專利名稱：一種微生物絮凝劑的生產方法及使用方法
技術領域：
本發明涉及一種絮凝劑，特別涉及一種用微生物發酵生產絮凝劑的方法；本發明還涉及該絮凝劑的使用方法。
技術背景1. 微生物絮凝劑的分子結構特點微生物絮凝劑是生物絮凝劑 的一種，它是由微生物產生的、可使液體中不易降解的固體懸浮顆粒、 菌體細胞及膠體粒子等凝集、沉淀的特殊天然高分子化合物，是利用 生物技術，通過微生物發酵、提取、精制而得到的具有生物易降解性 和環境安全性的一種新型、高效的水處理劑，主要由多糖、糖蛋白、 纖維素、DNA、蛋白質及脂肪等組成。2. 生產微生物絮凝劑的兩個關鍵問題其一，獲得具有高產微 生物絮凝劑的菌株微生物絮凝劑的合成嚴格受遺傳基因的控制，并 且近幾年也發現了產絮凝劑的基因， 一般因產絮凝劑的基因片斷不同，所產絮凝劑分子結構則不同。從20世紀50年代開始至今的研究 文獻中看，迄今已發現的產絮凝劑的微生物多達25種以上，它們分 布于細菌、放線菌、霉菌和酵母菌之中。獲得了高效的菌種才能夠保 證高產絮凝劑。其二，發酵條件包括培養基的成分、培養基的PH值、培養溫度、通氣量、培養時間、攪拌速率、外加離子種類和離子 強度等在內的產生微生物絮凝劑菌種的培養條件，對于不同的菌株這 些條件應該有些差別。3. 目前微生物絮凝劑開發過程中存在的問題近年來生物聚合物作為絮凝劑倍受關注，尤其是穩定性高且絮凝活性高的多糖類絮凝劑。目前微生物絮凝劑所存在的問題是生產成本高，難以大規模工業 化生產和使用。其主要原因是由于微生物生長所需培養基價格高，提 純時所需化學藥品使用量大。
4. 關于Klebsiella sp菌生產絮凝劑的研究現狀A7e力w'e77a /777e鵬o/^'ae能夠產生多糖類物質，早在1999年We力w'e77a印作為 產生微生物絮凝劑菌屬被分離和認識。隨后，A7Ww'WZ3產生的多 糖類物質的結構被鑒定。有報道利用A7WWe77a /^Zu7is發酵奶制 品企業廢水生產絮凝劑。2007年文獻報道基于氧化還原電位快速分 離yWe6w'e77a p/ ei/yz7om'ae的變種，以提高1. 3-丙二醇的產出能力。 目前還未看到利用^/eZ7W'e7Z9 ;7"ei//z70/7&e發酵淀粉廢水生產絮凝劑 的報道。
5. 關于微生物生產絮凝劑的培養基優化研究現狀目前大多微 生物絮凝劑發酵培養基碳源用葡萄糖10-20g/L，氮源用酵母膏 (0.5g/L)、脲(0.5g/L)、蛋白胨(1.0g/L)或硫酸銨等復合物，磷源 用K2HP04 (5g/L)和KH2P04 (2g/L)的復合物。使絮凝劑價格高居不 下，主要是培養基中使用了這些價格貴的試劑。近年來有使用廢棄碳 源發酵生產絮凝劑，可使絮凝劑成本有所降低，但利用微生物處理水， 投加絮凝劑費用仍在1-1.5元/噸水之間，而無機絮凝劑處理水相應 費用約在0. 1-0. 3元/噸水范圍內。因此，盡管微生物絮凝劑為綠色 水處理劑，安全無毒，但不具備價格競爭優勢，目前沒有得到大規模 生產和使用。
6. 關于微生物絮凝劑應用方法的研究現狀微生物絮凝劑價格 高，為了獲得高的絮凝劑效率和少的投加量，在應用研究中發現，無 機陽離子，尤其是Ca2+能夠作為微生物絮凝劑的助凝劑。在不影響絮凝效果的情況下，能夠將Ca2+和少量的Fe3+(0. 3ppm以下)和Al3+(0. 3ppm 以下)復配使用，以明顯降低微生物絮凝劑的使用量的研究未見報道。發明內容本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種微 生物絮凝劑的生產方法，用該方法生產的微生物絮凝劑可以獲得高的 絮凝效率和少的投加量。為解決上述技術問題，本發明解決技術問題的技術方案是這樣的以淀粉廢水作為碳源，利用復合氮源發酵生產絮凝劑，該培養工 藝為COD為1. 2-1. 5萬mg/L的淀粉廢水經過曝氣預發酵后，加入 200-500mg/L的氮源、300-800mg/L的磷、10-25mg/L的硫酸鎂，調 至p朋.O- 8.0，高壓滅菌后接入克雷伯氏菌屬種子液，經生物搖床 曝氣，培養24 44h后收獲絮凝劑粗品。