摘要：微生物菌剂用于污染水体的生物修复，具有经济高效、低能耗、不产生二次污染等特点。近年来微生物菌剂在水体修复中的研究与应用取得了较大的进展，成为水体生物修复技术的研究热点之一。本文介绍了微生物絮凝剂在给水和饮用水、乳化液的油水分离、污水处理等领域的应用，以及廉价培养基的探索实践。提出针对影响微生物絮凝剂产生菌生长代谢的环境条件开展深入研究，同时寻找或设计廉价培养基，降低生产成本，推动其工业化应用。
关键词：微生物絮凝剂；菌种筛选；菌种培育；水处理
1微生物絮凝剂产生菌的筛选和培育
1.1目标菌群的来源
近年来，对于微生物絮凝作用的研究发现，具有絮凝作用的微生物可以由很多地方筛选，包括土壤、活性污泥、渗滤液、河水、海水、海洋沉积物等，其中，土壤和活性污泥是筛选絮凝性菌种的最普遍来源。除了从自然界筛选目的菌种外，还有两种常见方案:一是从已有菌种选种，利用原有菌株进行单细胞分离，再加以筛选得到优良菌株;二是人工诱变选种，利用物理、化学、生物手段处理微生物细胞，使之发生变异，再从中选择具有优良性状的变异菌种。
1.2测定絮凝活性
确定絮凝剂产生菌来源后，需要明确筛选具有哪种特征的微生物。关于微生物絮凝性能或效率的测定，实验室常用高岭土测试菌株培养液的絮凝活性，目前采用的方法大多从Kurane等的方法参考或改进而来。
1.3筛选目标菌群
对絮凝剂产生菌的絮凝性能测定后，可以确定已经获得具有絮凝性能的菌株。为了进一步探究实际运用的可行性，有必要对菌株纯化。各种微生物在生长代谢过程中对各营养组分的要求不尽相同，可以通过控制培养基的碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐等组分筛选目标菌群。
1.4絮凝剂产生菌生长代谢的培养影响因素
1.4.1培养pH值的影响
絮凝剂产生菌有一个最佳的pH值范围，不同絮凝剂产生菌的增殖对于最佳pH值范围的要求有差别。Fujita等研究枸橼酸杆菌絮凝特征时发现，初试的pH值在7．2～10．0范围内变化时，对于菌株影响较小，而在后期絮凝剂的活性或大幅下降。
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1.4.2培养温度的影响
温度对于某些微生物絮凝剂的活性影响较大，最大的酶活性只能在最佳的温度条件下获得。Salehizadeh等从活性污泥中分离出一株絮凝剂产生菌，加热时该菌株的絮凝活性随加热时间呈线性下降，加热8min后絮凝剂失活。有的菌种絮凝剂的耐温性非常好，如pH值在3．0～6．0范围内的谷氨酸棒状杆菌絮凝剂，于80℃加热1h后，絮凝活性未见明显降低。肺炎克雷伯菌微生物絮凝剂MBF－5、球形芽孢杆菌F6和根瘤菌F2混合产生的絮凝剂，以及甲基杆菌Obi和放线菌Mayor混合产生的絮凝剂均表现出良好的耐热性。
1.4.3投加碳源的影响
微生物的增殖对于碳源的要求比较严格，碳源的差别可引起微生物代谢的变化，造成絮凝效果的差异。Kurane等研究发现，以葡萄糖、果糖或山梨醇为碳源，微生物絮凝剂的产量变化与微生物的增殖曲线有相同的趋势;若将碳源换为甘露糖、半乳糖、果胶糖、木糖、乳糖、麦芽糖、纤维二糖或蔗糖，则不利于絮凝剂的生产和菌种的增殖。Shih等关于地衣芽孢杆菌CGMCC2876的研究表明，乳糖、葡萄糖、果糖均不利于微生物的增殖和絮凝剂的产生，相反，谷氨酸、柠檬酸和甘油对于微生物的增殖和絮凝剂的产生更加有利。
1.4.4投加氮源的影响
研究发现，硝酸铵和氯化铵虽然可以促进细菌增长，但絮凝活性仅相当于使用尿素的60%～70%。地衣芽孢杆菌CGMCC2876可以高效利用尿素为氮源，实现絮凝剂产率＞600U/mL。Shih等研究发现，地衣芽孢杆菌CGMCC2876可以有效利用氯化铵作为氮源，却不能利用其他铵盐[1]。与无机氮源相比，采用浓缩牛肉汁和酵母浓缩液作为氮源，对地衣芽孢杆菌X－14、无花果沙雷氏菌絮凝剂的生产更加有利。Giri等发现，当C/N比为60～110时，微生物絮凝剂的活性较好，过高或过低都会导致絮凝剂活性快速下降。
