絮凝是一種除去工業(yè)廢水中污染物很好的方法，而新型絮凝劑的開發(fā)與應(yīng)用是國內(nèi)外研究的熱點。微生物多糖型絮凝劑（polysaccharide-based bioflocculants, PSBs）因具有無毒、可降解等優(yōu)良特性被認(rèn)為具有廣闊應(yīng)用前景，但大多數(shù)微生物PSB因產(chǎn)量低、活性低、應(yīng)用范圍窄等問題限制了其廣泛應(yīng)用。本研究優(yōu)化了膠質(zhì)芽孢桿菌發(fā)酵PSB條件，建立了高效分離發(fā)酵液PSB的工藝，并純化得到一種在pH3-9范圍內(nèi)都具有很高活性的絮凝劑PSB1-1。 （1）優(yōu)化膠質(zhì)芽孢桿菌發(fā)酵PSB條件。分別通過單因素和中心組合設(shè)計實驗（CCD）優(yōu)化了金屬離子對PSB產(chǎn)量和活性。在單因素實驗中，與基礎(chǔ)培養(yǎng)基相比，MgSO4(0.144g/L)、CaCl2(0.055g/L)、FeCl3(3.25mg/L)分別使PSB產(chǎn)量提高了179%、44%、109%。但中心組合設(shè)計實驗結(jié)果表明，當(dāng)三種離子共存于培養(yǎng)基時，Mg2+(P=0.0021)對PSB產(chǎn)量的影響是正向的，Ca2+(P=0.0093)對PSB產(chǎn)量是負(fù)調(diào)節(jié)的，F(xiàn)e3+(P=0.9883)對PSB產(chǎn)量影響不顯著。發(fā)酵罐分批發(fā)酵生產(chǎn)PSB結(jié)果表明，通過添加少量特定的復(fù)合金屬離子（0.144g/L MgSO4、0.028g/LCaCl2和1.625mg/LFeCl3），不僅可以縮短發(fā)酵周期12h，還能使PSB產(chǎn)量和碳源轉(zhuǎn)化率分別提高218%和111%，另外絮凝活性也提高27%。與傳統(tǒng)的的碳、氮源優(yōu)化相比，添加少量金屬離子是一種更為高效、經(jīng)濟的提高PSB產(chǎn)量和活性的方法。通過進一步的發(fā)酵優(yōu)化，分別確定膠質(zhì)芽孢桿菌發(fā)酵PSB的最適溫度和最適pH值分別為28℃和8，最佳培養(yǎng)基為蔗糖139g/L、Na2HPO43.05g/L、MgSO40.167g/L，最大PSB產(chǎn)量為3.034g/L，與金屬離子補給培養(yǎng)基相比，PSB產(chǎn)量又提高了127%。 （2）膠質(zhì)芽孢桿菌PSB的分離與純化。篩選出萃取發(fā)酵液PSB的最佳雙水相體系組成（乙醇和Na2CO3）。當(dāng)乙醇濃度為15%，Na2CO3濃度為20%時，PSB選擇分配系數(shù)β值達到最大值，而分配系數(shù)K值也達到最小值，因而確定為萃取PSB的最佳濃度，在此條件下PSB和細(xì)胞的回收率均達到98%以上，不僅達到了工業(yè)化應(yīng)用的較高標(biāo)準(zhǔn)，而且為連續(xù)萃取發(fā)酵提供了可行性依據(jù)。將金屬離子補給培養(yǎng)基萃取的crude P1和基礎(chǔ)培養(yǎng)基萃取的crude P2通過DEAE-52離子交換柱純化，分別得到PSB1、PSB2和PSB3三種組分。在crude P1中，PSB1和PSB2的含量分別是其在crude P2中3.7倍和5.0倍，而PSB3的含量稍稍高一點，表明添加復(fù)合金屬離子改變了PSB的組成。最后將PSB1、PSB2和PSB3分別通過Sephadex-200凝膠柱作進一步純化，分別得到PSB1-1、PSB2-1和PSB3-1三種純化組分。 （3）PSB組分的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)測定。凝膠色譜法結(jié)果顯示PSB1-1、PSB2-1和PSB3-1的平均分子量分別為2.53×106、7.77×106和13.2×106Da。單糖組成分析發(fā)現(xiàn)，PSB1-1主要是由果糖、半乳糖、山梨糖、葡萄糖、鼠李糖組成，摩爾比為1:1.08:2.45:1.66:2.78，而PSB2-1、PSB3-1都是由甘露糖、果糖、半乳糖、山梨糖、葡萄糖和木糖組成，摩爾比分別為1:1.16:1.12:2.4:1.72:2.88和1:1.23:1.07:3.3:1.7:3.8。紅外圖譜分析表明，與PSB2-1和PSB3-1紅外光譜相比，PSB1-1在3286cm-1處的吸收峰（與羥基有關(guān)）的波數(shù)向波數(shù)增大的方向平移。PSB1-1的紅外光譜在1729cm-1處的吸收峰（與酯鍵有關(guān)）強度大于PSB3-1，而PSB2-1在此處沒有吸收峰。PSB1-1在1257cm-1處的吸收峰（與磷酸基團有關(guān)）強度大于PSB2-1和PSB3-1。掃描電鏡結(jié)果表明，與PSB2-1和PSB3-1線性結(jié)構(gòu)相比，PSB1-1線性比較規(guī)則，類似樹枝狀。 （4）多糖型絮凝劑應(yīng)用研究。當(dāng)絮凝劑濃度為2mg/L時，PSB1-1的絮凝效果最好，絮凝率為98.4%，高于PSB2-1和PSB3-1的絮凝率。PSB1-1在pH3～9的范圍內(nèi)都具有很高的絮凝活性（97%以上），PSB3-1在pH3～6絮凝效果最好，絮凝率在93%～98%之間。而PSB2-1僅在pH3～4范圍絮凝率超過90%。依據(jù)前述的PSB純化組分理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，我們推測PSB1-1中羥基、磷酸基團、酯鍵等功能團含量的提高以及規(guī)則的線性結(jié)構(gòu)可能是其絮凝表現(xiàn)優(yōu)于PSB2-1和PSB3-1的主要原因。PSB1-1的熱穩(wěn)定性很好，在50～100℃加熱30min后絮凝率仍保持在96～98%之間。三價離子（Al3+和Fe3+）和二價離子（Ca2+、Mg2+和Fe2+）比一價離子（Na+和K+）更有利于促進PSB1-1的絮凝效果。當(dāng)高嶺土濃度超過10g/L時，PSB1-1絮凝率低于80%。PSB1-1對生物制品廠工業(yè)廢水（pH7.11）處理效果優(yōu)于工業(yè)上應(yīng)用的絮凝劑PAM和PAC，即當(dāng)PSB1-1的濃度為1mg/L時，COD和SS的去除率分別為91.1%和97.5%。對造紙廢水（pH8.57）的處理效果雖然不及PAM，但仍優(yōu)于PAC，即當(dāng)PSB1-1的濃度為3mg/L時，COD和SS的去除率分別為81.3%和和93.6%。對垃圾滲濾液（pH6.08）的處理效果雖不如處理生物制品廠和造紙廢水，但同等條件下，PSB1-1處理廢水效果要優(yōu)于PAM和PAC，即當(dāng)PSB1-1的濃度為6mg/L時，COD和SS的去除率分別為66.2%和80.1%。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：X172;X703
【部分圖文】：

