CN114249433B

CN114249433B - 一种生物絮凝剂及其制法与用途

Info

Publication number: CN114249433B
Application number: CN202011018007.8A
Authority: CN
Inventors: 田凤蓉; 王开春; 孙文妮; 王强; 徐军; 张璐璐; 洪磊
Original assignee: Bluestar Lehigh Engineering Institute
Current assignee: Bluestar Lehigh Engineering Institute
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2023-03-21
Anticipated expiration: 2040-09-24
Also published as: CN114249433A

Abstract

本发明公开了一种生物絮凝剂，属环保微生物领域，该生物絮凝剂由以下重量分数的原料组成：70份~90份嗜盐鱼芽孢杆菌LH‑B.0015发酵液，5份~15份膨润土，1份~5份硅藻土，1份~5份硫酸亚铁，1份~5份碳酸镁，2份~5份氯化钙。本发明还公开了该生物絮凝剂的制备方法与用途。本发明的生物絮凝剂含有的嗜盐鱼芽孢杆菌LH‑B.0015耐盐范围是1%‑30%，可以在盐度1%‑25%范围内合成絮凝剂。该菌株用于高盐环境下的生物絮凝，可以有效解决高盐环境下絮凝难题，降低处理成本，具有良好的应用前景。

Description

一种生物絮凝剂及其制法与用途

技术领域

本发明涉及环保微生物领域，特别是一种生物絮凝剂。本发明还步及前述生物絮凝剂及其制法与用途。

背景技术

当前，在废水净化处理、发酵及食品加工等领域，微生物絮凝剂已被广泛应用。与化学絮凝剂相比，微生物絮凝剂安全无毒、高效环保等特点使其具有广阔的应用前景，受到越来越多的研究者的关注。微生物絮凝剂是通过微生物发酵培养、抽提而获得的一种具有生物可降解性和安全性的高效、无毒、经济的生物聚合物。絮凝能够有效去除80％-95％的悬浮物质和65％-95％的胶体物质，可有效降低水中的COD值；并且通过絮凝净化，通常能将水中90％以上的微生物和病毒一并转入污泥中，使得对水进行消毒和杀菌变得容易。絮凝效果如何关键取决于絮凝剂的选择上，同时考虑高效、安全无毒、可生物降解、对环境和人类健康无害等特点，而利用生物技术，通过微生物发酵、分离提取其代谢产物而得到的微生物絮凝剂即具有此优点。

目前，针对淡水处理的微生物絮凝剂的应用研究取得进展，如日本学者仓根隆一郎等人于1986年发现的红平红球菌(Rhodococcuserythropolis)，该菌制成的微生物絮凝剂NOC-1对泥浆水、河水、粉煤灰水、活性碳粉水、膨胀污泥、纸浆废水等均有极好的絮凝和脱色效果。

极端环境如高盐、高渗透压、高pH等会通过改变微生物絮凝剂的空间构象而影响其絮凝活性，—般微生物絮凝剂难以处理高盐度废水。因此，研究微生物絮凝剂在极端环境下保持结构稳定，提高絮凝活性和絮凝率方面受到越来越多的关注。嗜盐菌由于其本身具有耐盐特性，其产生的多糖、酶等在高盐条件下也能够发挥效能，因此通过嗜盐菌发酵制备微生物絮凝剂也成为高盐废水处理技术研究热点。2011年，Leonard利用从海水中分离出的菌株Halomonas sp.OKOH合成一种多糖类的微生物絮凝剂，对高岭土悬浮液具有较高絮凝活性。

大连海事大学吴美娟(吴美娟，微生物絮凝剂产生菌合成条件及应用研究，2016年硕士学位论文)从盐池底泥中筛选得到微生物絮凝剂合成茵株W03，在高岭土悬浮液中的具有较高絮凝活性，其絮凝活性成分为多糖，综合絮凝活性实验结果，确定该絮凝剂为胞外多糖类微生物絮凝剂。高岭土悬浮液中，絮凝剂絮凝体系中最适多糖添加量为4％、最适絮凝温度为30℃、pH值为8、NaCl为90g/L、7min絮凝率达到最高值75.9％。

现有技术关于嗜盐菌的絮凝能力报道较少，尤其是在盐度≥15％的条件下，能够实现絮凝的菌。从环境中获取耐盐能力大于15％的嗜盐絮凝是高盐废水生物处理需要解决的关键技术问题。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是针对现有技术的不足，提供一种新的可以适用于高盐环境的含嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015发酵产物的絮凝剂。

