專(zhuān)利名稱(chēng)：抗洪救災(zāi)飲水專(zhuān)用生物絮凝劑發(fā)酵液和絮凝劑的生產(chǎn)方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種抗洪救災(zāi)飲水專(zhuān)用生物絮凝劑發(fā)酵 液和絮凝劑的生產(chǎn)方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
我國(guó)是一個(gè)夏季多暴雨的國(guó)度，近年來(lái)，受全球氣候變化的影響，我國(guó)的災(zāi)害性天 氣日益嚴(yán)重，洪澇災(zāi)害更是頻繁發(fā)生。洪澇災(zāi)害常將地面大量泥沙沖入水中，地下水和水源 水水質(zhì)受到不同程度的污染，造成飲用水中泥沙含量增大，渾濁度升高；細(xì)菌量增大，致使 人畜飲水困難。因此，為洪澇災(zāi)區(qū)提供符合條件的飲用水成為救災(zāi)工作的重要內(nèi)容之一，直 接影響著抗洪救災(zāi)工作的順利開(kāi)展。通常，采用絮凝劑對(duì)含有沉淀物的水源水進(jìn)行絮凝后供人們飲用。常用的絮凝劑 分為無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑和生物絮凝劑。無(wú)機(jī)絮凝劑主要有聚合氯化鋁、聚合氯化鐵 (PFC)等，使用時(shí)存在著使用量大，鋁鹽有毒性，長(zhǎng)期飲用則可能導(dǎo)致老年性癡呆癥等問(wèn)題， 不利于人體健康。有機(jī)絮凝劑包括淀粉等天然絮凝劑和聚丙烯酰胺等人工合成有機(jī)絮凝 劑。淀粉類(lèi)天然絮凝劑效果欠佳，使用較少；聚丙烯酰胺是目前使用最多的人工合成有機(jī) 絮凝劑，如用于生活污水處理后的絮凝沉淀，但由于聚丙烯酰胺單體是很強(qiáng)的神經(jīng)毒素和 具有強(qiáng)致癌性，發(fā)達(dá)國(guó)家嚴(yán)格規(guī)定了其使用濃度。美國(guó)規(guī)定聚丙烯酰胺的最大允許濃度為 lmg/L，英國(guó)規(guī)定聚丙烯酰胺的投加量平均不得超過(guò)0. 5mg/L，最大投加量不得超過(guò)lmg/L。生物絮凝劑被稱(chēng)為第三代絮凝劑，是以現(xiàn)代生物技術(shù)為手段，通過(guò)微生物發(fā)酵、抽 提、精制等步驟獲得。生物絮凝劑主要成份為天然高分子物質(zhì)，具有高效、無(wú)毒、易降解、無(wú) 二次污染等特點(diǎn)，有效地克服了無(wú)機(jī)絮凝劑和人工合成有機(jī)絮凝劑在安全和環(huán)境方面存在 的問(wèn)題，是環(huán)境友好型的綠色絮凝劑，越來(lái)越受到各國(guó)水處理工作者的重視。盡管生物絮凝劑具有上述優(yōu)點(diǎn)，但目前其推廣應(yīng)用仍受到制約，主要原因在于 絮凝劑生產(chǎn)成本高、絮凝劑產(chǎn)量較低等。為了降低生產(chǎn)成本，人們嘗試采用工農(nóng)業(yè)農(nóng)副 產(chǎn)物生產(chǎn)絮凝劑的研究，以專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00710158897.0為代表相關(guān)專(zhuān)利技術(shù)分別報(bào)道 了以谷氨酸發(fā)酵廢水、豆渣、制氫廢液等廢棄物為原料生產(chǎn)生物絮凝劑，專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?200410043861. 4的專(zhuān)利則探討了以纖維素類(lèi)生物質(zhì)材料為原材料，生產(chǎn)復(fù)合型生物絮凝劑 的二段式發(fā)酵方法，在這些專(zhuān)利技術(shù)中，將廢棄物中的碳源作為生物絮凝劑生產(chǎn)所需的碳 源物質(zhì)以降低生產(chǎn)成本，沒(méi)有涉及到生物絮凝劑生產(chǎn)過(guò)程中所需的氮源物質(zhì)。。