一種類芽孢桿菌產生的微生物絮凝劑及其應用的製作方法
2023-07-19 12:24:56
本發明屬於微生物絮凝劑水處理技術領域，具體涉及一種類芽孢桿菌產生的微生物絮凝劑及其應用。
背景技術：
生活汙水和工業汙水的大量排放對環境產生嚴重汙染，影響生態平衡。絮凝劑與汙水中的色素、固體懸浮顆粒、重金屬離子等汙染物能夠進行結合，形成較大的絮凝體進而沉降，方便對各種汙染物的集中處理，在經絮凝劑處理後，汙水的水質得到淨化。目前，絮凝劑大致可以分為三類：無機絮凝劑，包括鐵鹽、鋁鹽、聚合氯化鋁、聚合氯化鐵等；人工合成有機高分子絮凝劑，如聚丙烯醯胺及其衍生物；天然的生物絮凝劑，如微生物絮凝劑。
天然的微生物絮凝劑是微生物在發酵過程中產生的一類具有絮凝功能的代謝產物。微生物絮凝劑由多糖、蛋白質、糖蛋白和核酸等組成，其中又以多糖居多並發揮主要作用，微生物絮凝劑能使不易降解的固體懸浮顆粒和膠體粒子凝集沉降，具有良好的絮凝效果。微生物絮凝劑具有無毒、安全高效、生物可降解等優點，但如文獻1(甘莉，孟召平，微生物絮凝劑的研究進展，水處理技術，2006，32(4):5-9)所述，用量大、成本高等問題嚴重製約微生物絮凝劑的生產與應用。目前，將微生物絮凝劑與其他絮凝劑進行復配使用，是微生物絮凝劑研究的一個方向，許多研究表明，微生物絮凝劑的復配使用不僅能提高絮凝效果，還可以大幅度減少絮凝劑的使用劑量，如文獻2(黃兢，楊朝暉，孫珮石，微生物絮凝劑與聚合氯化鋁復配的響應面優化，中國環境科學，2008，28(11):1014-1019)將微生物絮凝劑與氯化鈣、聚合氯化鋁復配使用，絮凝效果得到很大提升，但使用的聚合氯化鋁投加量仍然比較大。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種類芽孢桿菌產生的微生物絮凝劑，並進一步提供該微生物絮凝劑在處理含金屬離子廢水中的應用。
實現本發明目的的技術方案如下：
一種類芽孢桿菌產生的微生物絮凝劑，由保藏編號為CCTCC NO：M 2016615的類芽孢桿菌Paenibacillus sp.LX03產生。
所述的類芽孢桿菌Paenibacillus sp.LX03已於2016年11月3日保藏於中國典型培養物保藏中心(CCTCC)，保藏地址為湖北省武漢市武昌珞珈山武漢大學保藏中心。
本發明還提供上述類芽孢桿菌產生的微生物絮凝劑的製備方法，具體步驟如下：將類芽孢桿菌Paenibacillus sp.LX03接種至發酵培養基中，培養溫度為30℃，搖床培育2～3天，發酵液經離心去除菌體後，加入2～3倍體積的乙醇析出胞外產物，胞外產物烘乾後加水溶解，得到所述的微生物絮凝劑。
所述的發酵培養基的組成如下：澱粉20g/L，磷酸二氫鈉1g/L，硝酸鉀3g/L，氯化鈣0.07g/L，氯化鎂0.2g/L，七水合硫酸亞鐵0.0125g/L，硫酸錳0.003g/L，氯化鋅0.0075g/L，溶劑為蒸餾水，培養基pH為7.0～7.5。
本發明還提供一種復配絮凝劑，所述的復配絮凝劑由上述的微生物絮凝劑與含金屬離子或聚合氯化鋁溶液組成。
優選地，所述的微生物絮凝劑與金屬離子化合物的質量比為1:1～5。
優選地，所述的金屬離子為鐵離子或鋁離子。
優選地，所述的微生物絮凝劑的濃度為4mg/L，含金屬離子溶液的濃度為20mg/L。
優選地，所述的微生物絮凝劑與聚合氯化鋁的質量比為1:0.5～3.5，更優選為1:1.5。
優選地，所述的微生物絮凝劑的濃度為4mg/L，聚合氯化鋁溶液的濃度為6mg/L。
