《普鲁兰和海藻酸钠包埋微生物用于污水处理的研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《普鲁兰和海藻酸钠包埋微生物用于污水处理的研究.doc（12页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流普鲁兰和海藻酸钠包埋微生物用于污水处理的研究.精品文档.普鲁兰和海藻酸钠包埋微生物用于污水处理的研究 现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2015, Vol.31, No.2 131 乔长晟，彭巧，刘建波，王羿超，李雪，李坤荣 （1.工业发酵微生物教育部重点实验室，天津科技大学生物工程学院，天津 300457） 112 （2.天津市地震局 天津 300457）（3.天津北洋百川生物技术有限公司，天津 300457） 摘要：本研究利用混合固定化微生物技术，结合海藻酸钠（SA）和普鲁兰多糖（Pu）两
2、种生物多糖固定化微生物用于污水处理。本实验发现当普鲁兰多糖添加量为1%，海藻酸钠添加量为7%时固定化颗粒的机械强度、产淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶的微生物作为基础菌种，分别对三种微生物进行固定化；添加量进行了优化，发现制备固定化颗粒的种子液添加量为200 mL65.94%，水体中COD的去除率达77.88%。三种固定化颗粒经过复配后用于污水处理，当固定化颗粒11008、0.50%和0.50%时，连续处理污水7 d后水体TN去除率高达90.55%，水质COD的去除率高达。 关键词：普鲁兰多糖；海藻酸钠；固定化；污水处理 文章篇号：1673-9078(2015)2-173-178 QIAO Chang
3、-sheng1, PENG Qiao121, LI Xue3, LI Kun-rong1 Abstract:matrices. Two bioactive polysaccharides, sodium used to immobilize microorganisms for wastewater was treated for seven days continuously; the TN and COD Key words: pullulan; sodium alginate; immobilization; wastewater treatment 2012年全国地表水国控 西北诸河等
4、十大流域的国控断面中，类和劣 类水质的断面比例为31.1%；黄河、松花江、淮河和 辽河为轻度污染，海河为中度污染。在监测的60个湖 泊（水库）中，富营养化状态的湖泊（水库）占25.0%， 其中，列入国家重点治理范围的滇池依然属重度污染。 污水主要有生活污水、工业废水和初期雨水，污水主 收稿日期：2014-05-28 要污染物病源污染物、好氧污染物、植物营养物和有毒污染物等。其中含有大量的蛋白类，淀粉类和纤维素类污染物。污水对人类的生产生活产生了很大的影响，虽然经过长期治理，取得了较好的成果，但污水处理仍然是我国一个急需处理的问题。生物固定化技术是现代生物工程领域中的一项新兴技术，用于废水的生物
5、处理具有生物浓度高、处理效率高、稳定性强、反应易于控制和保持微生物活性的特点15。海藻酸钠（sodium alginate，SA）因具有价格低廉，对细胞相对毒性小，固定化成形方便，传质性能好，对微生物细 173 现代食品科技 6 Modern Food Science and Technology 2015, Vol.31, No.2 胞的富集程度高等特点，成为目前废水处理中应用最广的包埋剂之一。普鲁兰多糖（pullulan，Pu）是一种由出芽短梗霉发酵所产生的类似葡聚糖、黄原胶的胞外水溶性粘质多糖，又名短梗霉多糖、茁霉多糖；普鲁兰多糖是一种高分子多糖，作为絮凝剂，普鲁兰多糖特殊的吸附性及电化
6、学性使其在有助凝剂的作用下进行分子架桥、吸附、絮凝与收缩沉淀。此特点使其可用作饮用水及生活、工业污水的净化剂，能够有效的去除水中的悬浮物和COD7。 本研究利用普鲁兰多糖的吸附、絮凝原理和海藻酸钠的固定化技术，以高产蛋白酶，淀粉酶和纤维素酶的菌种作为污水处理的基础菌种，利用普鲁兰多糖和海藻酸钠固定化载体将菌种进行固定。本研究考察了普鲁兰多糖添加量，包埋载体海藻酸钠的浓度，种子液添加量对包埋颗粒的物理性质和污水处理效果的影响，确定了最佳的包埋条件，并对菌种复配情况和最佳的接种量做了研究。普鲁兰和海藻酸钠固定化微生物处理污水的方法大大提高微生物菌种对环境的耐受性，提高了微生物对污水的处理净化能力。
