转化农业废弃物生产微生物絮凝剂及其应用研究

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工业废水处理以及油藻采收工艺是目前研究的热点,传统的物理、化学方法因其设备成本高、能源消耗大、耗时长且易造成二次污染等问题而逐渐不被人们所认可。而利用微生物絮凝技术处理工业废水和采收油藻受到人们越来越广泛的关注。微生物絮凝剂是微生物在生长过程中产生的大分子代谢物质,具有高效、无毒无害、可生物降解、无二次污染等优点,但其生产成本过高从而限制了其大规模应用,因此如何降低微生物絮凝剂的生产成本成为目前急需解决的问题,而寻找廉价替代培养基作为营养基质发酵生产微生物絮凝剂是解决这一问题的重要手段。我国每年在农业生产过程中都会产生大量的农业废弃物,这些农业废弃物中含有大量的纤维素和半纤维素,可以转化成糖类,从而生产其他高附加值产品。通过微生物转化农业废弃物生产微生物絮凝剂,既能够实现其资源化利用,又能降低微生物絮凝剂的生产成本。本研究通过挖掘生产微生物絮凝剂的高效菌株,并且利用农业废弃物为廉价替代碳源发酵生产微生物絮凝剂,以达到降低微生物絮凝剂的生产成本的目的,并将其应用于电厂洗灰废水、选矿废水以及油藻采收等领域,主要研究结果如下:1.菌株Pseudomonas veronii BWL918可以有效地利用农业废弃物热酸水解物作为廉价替代碳源发酵生产微生物絮凝剂,最佳发酵条件为:花生壳水解物300m L/L、酵母粉3g/L、七水硫酸镁0.1g/L、磷酸氢二钾0.3g/L,p H值为7.0,温度为28℃。此条件下对高岭土的絮凝活性最高,为91.93%,且产量达到3.39g/L。通过对其产生的絮凝剂MBF-L918纯品进行成分分析,发现MBF-L918主要由77.14%的多糖和4.84%蛋白质组成,利用分子筛层析技术确定其相对分子量为24.77k Da。分析生物絮凝剂MBF-L918处理电厂洗灰废水的应用效果,发现在絮凝剂用量为2.83mg/L时,絮凝活性高达92.51%。2.由于研究表明,农业废弃物经过酸水解处理之后会产生一系列有毒副产物,如糠醛和呋喃类化合物等,在菌株后期发酵生产过程中严重抑制菌体活性和微生物絮凝剂的产量。针对这一问题,本研究发现微生物絮凝剂生产菌株Bacillus agaradhaerens C9在碱性发酵条件下可以分泌1.69 IU/m L耐碱木聚糖酶和0.06 IU/m L纤维素酶,表明该菌株能有效地将未经处理的青糠转化成生物絮凝剂(RBBF-C9),从而免除了青糠的预处理,降低了成本,通过进行发酵条件优化,得到C9的最佳发酵条件为:青糠20 g/L,Yeast extract 3 g/L,七水硫酸镁0.2 g/L,磷酸氢二钾1.2 g/L,Na2CO3 20 g/L,37℃,180 rpm摇床培养24 h。对微生物絮凝剂RBBF-C9纯品成分的分析发现,RBBF-C9主要由74.12%的多糖和4.51%蛋白质组成,相对分子量为137k Da。在生物絮凝剂RBBF-C9的用量为60 mg/L时,对极微小球藻的絮凝采收效率为91.05%,同时对选矿废水进行了处理,发现在絮凝剂用量为0.757 g/L时达到最高絮凝活性为98.85%,表明RBBF-C9具有广泛的应用前景。本研究对于降低微生物絮凝剂的生产成本,同时实现农业废弃物的资源化利用具有重要的意义。
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