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單易行、成本低廉的抗洪救災(zāi)飲水專(zhuān)用生物 絮凝劑發(fā)酵液的生產(chǎn)方法和絮凝劑的生產(chǎn)方法，以及絮凝劑發(fā)酵液在被洪水污染的水源水 處理中的應(yīng)用。本發(fā)明中，發(fā)酵菌種為褐球固氮菌(AzotcAacter chroococcum)，從中國(guó)科學(xué)院微生物所菌種保存中心購(gòu)買(mǎi)，該菌株具有很強(qiáng)的產(chǎn)生胞外多糖的能力。褐球固氮菌又稱(chēng)圓褐固氮菌，球形、對(duì)生、菌體呈“8”字形排列。褐球固氮菌的固 氮能力較強(qiáng)，細(xì)胞外形成厚厚的以多糖為主要成分的莢膜。褐球固氮菌能分泌生長(zhǎng)素類(lèi)物 質(zhì)，能促進(jìn)植株生長(zhǎng)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上已作為微生物肥料生產(chǎn)菌制成菌劑施用，以提高農(nóng)作物的 產(chǎn)量。因而，褐球固氮菌已被證實(shí)無(wú)毒無(wú)害，用于生產(chǎn)抗洪救災(zāi)飲水專(zhuān)用生物絮凝劑，具有 安全性高的特點(diǎn)；同時(shí)，褐球固氮菌的自生固氮特性，發(fā)酵過(guò)程中不需再添加其他無(wú)機(jī)或有 機(jī)氮源，可以有效降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明首先提供一種抗洪救災(zāi)飲水專(zhuān)用生物絮凝劑發(fā)酵液的生產(chǎn)方法，將褐球固 氮菌活化、培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，作為種子液接種至無(wú)氮培養(yǎng)液中，經(jīng)發(fā)酵獲得專(zhuān)用生物絮凝 劑發(fā)酵液。所述的方法，所述無(wú)氮培養(yǎng)液的最佳碳源為蔗糖，濃度為8g/L。所述的方法，所述發(fā)酵過(guò)程中，以無(wú)氮培養(yǎng)液所含的空氣中的隊(duì)作為氮源。所述的方法，所述發(fā)酵過(guò)程中，添加的無(wú)機(jī)鹽分別為磷酸氫二鉀0. 8g/L和硫酸鎂 0.5g/L0所述的方法，所述發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵條件為，轉(zhuǎn)速150r/min，發(fā)酵溫度，培 養(yǎng)時(shí)間為48小時(shí)。本發(fā)明還提供一種抗洪救災(zāi)飲水專(zhuān)用生物絮凝劑發(fā)酵液在在被洪水污染的飲用 水源水處理中的應(yīng)用，向污染水源水中加入所述生物絮凝劑或發(fā)酵液，添加CaCl2為助凝 劑，所述CaCl2添加量為0. 5g/L。本發(fā)明還提供一種抗洪救災(zāi)飲水專(zhuān)用生物絮凝劑制品的生產(chǎn)方法，將活化的褐球 固氮菌培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，作為種子液接種至無(wú)氮培養(yǎng)液中，發(fā)酵后即可獲得專(zhuān)用生物絮 凝劑發(fā)酵液，發(fā)酵液再經(jīng)離心、丙酮沉淀、乙醇洗滌、真空干燥即獲得生物絮凝劑制品。絮凝試驗(yàn)表明，該生物絮凝劑對(duì)受洪水污染的井水和水源水有良好的處理效果， 絮凝率達(dá)到92. 3%，CODcr去除率達(dá)到93%將上述生物絮凝劑發(fā)酵液6000r/min離心20min，去除菌體，上清液貯存于4°C冰 箱冷卻40min，加入1倍體積預(yù)冷的丙酮，充分?jǐn)嚢杌靹?，出現(xiàn)絮凝沉淀后，4°C放置12小時(shí)， 6000r/min離心lOmin，棄去上清液，沉淀用70%乙醇洗滌2_3次，真空冷凍干燥，即可得到 生物絮凝劑粗制品，顏色為淡黃色，平均產(chǎn)率可達(dá)6. 