固定化微生物絮凝剂对地下岩溶水的矿化度絮凝率达到42％左右，硬度絮凝率最大可达81％左右。
本发明絮凝剂制备工艺简单、适合大规模生产，其制备的微生物絮凝剂絮凝活性高、无二次污染。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种微生物絮凝剂的制备方法，该方法得到的微生物絮凝剂具有絮凝活性高，可应用于高矿化度、高硬度地下岩溶水的处理。
实施例1
液体培养基成分为：葡萄糖10g，磷酸氢二钾2g，磷酸二氢钾1g，氯化钠0.05g，硫酸氨0.2g，脲1g，酵母浸膏1g，硫酸镁0.2g，蒸馏水1000mL。
(1)将枯草芽孢杆菌种子培养液30mL接种量接入1000mL液体培养基中，在30℃及100r/min转速下进行液体有氧发酵，培养3天，获得含微生物絮凝剂的发酵液；
(2)将发酵液放罐过滤，得到发酵上清液和滤饼；
(3)蒸馏水洗涤滤饼，回收洗涤液与发酵上清液合并得1000mL，控制温度为50℃，减压蒸发浓缩至100mL，将得到发酵浓缩液调pH值为3，然后于4℃环境下冷却静置10h，加入200mL的冷却乙醚，混匀，1000r/min转速下离心，60℃下干燥，制得微生物絮凝剂。微生物絮凝剂其主要成分为35.47％蛋白质、39.54％多糖及少量核酸和其他物质。
将0.1g微生物絮凝剂投加入50mL岩溶水中搅拌时间为1h，运用火焰原子吸收法和电导仪法分别测定太原市地下岩溶水处理前后的硬度和矿化度：太原市地下岩溶水的硬度由3044mg/L降为593mg/L，絮凝率达80.44％；矿化度由3643mg/L降为2291mg/L，絮凝率达36.92％。
实施例2
液体培养基成分为：葡萄糖10g，磷酸氢二钾2g，磷酸二氢钾1g，氯化钠0.05g，硫酸氨0.2g，脲1g，酵母浸膏1g，硫酸镁0.2g，蒸馏水1000mL。
(1)(2)同实施例1
(3)取(2)中所得滤饼2g投入含2g海藻酸钠(SA)和2g聚乙烯醇(PVA)的100mL蒸馏水中，搅拌均匀，装入15mL注射器并滴加入预先配好的0.1mol/L的CaCl2溶液中，静置4h，抽滤、洗涤，制成固定化微生物絮凝剂并置于4℃环境下沙保培养基保藏备用。观测可知，固定化剂成球性好，固定化小球大小均一，直径约为4mm，机械性能强达到2.5kg，反复利用三次后仍可保持矿化度絮凝率达34％和硬度絮凝率达72％。
取0.2g制备的固定化微生物絮凝剂加入200mL太原市地下岩溶水中(硬度为3044mg/L，矿化度为3643mg/L)，在室温及转速为750r/min条件下搅拌90min，过滤，用火焰原子吸收仪法测定岩溶水硬度，硬度降低为575mg/L；用电导仪法测定矿化度，矿化度降为2055mg/L。
实施例3
液体培养基成分为：葡萄糖15g，磷酸氢二钾4g，磷酸二氢钾1.5g，氯化钠0.1g，硫酸氨0.2g，脲0.8g，酵母浸膏1g，硫酸镁0.1g，蒸馏水1000mL。
(1)将枯草芽孢杆菌种子培养液50mL接入1000mL液体培养基中，在29℃及转速为120r/min下进行液体有氧发酵，培养4天，获得含微生物絮凝剂的发酵液；
(2)将发酵液放罐过滤，得到发酵上清液和滤饼；
(3)用蒸馏水洗涤滤饼，回收洗涤液与发酵上清液合并得1000mL，控制温度35℃，减压蒸发浓缩至250mL，得到发酵浓缩液，调pH值为4，然后于4℃环境下冷却静置4h，加入750mL的冷却乙醚，混匀，800r/min转速下离心，在60℃下干燥，制得微生物絮凝剂。微生物絮凝剂其主要成分为35.47％蛋白质、39.54％多糖及少量核酸和其他物质。
将0.1g微生物絮凝剂投加入50mL岩溶水中在转速为750r/min下搅拌1h，运用火焰原子吸收法和电导仪法分别测定太原市地下岩溶水处理前后的硬度和矿化度：太原市地下岩溶水的硬度由3044mg/L降为593mg/L，絮凝率达80.44％；矿化度由3643mg/L降为2291mg/L，絮凝率达36.92％。
实施例4
液体培养基成分为：葡萄糖15g，磷酸氢二钾4g，磷酸二氢钾1.5g，氯化钠0.1g，硫酸氨0.2g，脲0.8g，酵母浸膏1g，硫酸镁0.1g，蒸馏水1000mL。
(1)(2)同实施例3
(3)取(2)中所得滤饼8g加入分别含3g海藻酸钠(SA)和0.5g聚乙烯醇(PVA)的100mL蒸馏水溶液中，搅拌均匀后，装入15mL注射器并滴加入预先配好的0.15mol/L的CaCl2溶液中，静置3h，抽滤、洗涤，制成微生物絮凝剂并置于4℃环境下沙保培养基保藏备用。观测可知，固定化剂成球性好，固定化小球大小均一，直径约为4mm，机械性能强达到2.5kg，反复利用三次后仍可保持矿化度絮凝率达34％和硬度絮凝率达72％。