所述氮源為硫酸銨和脲的復合氮源。所述曝氣預發酵為室溫下敞開容器中，用酒粬好氧發酵3-10h。 所述克雷伯氏菌屬種子液的光密度為1. 5-1. 8。 所述克雷伯氏菌屬種子液接種量為在100ml生產微生物絮凝劑 的培養液中接種所述克雷伯氏菌屬種子液O. l-2ml。 所述生物搖床速度為150-170r/min。 所述培養溫度為25-35 °C。 所述培養時間為24 44h。本發明要解決的另一個技術問題是本發明還提供一種微生物絮 凝劑的使用方法，用該生物絮凝劑進行水處理時能降低水處理費用。 為解決上述技術問題，本發明解決技術問題的技術方案是這樣的 所述生物絮凝劑與鈣離子、鋁離子或鐵離子復合使用，其中鈣離子投加濃度72-180mg/L，鋁離子和鐵離子均在0. 2-0. 6mg/L范圍內。 本發明的有益效果是按照大多文獻中使用的培養基，發酵生產微生物絮凝劑的成本每 噸液體絮凝劑粗品約為110-150元，其中，碳源費用約占總成本的 2/3，酵母膏費用約占總成本的1/4。目前文獻中使用的培養基中磷 源含量能夠達到7g/L,這樣，生產絮凝劑的發酵培養基成本中磷源 費用可占總成本的1/5。本發明生產絮凝劑的培養基中碳源利用高濃度淀粉廢水，氮源僅 利用硫酸銨和脲，且摸索到了合理的淀粉廢水和氮源的投加量，與文 獻相比，磷源的投加量降低了 30-70%。這樣使微生物絮凝劑生產成 本降低到文獻報道中的約5.3%。本絮凝劑在使用時與金屬離子進行 復配使用，使絮凝劑的投加量降低2-4倍。因此，按照本發明提供的 絮凝劑發酵工藝及其使用方法，處理高濁度廢水或高濁度地表水時 (水中懸浮固體物SS約為5g/L)，SS去除率達到95%以上的情況下， 處理時需要投加絮凝劑的費用約0. 2_0.10元/噸水。
具體實施方式
本發明利用從城市污水處理廠的活性污泥中分離出的一株產絮 凝齊U菌,該菌屬克雷伯氏菌屬[Klebsiella pneumoniae (Schroeter) Trevisan];該菌株的篩選分離過程如下活性污泥樣品經稀釋、富 集培養、用3CTC的電熱恒溫培養箱培養平板培養，反復劃線獲取單 個菌落。對篩選培養基平板上，生長旺盛，較有粘性的單個菌落，再 進行多次劃線分離，直至用鏡檢確定菌體為較純的單菌落。利用絮凝 效果實驗對初篩的菌株進行復篩。最后獲得該菌株，并鑒定為克雷伯 氏菌屬。實施例一、生產生物絮凝劑的方法1. 培養基適當預發酵的淀粉廢水(COD: 1. 2萬)；脲900 mg/L; 硫酸銨500 mg/L;磷酸二氫鉀150 mg/L;磷酸氫二鉀400 mg/L;氯 化鈉100 mg/L;硫酸鎂200 mg/L。所產生物絮凝劑使水體中SS去除 率可達88%左右。2. 適當預發酵的淀粉廢水(C0D: 1.3萬)；脲400 mg/L;硫酸 銨1400mg/L;磷酸二氫鉀200 mg/L;磷酸氫二鉀350 mg/L;氯化鈉 100 mg/L;硫酸鎂180 mg/L。所產絮凝劑使水體中SS去除率可達可 達84%左右。3. 適當預發酵的淀粉廢水(COD: 1.3萬)；脲400 mg/L;硫酸 銨400 mg/L;磷酸二氫鉀100mg/L;磷酸氫二鉀450 mg/L;氯化鈉 150 mg/L;硫酸鎂200 mg/L。所產絮凝劑使水體中SS去除率可達可 達87%左右。4. 適當預發酵的淀粉廢水(COD: 1.4萬)；脲350 mg/L;硫 酸銨650 mg/L;磷酸二氫鉀100 mg/L;磷酸氫二鉀300 mg/L;氯化 鈉100 mg/L;硫酸鎂200 mg/L。所產絮凝劑使水體中SS去除率可達 可達90%左右。5. 適當預發酵的淀粉廢水(COD: 1.4萬)；脲300 mg/L;硫酸 銨1400mg/L;磷酸二氫鉀150 mg/L;磷酸氫二鉀300 mg/L;氯化鈉 100 mg/L;硫酸鎂250 mg/L。所產絮凝劑使水體中SS去除率可達可 達90%左右。6. 適當預發酵的淀粉廢水(COD: 1.5萬)；脲200 mg/L;硫酸 銨500 mg/L;磷酸二氫鉀100 mg/L;磷酸氫二鉀300 mg/L;氯化鈉100 mg/L;硫酸鎂200 mg/L。