25g/L。紫外吸收試驗(yàn)、Molish試驗(yàn)、蒽酮試驗(yàn)結(jié)果表明，該生物絮凝劑的成分主要為多 糖；溫度試驗(yàn)結(jié)果顯示，該絮凝劑具有耐高溫特點(diǎn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)酵過(guò)程中不需要添加氮源物質(zhì)，生產(chǎn)成本較低，符合低碳經(jīng)濟(jì) 理念，生產(chǎn)過(guò)程中不容易污染其他微生物，獲得的絮凝劑活性較高，開(kāi)發(fā)的絮凝劑針對(duì)性 強(qiáng)，可用于解決抗洪救災(zāi)等自然災(zāi)害突發(fā)性事件中災(zāi)區(qū)群眾遭遇的臨時(shí)性飲水困難，具有 良好的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明中，生產(chǎn)生物絮凝劑的菌株為褐球固氮菌(AzotcAacter chroococcum)，該 菌株在阿須貝無(wú)氮培養(yǎng)基的主要特征是菌落圓形、較大，凸起，表面濕潤(rùn)，初期白色或乳白 色，培養(yǎng)7天后，菌落表面顏色呈現(xiàn)黑褐色。
以下結(jié)合具體實(shí)施案例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1菌種活化配制阿須貝無(wú)氮斜面培養(yǎng)基，接種生產(chǎn)菌株，28°C培養(yǎng)72小時(shí)，備用。種子液準(zhǔn)備種子液配方為，葡萄糖10g/L、磷酸氫二鉀0. 8g/L、硫酸鎂0. 5g/L，自來(lái)水IOOOmL, PH持自然。配制培養(yǎng)液50mL，分裝于200mL三角瓶，115°C滅菌30min，冷卻后接種經(jīng)活化的 菌種，28 °C培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，培養(yǎng)液OD值約為0. 6。生物絮凝劑發(fā)酵生產(chǎn)按最佳發(fā)酵培養(yǎng)基配方，蔗糖8g/L、磷酸氫二鉀0. 8g/L、硫酸鎂0. 5g/L，自來(lái)水 IOOOmL, pH持自然。配制無(wú)氮培養(yǎng)液2000mL，分裝、滅菌，冷卻后按3% (ν/ν)接種對(duì)數(shù)生 長(zhǎng)期的種子液，28°C、150r/min振蕩培養(yǎng)48h，即可獲得專(zhuān)用生物絮凝劑發(fā)酵液。絮凝效果測(cè)定取受洪水污染的井水IOOmL,置于250mL燒杯中，加入1. OmL上述生物絮凝劑發(fā)酵 液，添加50mg的CaCl2助凝劑，先快速攪拌lmin，再慢速攪拌3min，靜置lOmin，水體迅速絮 凝分層，將上清液轉(zhuǎn)入另一燒杯，用紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)定上清液在550nm處的吸光 度，同時(shí)以空白培養(yǎng)液作對(duì)照實(shí)驗(yàn)，按照公式絮凝率=(A-B)/AX 100%，式中A:空白上 清液在^Onm處的吸光度；B 樣品上清液在550nm處的吸光度，計(jì)算出該絮凝劑的絮凝率 為92.5% ；同時(shí)取上清液，測(cè)定出CODcr去除率為93.3%。生物絮凝劑制品獲取將上述生物絮凝劑發(fā)酵液6000r/min離心20min，去除菌體后收集上清液1600mL， 將上清液貯存于4°C冰箱冷卻40min，加入等體積的事先預(yù)冷的丙酮，充分?jǐn)嚢杌靹颍芤?中出現(xiàn)絮凝沉淀后，4°C靜置12小時(shí)，6000r/min離心lOmin，棄去上清液，沉淀用70 %乙 醇洗滌2-3次，真空冷凍干燥，得到了生物絮凝劑粗制品12. 5g，其顏色為淡黃色，水溶性良 好。實(shí)施例2菌種活化生產(chǎn)菌株用阿須貝無(wú)氮斜面培養(yǎng)基活化，28°C培養(yǎng)72小時(shí)備用。