取0.8g固定化微生物絮凝剂投加入200mL太原市地下岩溶水中(硬度为3044mg/L和矿化度为3643mg/L)，在室温及750r/min转速下搅拌60min，过滤，用火焰原子吸收仪法测定岩溶水硬度，硬度降低为569mg/L；用电导仪法测定矿化度，矿化度降为1976mg/L。
实施例5
液体培养基成分为：葡萄糖20g，磷酸氢二钾5g，磷酸二氢钾1g，氯化钠0.05g，硫酸氨0.2g，脲0.3g，酵母浸膏1.5g，硫酸镁0.05g，蒸馏水1000mL。
(1)将枯草芽孢杆菌种子培养液80mL接入1000mL液体培养基中，在29℃及转速200r/min下进行液体有氧发酵，培养4天，获得含微生物絮凝剂的发酵液；
(2)将发酵液放罐过滤，得到发酵上清液和滤饼；
(3)用蒸馏水洗涤滤饼，回收洗涤液与发酵上清液合并得1000mL，控制温度53℃，减压蒸发浓缩至200mL，得到发酵浓缩液，调pH值为4，然后于4℃环境下冷却静置4h，加入600mL的冷却乙醚，混匀，900r/min转速下离心，并在温度60℃下干燥，制成微生物絮凝剂。微生物絮凝剂其主要成分为35.47％蛋白质、39.54％多糖及少量核酸和其他物质。
将0.1g微生物絮凝剂投加入50mL岩溶水中在750r/min转速下搅拌1h，运用火焰原子吸收法和电导仪法分别测定太原市地下岩溶水处理前后的硬度和矿化度：太原市地下岩溶水的硬度由3044mg/L降为593mg/L，絮凝率达80.44％；矿化度由3643mg/L降为2291mg/L，絮凝率达36.92％。
实施例6
液体培养基成分为：葡萄糖20g，磷酸氢二钾5g，磷酸二氢钾1g，氯化钠0.05g，硫酸氨0.2g，脲0.3g，酵母浸膏1.5g，硫酸镁0.05g，蒸馏水1000mL。
(1)(2)同实施例5
(3)取(2)中所得滤饼6g加入中含2g海藻酸钠(SA)和3g聚乙烯醇(PVA)的100mL蒸馏水溶液中，搅拌均匀，装入15mL注射器并滴加入预先配好的的0.1mol/L的CaCl2溶液中，静置5h，抽滤、洗涤，制成固定化微生物絮凝剂并于4℃环境下沙保培养基保藏备用。观测可知，固定化剂成球性好，固定化小球大小均一，直径约为4mm，机械性能强达到2.5kg，反复利用三次后仍可保持矿化度絮凝率达36％和硬度絮凝率达71％。
取0.2g固定化微生物絮凝剂加入200mL太原市地下岩溶水中(硬度为3044mg/L和矿化度为3643mg/L)，在室温及750r/min转速下搅拌60min，过滤，用火焰原子吸收仪法测定岩溶水硬度，硬度降低为561mg/L；用电导仪法测定矿化度，矿化度降为2116mg/L。

Claims (4)

1.一种微生物絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将枯草芽孢杆菌种子培养液按3-8％的接种量，接种在液体培养基中，在28-30℃及转速为100-200r/min下进行有氧发酵2-4天，得发酵液；
(2)将发酵液过滤，得到发酵上清液和滤饼；
(3)用蒸馏水洗涤滤饼，回收洗涤液与发酵上清液合并，控制温度45-53℃，减压蒸发浓缩至1/10-1/4体积，得到发酵浓缩液，调pH值为3-5，然后于4℃环境下冷却静置4-12h，加入发酵浓缩液体积1-3倍的冷却乙醚，混匀，离心，在温度50-60℃下干燥，得到微生物絮凝剂。
2.一种微生物絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将枯草芽孢杆菌种子培养液按3-8％的接种量，接种在液体培养基中，在28-30℃及转速为100-200r/min下进行有氧发酵2-4天，得发酵液；
(2)将发酵液过滤，得滤饼；
(3)将滤饼加入按质量浓度配制含海藻酸钠(SA)0.5％-3％和聚乙烯醇(PVA)0.5％-3％的水溶液中，使滤饼占总溶液质量的2％-8％，搅拌均匀，然后滴加到预先配制好的0.05-0.15mol/L的CaCl2溶液中，静置4-8h，抽滤、洗涤，制得固定化的微生物絮凝剂，置于4℃环境下保藏备用。
3.如权利要求1或2所述的一种微生物絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述的液体培养基成分为：葡萄糖10-20g，磷酸氢二钾2-5g，磷酸二氢钾1-2g，氯化钠0.05-0.15g，硫酸氨0.2g，脲0.3-1g，酵母浸膏0.3-1.5g，硫酸镁0.05-0.2g，蒸馏水1000mL。
4.如权利要求1或2所述的制备方法制得的微生物絮凝剂在处理高矿化度、高硬度地下岩溶水中的应用。
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