7、本菌剂好，且不会对水体形成二次污染，为水体污染净化提供了一种理论依据和技术支持。 业有限公司医疗设备厂；BC/BD-256AZ2摇床，合肥美菱股份有限公司；FE20台式高速离心机，北京汇中顺成科技有限责任公司； 1.3 实验方法 1.3.1 微生物固定化颗粒的制备及污水处理实验 1.3.1.1 菌种培养及菌种富集 37 ，转速200 r/min培养10 h600。取一定体积种子液（OD600为离心10 min1.3.1.2 ，100 灭菌30 min度的24 24 h，用34 冰箱中保存备用。 )固定化颗粒的添加量，将固定化颗粒自制的黑臭水的500 mL的挡板瓶20 摇床上处理7 d；期间，每
8、天取样TN和COD。 1 材料和方法 1.1 实验材料 1.1.1 菌种来源 11008枯草芽孢杆菌11009号地衣芽孢杆菌Bacillus 10004；培养基：蛋白胨调pH 7.27.4，121 2%。 固定化颗粒物理性能的测定 1.3.2.1 机械强度的测定 用质构仪测定，将待测样品置于测定平台上，使用TA41柱形探头直径6 mm35 mm长。设定测定条件：选TPA测定类型，触发值为5 g，下压速度30 mm/min，变形程度50%。两次循环，每次间隔3 s。以恒定的速度和压力对样品进行压迫，与其相连的控制器内特定的内置测定程序，将传感器感应的探头压迫凝胶块，整个过程中数据的变化输送至显示
9、器上，在显示的测定结果的统计表中，可直接读出凝胶强度及弹性。 1.3.2.2 扩散速率测定 取大小相同的固定化颗粒浸没于惰性红墨水中，分别在5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min、35 min取出，先用游标卡尺测量颗粒的直径(D)，之后从正中间切开，测量未变色部分的直径(d)。实际扩散距离为(D-d)/2。其中扩散距离越大说明其扩散速率越大。 1.3.2.3 活菌数测定 称取新鲜固定化颗粒l.0 g，分别于0.2 mol/L的柠檬酸钠溶液中，定容至10 mL，以旋祸式振荡器充分振荡至颗粒完全溶解，目的使菌体释放完全，用稀释 1.1.2 、淀粉4.0 g
10、、NaCl 2.3 g、2、MgSO4 0.3 g、K2HPO4 1.5 g、NaH2PO4、1.5 g、柠檬酸铵0.1 g、FeSO4 0.03 g和4 0.3 g充分混匀加水至10 L。放置七天后水开始变黑臭。 1.2 实验仪器 LGJ-125冷冻干燥机，北京松源华兴科技发展有限公司；SU-1510扫描式电子显微镜，日本日立公司；ML-1.5-4紫外可见分光光度计，北京市永光明医疗仪器厂；YXQ-LS-50立式压力蒸汽灭菌锅，上海博讯实 174 现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2015, Vol.31, No.2 平板法于37 培养24
11、h，菌落计数，计算指标： 8 单位质量颗粒活菌数(个/g)?(一定稀释度的活菌数?稀释倍数?菌液量)/颗粒重 1.3.3 水质TN和COD测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定水质的TN，重铬酸钾法测定水质的COD。 9 降低，其中5%SA固定化颗粒的扩散速率最大，6%SA固定化颗粒的扩散速率其次。综合固定化颗粒的机械强度和扩散速率，选择7%SA为固定化的海藻酸钠的包埋浓度。 1.3.4 数据分析 固定化微生物颗粒处理污水时，固定化颗粒的机械强度和扩散速率越大越好，这样有利于颗粒在湍急 2.2 普鲁兰添加量对固定化颗粒的影响 4 率最大。综合固定化颗粒的机械强度和扩散速率，选择7%SA+1%
12、Pu为固定化菌种的包埋浓度。 图1 SA添加量对颗粒扩散速率的影响 Fig.1 Effect of the quantity of added SA on the diffusion rate 从表1可以看出；固定化颗粒随着加入的海藻酸钠的浓度，机械强度随之增大，其中9%SA固定化颗粒的强度最大。但是8%SA和9%SA固定化颗粒制作时颗粒拖尾严重，颗粒的粘连度较大，制作难度较大；从图1可以看出固定化颗粒的扩散速率随着SA的浓度增加而 2.3 制备固定化颗粒种子液的添加量对污水处理的影响 表3为制备菌种固定化颗粒时种子液的添加量对 175 现代食品科技 Modern Food Science a
