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微生物絮凝剂(Microbial flocculants, MBF)是利用生物技术,通过微生物发酵,从微生物或其分泌物中分离、提取与纯化而获得的一种生物大分子物质,具有安全无毒、絮凝活性高、可生物降解及无二次污染等优点,具有很好的发展趋势和应用前景。本课题重点研究了纳豆菌产微生物絮凝剂的发酵条件、微生物絮凝剂的分离提取、絮凝条件与性能以及微生物絮凝剂的复配和微生物絮凝剂的组成与表征分析。1纳豆菌产微生物絮凝剂发酵条件的优化研究通过单因素实验、Plackett-Burman筛选试验设计、最陡爬坡实验及响应面法对纳豆菌产微生物絮凝剂的发酵条件进行了优化研究。结果得到菌产微生物絮凝剂的最佳发酵条件：培养基：葡萄糖15 g/L,甘油10 g/L,酵母膏11.8 g/L,磷酸氢二钠3.2 g/L,磷酸二氢钠4 g/L,硫酸镁0.6 g/L,pH6；培养条件：装液量50 mL/250 mL,接种量3%,培养温度37℃,摇床转速180 r/min,发酵时间30 h。验证试验表明,最佳发酵条件下得到菌产絮凝剂的平均絮凝率可达96.62%。最优发酵条件下菌产微生物絮凝剂的发酵周期研究表明,菌产絮凝剂的最佳时间为30 h。2微生物絮凝剂的分离提取研究通过微生物絮凝剂的分布实验,以及对影响微生物絮凝剂分离提取的离心条件、发酵上清液pH、沉淀剂及沉淀剂倍数等主要因素的优化,得到了微生物絮凝剂分离提取的最佳条件：发酵液经8000 r/min,离心15 min,取上清液调整pH6,6倍体积的95%乙醇沉淀,4℃放置过夜,4000 r/min,离心15 min,得沉淀溶解,4℃透析过夜,冷冻干燥得到微生物絮凝剂干粉,产量为2.6 g/L3微生物絮凝剂的絮凝条件和絮凝特性研究微生物絮凝剂的絮凝条件和絮凝特性研究结果表明,100 mL高岭土悬液烧杯絮凝试验中,微生物絮凝剂的最佳投加量为1 mL,最佳助凝剂为CaCl2,10g/L CaCl2的最佳投加量为5 mL；微生物絮凝剂有很宽的适用pH,在絮凝水体的pH4-9范围内,微生物絮凝剂均能保持较高的絮凝活性,絮凝率均在80%以上,在pH中性或稍偏碱时,絮凝剂的絮凝率最高；微生物絮凝剂具有较宽的适用温度,水体温度在4℃-60℃范围内,絮凝剂均能表现出较好的絮凝性能；微生物絮凝剂具有较好的稳定性,在4℃-100℃范围内水浴处理15 min,絮凝剂的絮凝率保持在93%以上,100℃沸水浴处理60 min,絮凝率可保持在88%以上；4℃条件下放置14d仍可保持较高的絮凝活性,絮凝率在80.91%以上。絮凝前后高岭土颗粒显微镜和扫描电镜的形态观察发现,絮凝前的高岭土颗粒分布均匀、松散；絮凝后的高岭土颗粒紧密结合、聚集成团,表明微生物絮凝剂对高岭土颗粒有很好的絮凝作用。4微生物絮凝剂的复配研究研究了微生物絮凝剂分别与常用无机高分子絮凝剂聚合氯化铝(Polyaluminium Chloride, PAC)和有机高分子絮凝剂聚丙酰胺(Polyacrylamide, PAM)的复配作用对高岭土悬液絮凝效果的影响。MBF与PAC复配研究结果表明,处理100 mL的高岭土悬液,MBF/PAC复配絮凝剂和助凝剂CaCl2的最优投加顺序及最佳配比为：先投加0.6mL MBF,接着2mL CaCl2,然后0.5 mL PAC;絮凝水体的温度和pH对MBF/PAC复配絮凝剂絮凝活性的影响均不显著,与单独的微生物絮凝剂相比,MBF/PAC复配絮凝剂有更宽的水体适用温度和pH及更高的絮凝活性。MBF与PAM复配研究结果表明,处理100 mL的高岭土悬液,MBF/PAM复配絮凝剂和助凝剂CaCl2的最优投加顺序及最佳配比为：先投加0.6mL MBF,接着2 mL CaCl2,然后0.1mL PAM。絮凝水体温度对MBF/PAM复配絮凝剂絮凝活性的影响不显著；絮凝水体的pH在1-3和5-8范围内,MBF/PAM复配絮凝剂具有较高的絮凝活性,表明复配絮凝剂有较宽的pH适用范围,尤其适合在偏酸性水体中应用。与单独的微生物絮凝剂相比,MBF/PAM复配絮凝剂有更宽的水体适用温度和pH及更高的絮凝活性。5微生物絮凝剂的组成与表征分析通过显色反应和仪器分析方法对微生物絮凝剂的组成进行了定性和定量测定,通过扫描电镜观察,研究了微生物絮凝剂的表征结构。微生物絮凝剂的定性分析结果表明,微生物絮凝剂的组成中有多糖和蛋白质以及醇类、醛类、酮类和羧酸类物质存在,其中多糖的单糖组分包括麦芽糖、葡萄糖、半乳糖和甘露糖,蛋白质的氨基酸组成有17种氨基酸,酸性氨基酸谷氨酸和天冬氨基酸为主要氨基酸；微生物絮凝剂的定量测定结果表明,微生物絮凝剂中多糖的含量为45.18%,水解氨基酸(蛋白质)的含量为21.1%,其余成分诸如醇类、醛类、酮类和羧酸类物质等含量为33.72%；微生物絮凝剂干粉的扫描电镜观察结果显示,微生物絮凝剂样品为纤维状和片状结构,且在其表面有许多的凹陷小孔,这可能是微生物絮凝剂功能基团存在的部位,与絮凝剂絮凝活性的发挥有密切的关系。