第一章 緒論細(xì)菌，而本研究中的膠質(zhì)芽孢桿菌（Paenibacillus mucilaginosus）屬于硅酸鹽細(xì)菌，它最早是由蘇聯(lián)學(xué)者 Bassalik 于 1912 年從蚯蚓腸道中分離出來的，但直到 1950 年人們才把這株菌命名為膠質(zhì)芽孢桿菌。本研究中膠質(zhì)芽孢桿菌平板菌落形態(tài)以及顯微鏡下菌體形態(tài)如圖 1-1 所示，膠質(zhì)芽孢桿菌 GIM1.16 在無氮培養(yǎng)上形成無色、透明、如半玻璃珠狀的菌落形態(tài)，由于粘性大，用接種環(huán)挑起菌落時可拉成絲。革蘭氏染色呈陰性，菌體呈桿狀，末端為圓形，大小為(0.9～1.8)×(3.1～7.2μm)。

第一章 緒論催化的一個反應(yīng)步驟代表著一個碳水化合物代謝的分支點，將葡萄糖-6-磷酸可逆轉(zhuǎn)變成葡萄糖-1-磷酸，就分解代謝路徑來說，葡萄糖-6-磷酸進入分解代謝產(chǎn)生能量和還原力；就合成代謝路徑來說，產(chǎn)生的葡萄糖-1-磷酸又是糖核苷酸的前體。又如脫氧胸苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（TGP）是多糖合成前體物質(zhì) dTDP-L-鼠李糖合成的關(guān)鍵酶[51]。

還可減少感染雜菌的。接種量過大，會導(dǎo)致發(fā)酵體系量太小，會延長發(fā)酵周期，降低與純化劑是菌在生長過程中代謝產(chǎn)生但并不是所有的成分都具有絮凝0]。另外，這些微生物絮凝劑一而分解變質(zhì)，影響絮凝劑的保純化，以便延長保質(zhì)時間和提

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