本发明的另一个问题是提供上述含嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015生物絮凝剂的用途，是为解决高盐条件下的生物絮凝问题，尤其是盐度≥15％条件下的生物絮凝问题。

本发明公开的嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015，根据其形态特征和生理生化特征及16SrRNA基因序列在Genbank中的检索结果，分类命名为Piscibacillus halophilus LH-B.0015。该菌株于2018年8月20日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC NO:16318。本发明的嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015的16SrRNA序列长度为1430bp。

本发明的嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015能够在盐浓度1％-30％、pH6-11、温度15-45℃范围内生长，最适生长盐度为1％-25％，最适生长pH为7.0-8.5、最适生长温度为25-35℃。

本发明的嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015发酵液发酵培养最佳pH为7.0-9.0。

本发明的嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015发酵液在盐度1％～25％范围内发酵产微生物絮凝剂。

本发明的嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015发酵液发酵培养基碳源优选糖类培养基，如葡萄糖、蔗糖、甘油醛、乳糖、淀粉、纤维素、棉籽糖等一种或几种。

本发明的生物絮凝剂，其组成为：

嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015发酵液70份～90份；

膨润土5份～15份；

硅藻土1份～5份；

硫酸亚铁1份～5份；

碳酸镁1份～5份；

氯化钙2份～5份。

优选的生物絮凝剂重量配比为：

嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015发酵液75份～85份；

膨润土6份～12份；

硅藻土2份～3份；

硫酸亚铁2份～4份；

碳酸镁2份～4份；

氯化钙3份～4份。

进一步优选的生物絮凝剂重量配比为：

嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015的发酵液70份；

膨润土15份；

硅藻土5份；

硫酸亚铁3份；

碳酸镁2份；

氯化钙5份。

本发明生物絮凝剂中：所述的嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015的发酵液可以采以以下方法制备：

(1)培养基：葡萄糖250mg/L、蔗糖500mg/L、甘油醛200mg/L、氯化钠100～250g/L、纤维素100mg/L、淀粉250mg/L、乙酸钠250mg/L、硫酸铵500mg/L、微量元素少量，pH为7.0～9.0；液体培养基进行灭菌，同时控制好水分蒸发；

(2)培养基装入三角瓶中，接种嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015后在温度35℃、盐度1％～25％条件下发酵培养，培养过程中补充水分的散失，防止盐浓度的变化；培养48～72h后测定1％、10％、15％、20％、25％盐浓度条件下OD600值，培养物进行2～4次转接培养，每次转接后均培养48～72h；

(3)将三角瓶中的培养液接种到好氧发酵罐中，反复进行发酵培养，培养基不变；培养时间48～72h，培养温度为35℃、搅拌速度为100～120rpm，溶解氧为2.0～4.0mg/L；制得嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015发酵液。

本发明生物絮凝剂的制备可以按以下方法进行：按比例取嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015的发酵液，加入膨润土，硅藻土，硫酸亚铁，碳酸镁，氯化钙；搅拌混匀后，在45-55℃温度下喷雾干燥后，即得生物絮凝剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明的生物絮凝剂，包含嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015发酵培养物，嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015菌株通过发酵培养，能够分泌多糖、蛋白质、DNA等胞外聚合物，尤其发酵液中含有半乳糖胺、疏水氨基酸等，具有极高的絮凝活性，同时，由于该菌株属于嗜盐菌，耐受高渗透压及高盐环境，在1％-25％的盐度环境中能够发酵产生絮凝活性物质，对于高盐环境下的有机物及悬浮体系中的颗粒物由强大的捕捉、中和、吸附与促沉作用。同时，膨润土、硅藻土、硫酸亚铁、碳酸镁、氯化钙等物质的加入，其协同絮凝剂保护作用可以避免系统受到外界冲击时产生的不利条件的影响。本发明的生物絮凝剂在高盐废水的浊度、色度、有机物处理中有良好的应用效果。

附图说明：

图1是嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015与已知模式菌基于16SrRNA的最大简约法构建的系统发育树图

生物材料保藏信息

LH-B.0015，分类命名为Piscibacillus halophilus，保藏日期为2018年8月20日，保藏单位为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，保藏编号：CGMCC NO:16318。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。下列实施例中，如无特殊说明，均为常规方法。