2微生物絮凝剂在水处理领域的应用
2.1给水和饮用水
微生物絮凝剂在给水浊度、病原菌去除等方面的效率高于传统的无机和有机絮凝剂，而且用量少，应用范围广，沉淀物过滤性好，对人体无毒副作用，是给水和饮用水处理混/絮凝工艺的发展方向[2]。Aguilar等发现，利用微生物絮凝剂处理河水和湖泊水，絮凝后所产生的胶团大，沉降快，上清液剩余浊度低，除藻效果好。董军芳等将微生物絮凝剂和硫酸铝以3∶2的比例混合，处理50L自来水原水，4h可使光密度值(560nm)降为0．068，浊度降为3．0，处理后的水样中溶解性总固体、硫酸盐、氯化物等多项指标达到饮用水国家标准。
2.2乳化液的油水分离
向一些乳化液中加入特定的絮凝剂，在一定程度上可使油水分离，如用Alcaligenuslatus培养物可以将棕榈酸从乳化液中分离出来。在100mL0．25%乳化液中加入10mLAlcaligenuslatus培养物和1mL聚氨基葡糖后，在细小均一的乳化液中会形成明显可见的油滴，下层清液的COD值由450mg/L降至235mg/L，去除率为48%，远高于有机和无机高分子絮凝剂，基于此原理有望将微生物絮凝剂应用于海上漏油控制[3]。
2.3污水处理
微生物絮凝剂在城市生活污水处理、染料废水脱色、畜产废水处理及电镀行业废水处理中的研究报道很多[4]。许尤厚等筛选出的微杆菌属WX－7菌株所产絮凝剂能有效去除印染废水的色度和COD，脱色率和COD去除率分别可达81%和42%。张超等研究了6种絮凝剂对生活污水的处理效果，实验条件下COD的去除率为92．3%，SS的去除率为100%。魏淑梅等研究了微生物絮凝剂去除废水中Cd(Ⅱ)的最佳条件组合，发现在最优化条件下Cd(Ⅱ)的去除率高于99．5%。3廉价培养基的探索实验室大多以葡萄糖、果糖、半乳糖等作为有机碳源，以酵母、牛肉膏、蛋白胨和氨基酸等作为有机氮源，价格较高，难以实际运用。为了降低微生物絮凝剂的生产成本，寻找或设计廉价的培养基很有必要。
结束语
微生物絮凝剂作为一种新型、高效、无毒、无二次污染的绿色水处理剂，在废水脱色、去除高浓度有机物、去除金属离子、改善污泥脱水性能等方面有独特的效果。然而，由于培养费用高、发酵生产工艺不成熟、絮凝效果不稳定等缺点，微生物絮凝剂还未得到广泛生产和应用。环境条件在微生物絮凝剂的生产过程中尤为重要，对于影响微生物絮凝剂产生菌生长代谢的环境条件需要开展更加深入、更加贴近实际应用的研究，同时，寻找或设计廉价的培养基对微生物絮凝剂产生菌的工业化应用有着重要意义。随着相关领域学者的不断实践和探索，有望开发出大规模、高产量生产微生物絮凝剂的方法和技术，使微生物絮凝剂在水处理中的应用更加广泛。
参考文献
[1]李立欣,刘婉萌,马放.复合型微生物絮凝剂研究进展[J].化工学报,2018,69(10):4139-4147.
[2]林杨,刘淼,林锋,张宿义,霍丹群,陈飞,杨艳,李德林,李嘉伟.微生物絮凝剂研究进展及其在食品工业中的应用[J].中国酿造,2018,37(01):1-6.
[3]吴敬荣,王广军,李志斐,郁二蒙,夏耘.一株絮凝剂产生菌的分离鉴定及其絮凝条件优化[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2017,45(01):175-184.
[4]吴红萍,刘勇,黄辉,何霞,郑在刚,吴旺,黄循吟,王锐萍,张文飞.微生物絮凝剂产生菌的筛选及其絮凝特性初步研究[J].生物技术,2014,24(03):68-73.
论文作者:莫意雯
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/8/2
标签：微生物论文; 絮凝剂论文; 絮凝论文; 碳源论文; 菌株论文; 活性论文; 菌种论文; 《防护工程》2019年8期论文;