13、nd Technology 2015, Vol.31, No.2 污水处理效果的影响，种子液经过离心收集后用蒸馏水重悬，然后加入到普鲁兰多糖溶液中进行絮凝富集，利用海藻酸钠为固定化材料进行包埋。以1% (m/V)的固定化颗粒添加量用于处理污水，不同菌液添加量对污水处理效果不同；从表3可以看出随着种子液添加量的增加TN和COD去除率逐渐增加，且固定化颗粒的活菌数也在增加。但是当种子液添加量达200 mL后继续增 加种子液浓度的固定化颗粒处理污水的TN和COD去除率增加的并不明显，并且固定化颗粒的活菌数也并未有太大的增加。于是确定用于制备固定化颗粒的种子液添加量为200 mL，在此条件下污水处理T
14、N去除率达65.94%，水体中COD的去除率达77.85%，所含的活菌数达4.88108 个/g。 表3 不同种子液添加量对TN和COD去除率的影响 制备11008、11009和10004菌种的固定化颗粒。然后，将三种颗粒分别以不同的添加量投加到污水中，上污水摇床，经过五天的处理，测定不同固定化颗粒不同添加量对污水效果；确定三种固定化颗粒处理污水的最佳添加量。从表46可以看出固定化颗粒的最佳添加量分别为11008号0.70%、11009号0.50%、10004号0.50%。 176 2.5 复配优化后污水处理效果 经过上述固定化条件的优化和菌种的复配，以11008、11009和10004号菌固
15、定化颗粒添加量分别为0.75%、0.5%和0.5%将颗粒加入到，添加100 mL自制的黑臭水的500 mL的挡板瓶中，20 150 r/p摇床上处理7 d；期间，每天取样测定污水处理的TN和COD。图3和图4为测定的菌剂处理污水后水体的TN和COD变化 现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2015, Vol.31, No.2 图。处理到第三天TN和COD的去除率都达77.24%以上；到第四天后水质TN和COD的减小就比较缓慢了，水样处理到第七天后水体TN去除率高达90.55%，水质COD的去除率高达91.45%，水质的TN为0.43 mg/L，C
16、OD为44.49 mg/L。水质均已经达到国家一级污水排放标准（COD?100 mg/L）。 状的菌体，进一步证明了SA载体能够有效的将微生物固定于载体中；海藻酸钠分子形成的载体结构远小于微生物的大小，能够有效的防止微生物菌种在污水处 理过程中的流失。从图c和d可以看到有许多的小于菌体而大于SA载体的颗粒物质，可知是加入的Pu；图中显示普鲁兰多糖的分子比海藻酸钠的分子大，载体固定微生物时能够增加海藻酸钠包埋颗粒传质速率（也得出了图2包埋颗粒添加Pu的扩散情况的实验结果）；普 图3 优化后对水体COD去除率的影响 Fig.3 Effects of optimization on the wate
17、r COD removal rate a b 图4 优化后对水体 c d 图5 包埋微生物颗粒SEM图 Fig.5 SEM images of the beads 2.6 微镜得图5中的SEM照片。图aSEM放大到300倍的表固定化微生物颗粒SEM放大到5000倍的表图；图c和d是7%SA+1%Pu和7%SA+2%PuSEM放大到5000倍的表面图像；从这些照片可见，7%SA载体的SEM照片a显示固定化微生物颗粒经过干燥后表面并非是光滑的而是凹凸不平的，其表面有许多不规则的颗粒状附着物，应该是载体上固定化微生物脱水后形成的，证实有大量的微生物固定于载体上；7%SA载体包埋微生物的颗粒b SEM
18、照片在放大5000倍后显示其固定化颗粒表面较为平整，并且其表面或内部都附着或镶嵌着杆 注：a:7%SA、b:7%SA、c:7%SA+1%Pu和d:7%SA+2%包埋颗粒。 3 结论 本研究利用普鲁兰多糖的吸附、絮凝和海藻酸钠的固定化技术，以高产蛋白酶，淀粉酶和纤维素酶的菌种为污水处理的基础菌种利用普鲁兰多糖和海藻酸钠混合固定化微生物。经过试验研究发现普鲁兰多糖的最佳添加量为1%，包埋载体海藻酸钠的最好的添加量为7%，在这个条件下固定化颗粒的机械强度、弹性和扩散速率最好。并且对11008、11009和10004号菌进行了生物复配；其中菌种间的最佳添加量为：11008、11009和10004号菌添