進一步地，本發明提供上述類芽孢桿菌產生的微生物絮凝劑在處理含金屬離子廢水中的應用。
本發明進一步地提供上述復配絮凝劑在處理含金屬離子廢水中的應用。
與現有技術相比，本發明的微生物絮凝劑無毒、可生物降解，與含金屬離子或聚合氯化鋁溶液進行復配使用後，形成協同增效，能提高絮凝效果，大幅度減少絮凝劑的使用劑量，絮凝速度快，絮凝體大而密實，沉降速度快，能夠應用於含金屬離子廢水的處理領域。
附圖說明
圖1是類芽孢桿菌Paenibacillus sp.LX03菌落形態圖。
圖2是本發明微生物絮凝劑在助凝劑(2.7mM CaCl2·2H2O)存在時的絮凝效果圖。
圖3是本發明微生物絮凝劑處理含有金屬離子廢水的絮凝效果圖。
圖4是本發明微生物絮凝劑與不同濃度的AlCl3·6H2O進行復配使用的絮凝效果圖。
圖5是本發明微生物絮凝劑與不同濃度的聚合氯化鋁(PAC)進行復配使用的絮凝效果圖。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本發明作進一步詳述。
實施例1
Paenibacillus sp.LX03的篩選分離及鑑定。
(1)菌株的篩選及分離
將由江蘇省鹽城市所採集的土壤樣品用蒸餾水溶解，1h後取上清稀釋102～106倍，製備Htm固體培養基，分別塗布100μL先前稀釋的樣品，置於生化培養箱中，在30℃的條件下培養2～3d。挑選培養皿上菌落特徵具有明顯差異的菌株，同樣採用稀釋塗布法進行純化，直至得到單一菌株，其菌落形態如圖1所示。
Htm液體培養基的組成如下：澱粉20g/L，磷酸二氫鈉1g/L，硝酸鉀3g/L，氯化鈣0.07g/L，氯化鎂0.2g/L，七水合硫酸亞鐵0.0125g/L，硫酸錳0.003g/L，氯化鋅0.0075g/L，溶劑為蒸餾水，培養基pH為7.0～7.5。
(2)菌株的鑑定
以篩選得到的一株菌種的核DNA為模板，以16S rRNA基因的PCR擴增的通用引物為引物，進行PCR擴增，測定其全序列。將菌株的16S rDNA基因序列提交至GenBank資料庫(GenBank登陸號為KX503263)，與GenBank資料庫中的序列進行網上同源性比較，結果表明，LX03與Paenibacillus alkaliterrae strain KSL-134的序列相似度達到97％，跟Paenibacillus harenae strain B519和Paenibacillus agarexedens strain DSM 1327的序列相似度達到96％。可以確定該菌種屬於類芽孢桿菌屬，命名為Paenibacillus sp.LX03。
實施例2
Paenibacillus sp.LX03菌株產生的微生物絮凝劑的製備工藝
類芽孢桿菌Paenibacillus sp.LX03接種至發酵培養基，培養溫度30℃，250rpm搖床培育2～3天，得到含所述微生物絮凝劑的發酵液，經過7000rpm離心10min去除菌體後，在發酵液中加入2～3倍體積的乙醇析出胞外產物，胞外產物經烘乾後再加入蒸餾水溶解，得到所述的微生物絮凝劑。發酵培養基為上述Htm液體培養基。
實施例3
Paenibacillus sp.LX03菌株產生的微生物絮凝劑的絮凝性能研究。
製備高嶺土懸濁液(4g/L)作為模擬廢水測試微生物絮凝劑的絮凝性能。具體方法為：將50mL高嶺土懸濁液(4g/L)置於50mL燒杯中，加入一定量的微生物絮凝劑，常溫下100rpm磁力攪拌1min，靜止5min後，取中間高度的液體樣本，在分光光度計的550nm波長下測定其吸光度，用蒸餾水取代微生物絮凝劑作為對照組。