实施例1，嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015分离与保藏

嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015是从海底底泥中分离得到。

配置NaCl浓度为20％的LB液体培养基，并加入甘油250mg/L、葡萄250mg/L、甲醇50mg/L，在30℃条件下对样品富集培养48h。利用YL固体培养基对富集培养液中的菌株进行分离。1L培养基中含有以下组分：葡萄糖：0.6g、柠檬酸三钠0.5g、甘油2mL、苯酚0.1g、苯胺0.05g、蛋白胨1.6g、磷酸氢二钾0.35g、磷酸二氢钾0.1g、硫酸铵0.25g、氯化铵0.25g、MgSO40.5g、CaCl2 0.1g、NaCl 180g；微量元素液10mL，pH7.0-7.2；琼脂2.5％。

微量元素液(1000mL)：MnCl₂·7H₂O 0.03g，H₃BO₃ 0.03g，CoCl₂·6H₂O 0.20g，CuCl₂·6H₂O，NiCl₂·6H₂O 0.02g，Na₂Mo₄·2H₂O 0.03g

菌株LH-B.0015保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC NO.16318，保藏日期为2018年8月20日。

实施例2，嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015的发酵产物制备

(1)培养基：葡萄糖250mg/L、蔗糖500mg/L、甘油醛200mg/L、氯化钠100～250g/L、纤维素100mg/L、淀粉250mg/L、乙酸钠250mg/L、硫酸铵500mg/L、微量元素少量，pH为7.0～9.0。液体培养基进行灭菌，同时控制好水分蒸发。

(2)上述培养基装入1L的三角瓶中，接种嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015后在温度35℃、盐浓度1％、10％、15％、20％、25％条件下发酵培养，培养过程中补充水分的散失，防止盐浓度的变化。培养48h后测定1％、10％、15％、20％、25％盐浓度条件下OD600值，培养物进行两次转接培养，每次转接后均培养48h。

(3)将1L三角瓶中的培养液接种到20L的好氧发酵罐中，反复进行发酵培养，培养基不变。培养时间48h，培养温度为35℃、搅拌速度为100rpm，溶解氧为2.0～4.0mg/L。

通过以上发酵制备获得1％、10％、15％、20％、25％盐度的嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015的发酵产物。

实施例3，生物絮凝剂的制备

取实施例2制得的1％、10％、15％、20％、25％盐度的嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015的发酵上清液70份，加入膨润土15份，硅藻土5份，硫酸亚铁3份，碳酸镁2份，氯化钙5份。搅拌混匀后，在45-55℃温度下喷雾干燥后，得到生物絮凝剂1、生物絮凝剂2、生物絮凝剂3、生物絮凝剂4、生物絮凝剂5。

取实施例2制得的1％、10％、15％、20％、25％盐度的嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015的发酵上清液80份，加入膨润土10份，硅藻土3份，硫酸亚铁3份，碳酸镁2份，氯化钙2份。搅拌混匀后，在45-55℃温度下喷雾干燥后，得到生物絮凝剂6、生物絮凝剂7、生物絮凝剂8、生物絮凝剂9、生物絮凝剂10。

取实施例2制得的1％、10％、15％、20％、25％盐度的嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015的发酵上清液90份，加入膨润土5份，硅藻土1份，硫酸亚铁1份，碳酸镁1份，氯化钙2份。搅拌混匀后，在45-55℃温度下喷雾干燥后，得到生物絮凝剂11、生物絮凝剂12、生物絮凝剂13、生物絮凝剂14、生物絮凝剂15。

实施例4，生物絮凝剂应用试验

取实施例3制得的生物絮凝剂各10g，分别加入50ml水中，溶解摇匀后，加入COD100mg/L、TN10mg/L、盐度分别为1％、10％、15％、20％、25％的废水中，投加量50mg/L，搅拌静置后测定废水中COD和TN的浓度，试验结果如下表所示：

表1生物絮凝剂处理废水的试验结果(单位：mg/L)

盐度	1％	10％	15％	20％	25％
						生物絮凝剂	生物絮凝剂1	生物絮凝剂2	生物絮凝剂3	生物絮凝剂4	生物絮凝剂5
COD	21.5	20.4	19.8	19.7	19.2
						TN	2.5	2.9	3.2	2.7	2.6
生物絮凝剂	生物絮凝剂6	生物絮凝剂7	生物絮凝剂8	生物絮凝剂9	生物絮凝剂10
						COD	15.7	13.5	12.1	13.2	12.8
TN	2.3	2.1	2.2	2.5	2.8
						生物絮凝剂	生物絮凝剂11	生物絮凝剂12	生物絮凝剂13	生物絮凝剂14	生物絮凝剂15
COD	10.2	11.5	11.1	10.0	10.5
						TN	2.2	2.8	2.1	2.4	2.5