19、加量分别为0.75%、0.50%和0.50%；在此条件下水体TN去除率高达90.55%，水质COD的去除率高达91.45%；本研究对固定化颗粒的微观结构进行了观察，发现普鲁兰多糖和海藻酸钠混合 177 加快固定化颗粒的污水处理速度，提高污水处理效果。 chrysosporium in a rotating biological contactor reactor J. Journal of Environmental Management, 2012, 101: 118-123 6 孙鸿,宋华,刘江红,等.微生物固定化降解含聚废水J.环境 化学,2013,32(3):419-424 SUN H
20、ong, SONG Hua, LIU Jiang-hong, et al. Degradation of poly-containing wastewater with immobilized microorganism J. Environmental Chemistry, 2013, 32(3):419-424 7 孟少魁.普鲁兰发酵条件优化及其重金属絮凝研究D.华中 科技大学,2006 MENG Shao-kui. Study on fermentation technics of pullulans and application in heavy metal removal D. H
21、uazhong University of Science & Technology, Wuhan, 2006 8 韩梅.大豆复合微生物肥料功能菌系的构建及包埋固定化 研究D.沈阳农业大学HAN Mei. Studies on construction and immobilization of functional flora for compound microbial fertilizer in soybean D. Shenyang: Shenyang Agricultural University, 2013 9 水和废水监测分析方法M.中国环境科学出版社,2002 Wate
22、r and wastewater monitoring analysis method M. Beijing: China Environmental Science Press, 2002 参考文献 1 Ma F, Wei L, Wang L, et al. Isolation and identification of the sulphate-reducing bacteria strain H1 and its function for hydrolysed polyacrylamide degradation J. International Journal of Biotechno
23、logy, 2008, 10(1): 55-63 2 Wang Z, Ye Z, Zhang M, et al. Degradation of 2, 4, 6-trinitrotoluene (TNT) by immobilized microorganism- biological filter J. Process Biochemistry, 2010, 45(6): 993-1001 3 Chen D Z, Fang J Y, Shao Q, et al. Biodegradation of tetrahydrofuran by pseudomonas oleovorans DT4 im
24、mobilized in calcium alginate beads impregnated with activated carbon fiber: mass transfer effect and continuous treatment J. Bioresource Technology, 2013, 139: 87-93 4 Yan F F, Wu C, Cheng Y Y, et al. Carbon nanotubes promote Cr (VI) reduction by alginate-immobilized Shewanella 77: 183-189 5 Pakshirajan K, Kheria S. Continuous treatment of coloured 178