絮凝率計算公式為：
絮凝率＝(A﹣B)/A×100％
其中，A為對照組在550nm處的吸光度，B為實驗組在550nm處的吸光度。
(1)微生物絮凝劑的絮凝特性
氯化鈣是微生物絮凝劑常用的助凝劑，使用2.7mM CaCl2·2H2O作為助凝劑，與微生物絮凝劑一同加入高嶺土懸濁液，測定不同濃度微生物絮凝劑的絮凝效果。如圖2所示，微生物絮凝劑的濃度為15mg/L時絮凝率達到83.2％。
(2)不同金屬離子與微生物絮凝劑復配使用時的絮凝效果
使用Fe2(SO4)3，AlCl3·6H2O，ZnCl2，CaCl2·2H2O，MgSO4，MnSO4，KNO3，NaCl等溶液(終濃度為20mg/L)，與微生物絮凝劑(10mg/L)進行復配使用，微生物絮凝劑與金屬離子化合物的復配比例(質量比)為1：2，測定微生物絮凝劑與不同金屬離子復配使用時的絮凝效果。如圖3所示，與Fe3+和Al3+進行復配使用時，絮凝率分別達到92％和97.3％。
(3)不同濃度鋁離子與微生物絮凝劑復配使用時的絮凝效果
將終濃度為4mg/L、8mg/L、12mg/L、16mg/L、20mg/L的AlCl3·6H2O溶液與微生物絮凝劑(4mg/L)復配使用，微生物絮凝劑與AlCl3·6H2O的復配比例(質量比)為1：1～5，測定不同鋁離子濃度與微生物絮凝劑復配使用時的絮凝效果。如圖4所示，當AlCl3·6H2O使用劑量大於8mg/L，與微生物絮凝劑進行復配使用，比單純使用AlCl3·6H2O的絮凝率提高10～20％，當AlCl3·6H2O為20mg/L時，微生物絮凝劑與鋁離子溶液的復配比例為1:5，絮凝率最高，達到97.6％。
(4)不同濃度聚合氯化鋁與微生物絮凝劑復配使用時的絮凝效果
將終濃度為2mg/L、4mg/L、6mg/L、8mg/L、12mg/L、14mg/L聚合氯化鋁(有效成分30％)與微生物絮凝劑(4mg/L)，微生物絮凝劑與聚合氯化鋁的復配比例(質量比)為1：0.5～3.5，測定不同濃度聚合氯化鋁與微生物絮凝劑復配使用時的絮凝效果。如圖5所示，復配使用時的絮凝率遠比單純使用聚合氯化鋁的絮凝率要高，特別是在聚合氯化鋁低濃度時提升較大，當聚合氯化鋁的濃度為2mg/L，復配使用能把絮凝率從50.3％提高到81％，而當聚合氯化鋁的濃度為6mg/L時，微生物絮凝劑與聚合氯化鋁的復配比例為1:1.5，絮凝率就達到94.3％，此後絮凝效果趨於穩定。
綜上所述，本發明的類芽孢桿菌(Paenibacillus sp.)LX03產生的微生物絮凝劑，與鐵離子、鋁離子復配使用時，具有良好的絮凝效果，在處理含有鐵離子、鋁離子的汙水時，該微生物絮凝劑作用明顯，特別地，在汙水中的鐵離子、鋁離子只有較低的濃度時，該微生物絮凝劑就能發揮作用。本發明的微生物絮凝劑與無機絮凝劑聚合氯化鋁復配使用處理汙水時，絮凝效果十分顯著，能大幅度減少聚合氯化鋁的使用劑量，特別是與低劑量聚合氯化鋁復配使用時，提升效果較大。本發明提供的微生物絮凝劑是一種性能良好的水處理絮凝劑和絮凝助劑，在處理生活、工業等廢水方面具有潛在應用價值。
SEQUENCE LISTING
南京理工大學
一種類芽孢桿菌產生的微生物絮凝劑及其應用
2016
1
PatentIn version 3.5
1
1518
DNA
類芽孢桿菌（Paenibacillus sp.）
1
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