由上表可以看出，各种类型的絮凝剂对于含有有机物的废水具有良好的絮凝效果，絮凝效果不受盐度的影响，且嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015的发酵液含量越高，生物絮凝剂对于有机物的去除效果越好。

实施例5，生物絮凝剂在榨菜废水处理中的应用

取实施例3制得的生物絮凝剂13，处理盐度12-15％的榨菜废水，废水COD2200mg/L、TN150mg/L、SS500mg/L，经本实施例的絮凝剂处理后(投加量为100mg/L，出水水质为COD700mg/L，TN 65mg/L，SS 40mg/L，具有较高的高盐废水处理效果。

实施例6，生物絮凝剂在循环冷却水RO浓水处理中的应用

取实施例3制得的生物絮凝剂12，处理盐度5-10％的循环冷却水RO浓水，废水COD500mg/L、TN30mg/L、色度350，浊度500NTU，经本实施例的絮凝剂处理后(投加量为100mg/L)，出水水质为COD150mg/L，TN 10mg/L，色度35，浊度60NTU，具有很好的处理效果。

实施例7，生物絮凝剂在VOCS吸收废水处理中的应用

取实施例3制得的生物絮凝剂11，处理盐度1-3％的VOCS吸收废水处，废水COD6000mg/L、TN50mg/L、色度150，浊度950NTU，经本实施例的絮凝剂处理后(投加量为100mg/L)，出水水质为COD500mg/L，TN 20mg/L，色度20，浊度150NTU，具有很好的处理效果。

Claims

1.一种生物絮凝剂，共特征在于：该生物絮凝剂包含保藏编号为CGMCC NO.16318的嗜盐鱼芽孢杆菌（Piscibacillus halophilus）LH-B.0015，其组成与重量配比为：

嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015发酵液 70份~90份；

膨润土 5份~15份；

硅藻土 1份~5份；

硫酸亚铁 1份~5份；

碳酸镁 1份~5份；

氯化钙 2份~5份；

所述的嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015发酵液的发酵培养pH为7.0-9.0；

所述的嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015在盐度1％～25％范围内发酵产嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015发酵液；

嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015发酵液制备时，嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015的发酵培养基碳源选自葡萄糖、蔗糖、甘油醛、乳糖、淀粉、纤维素、棉籽糖、乙酸钠、乳酸中一种或两种以上。

2.根据权利要求1所述的生物絮凝剂，其特征在于：生物絮凝剂重量配比为：

嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015 发酵液75份~85份；

膨润土 6份~12份；

硅藻土2份~3份；

硫酸亚铁2份~4份；

碳酸镁2份~4份；

氯化钙3份~4份。

3.根据权利要求1所述的生物絮凝剂，其特征在于：生物絮凝剂重量配比为：

嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015 发酵液 70份；

膨润土15份；

硅藻土5份；

硫酸亚铁3份；

碳酸镁2份；

氯化钙5份。

4.根据权利要求1所述的生物絮凝剂，其特征在于：所述的嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015的发酵液的制备方法是：

（1）培养基：葡萄糖250mg/L、蔗糖500mg/L、甘油醛200mg/L、氯化钠100～250g/L、纤维素100mg/L、淀粉250mg/L、乙酸钠250mg/L、硫酸铵500mg/L、微量元素少量，pH为7.0～9.0；液体培养基进行灭菌，同时控制好水分蒸发；

（2）培养基装入三角瓶中，接种嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015后在温度35℃、盐度1％～25％条件下发酵培养，培养过程中补充水分的散失，防止盐浓度的变化；培养48～72h后测定1%、10%、15%、20%、25%盐浓度条件下OD600值，培养物进行2～4次转接培养，每次转接后均培养48～72h；

（3）将三角瓶中的培养液接种到好氧发酵罐中，反复进行发酵培养，培养基不变；培养时间48～72h，培养温度为35℃、搅拌速度为100～120rpm，溶解氧为2.0～4.0mg/L；制得嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015发酵液。

5.一种如权利要求1-4任何一项所述的生物絮凝剂的制备方法，其特征在于：按比例取嗜盐鱼芽孢杆菌LH-B.0015的发酵液，加入膨润土，硅藻土，硫酸亚铁，碳酸镁，氯化钙；搅拌混匀后，在45-55℃温度下喷雾干燥后，即得生物絮凝剂。

6.权利要求1~5所述的生物絮凝剂的用途，其特征在于：所述的用途为该絮凝剂在处理盐度0％～25％废水净化处理中的应用。

7.根据权利要求6所述的用途，其特征在于：所述的生物絮凝剂对废水的净化作用为絮凝作用。