所產絮凝劑使水體中SS去除率可達可 達89%左右。二、生物絮凝劑的使用方法1、 用(1.0ml )生物絮凝劑與(2ml )20g/L的含鈣離子溶液、 (4ml) 4.0mg/L含鋁離子的溶液或1. 7mg/L含鐵離子的溶液復合使用，能處理(100ml)高濁廢水，絮凝效果達到92%。對比實驗處理(100ml)高濁廢水，用(lml )生物絮凝劑， 不加鈣離子、鋁離子或鐵離子時，絮凝效果為70%2、 用(2ml)生物絮凝劑與(4ml )15g/L的含鈣離子的溶液、(2ml) 3. Omg/L含鋁離子的溶液或2. Omg/L含鐵離子的溶液復合使用，能處 理(100ml)高濁廢水，絮凝效果達到90%。對比實驗處理(100ml)高濁廢水，用(2ml)生物絮凝劑，不 加l 離子、鋁離子或鐵離子時，絮凝效果為78%。3、 用(1.5ml)量生物絮凝劑與(3ml) 19 mg/L的含鈣離子的溶 液，(3ml) 3. 5mg/L含鋁離子或1. 5mg/L含鐵離子的溶液復合使用， 能處理(100ml)高濁廢水，絮凝效果達到88%。對比實驗處理(100ml)高濁廢水，用(3ml)生物絮凝劑，不 加鈣離子、鋁離子或鐵離子時，絮凝效果為75%。
權利要求
1、一種微生物絮凝劑的生產方法，其特征是以淀粉廢水作為碳源，用復合氮源發酵生產絮凝劑，該培養工藝為COD為1.2-1.5萬mg/L的淀粉廢水經過曝氣預發酵后，加入200-500mg/L的氮源、300-800mg/L的磷及10-25mg/L的硫酸鎂，調至pH6.0-8.0，高壓滅菌后接入克雷伯氏菌屬種子液，經生物搖床曝氣，培養24～44h后收獲絮凝劑粗品。
2、 根據權利要求1所述的微生物絮凝劑的生產方法，其特征是所 述氮源為硫酸銨和脲的復合氮源。
3、 根據權利要求1或2所述的微生物絮凝劑的生產方法，其特征是 所述曝氣預發酵過程為室溫下敞開容器中，用酒粬好氧發酵3-10h。
4、 根據權利要求1或2所述的微生物絮凝劑的生產方法，其特征是 所述克雷伯氏菌屬種子液的光密度為為1. 5-1. 8。
5、 根據權利要求1或2所述的微生物絮凝劑的生產方法，其特征是 所述克雷伯氏菌屬種子液接種量為在100ml生產微生物絮凝劑的培 養液中接種所述克雷伯氏菌屬種子液O. 1-2ml。
6、 根據權利要求1或2所述的微生物絮凝劑的生產方法，其特征是 所述生物搖床速度為150-170r/min。
7、 根據權利要求1或2所述的微生物絮凝劑的生產方法，其特征是 所述培養溫度為25-35 °C。
8、 根據權利要求1或2所述的微生物絮凝劑的生產方法，其特征是: 所述培養時間為24 44h。
9、 一種權利要求1所生產微生物絮凝劑的使用方法，其特征是所 述生物絮凝劑與鈣離子、鋁離子或鐵離子復合使用。
10、 根據權利要求9所述的微生物絮凝劑的使用方法，其特征是所述鈣離子投加濃度72-180mg/L,鋁離子和鐵離子均在0. 2-0. 6mg/L 范圍內。
全文摘要
本發明公開了一種微生物絮凝劑的生產方法，以淀粉廢水作為碳源，利用復合氮源發酵生產絮凝劑，該培養工藝為COD為1.2-1.5萬mg/L的淀粉廢水經過曝氣預發酵后，加入200-500mg/L的氮源、300-800mg/L的磷、10-25mg/L的硫酸鎂，調至pH6.0-8.0，高壓滅菌后接入克雷伯氏菌屬種子液，經生物搖床曝氣，培養24～44h后收獲絮凝劑粗品，用該方法生產的微生物絮凝劑可以獲得高的絮凝效率和少的投加量。本發明還公開了一種微生物絮凝劑的使用方法，所述生物絮凝劑與鈣離子、鋁離子或鐵離子復合使用，其中鈣離子投加濃度72-180mg/L，鋁離子和鐵離子均在0.2-0.6mg/L范圍內。用該生物絮凝劑進行水處理時能降低水處理費用。
文檔編號C12P1/04GK101225405SQ20081001735
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月21日 優先權日2008年1月21日
發明者玲 和, 培 李, 李軍強, 進 毛, 聶麥茜, 蔡琳暉, 賈建慧 申請人:西安建筑科技大學