種子液準(zhǔn)備按配方葡萄糖10g/L、磷酸氫二鉀0. 8g/L、硫酸鎂0. 5g/L，自來(lái)水IOOOmL,配制種 子液50mL，pH持自然。分裝于200mL三角瓶，115°C滅菌30min，冷卻后接種活化備用的菌 種，150r/min、30°C培養(yǎng)至OD值為0. 8，此時(shí)菌種處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。生物絮凝劑發(fā)酵生產(chǎn)按最佳發(fā)酵培養(yǎng)基配方，蔗糖8g/L、磷酸氫二鉀0. 8g/L、硫酸鎂0. 5g/L，自來(lái)水 IOOOmL, pH持自然，配制無(wú)氮培養(yǎng)液3000mL，分裝于6只2500mL三角瓶，121°C滅菌30min， 冷卻至室溫后，按3% (ν/ν)接種對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的種子液，28°C、150r/min振蕩培養(yǎng)48h，即可 獲得專(zhuān)用生物絮凝劑發(fā)酵液。絮凝效果測(cè)定取受洪水污染的水源水IOOmL,置于250mL燒杯中，加入1. OmL生物絮凝劑發(fā)酵液，添加50mg的CaCl2助凝劑，先快速攪拌lmin，再慢速攪拌3min，靜置lOmin，水體迅速絮凝 分層，將上清液轉(zhuǎn)入另一燒杯，用紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)定上清液在550nm處的吸光度， 同時(shí)以空白培養(yǎng)液作對(duì)照實(shí)驗(yàn)，按照公式絮凝率=(A-B)/AX100%，式中A:空白上清液 在550nm處的吸光度；B 樣品上清液在550nm處的吸光度，計(jì)算出該絮凝劑的絮凝率；同時(shí) 取上清液，測(cè)定出CODcr去除率。重復(fù)測(cè)定2次，取平均值，測(cè)得該絮凝劑對(duì)受洪水污染的 水源水平均絮凝率為93. 2%, CODcr平均去除率為92. 8%。生物絮凝劑粗制品獲取將上述生物絮凝劑發(fā)酵液6000r/min離心20min，去除菌體后收集上清液2500mL， 將上清液貯存于4°C冰箱冷卻40min，加入等體積已經(jīng)預(yù)冷的丙酮，充分?jǐn)嚢?，溶液中隨即 出現(xiàn)絮凝沉淀，置4°C冰箱12小時(shí)，6000r/min離心lOmin，棄去上清液，沉淀用70%乙醇 洗滌2-3次，真空冷凍干燥，得到了生物絮凝劑粗制品19. 22g，該生物絮凝劑出制品顏色淡 黃，具有良好的水溶性。應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)人員而言，對(duì)上述說(shuō)明中的條件加以改進(jìn)或 變換，例如改變培養(yǎng)基配方等，而這些改進(jìn)和變換都屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種抗洪救災(zāi)飲水專(zhuān)用生物絮凝劑發(fā)酵液的生產(chǎn)方法，其特征在于將褐球固氮菌 培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，接種至無(wú)氮培養(yǎng)液中，經(jīng)過(guò)發(fā)酵過(guò)程，即可獲得專(zhuān)用生物絮凝劑發(fā)酵 液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述無(wú)氮培養(yǎng)液的最佳碳源為蔗糖，濃度 為 8g/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵過(guò)程中，以無(wú)氮培養(yǎng)液所含的空 氣中的N2作為氮源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵過(guò)程中，添加的無(wú)機(jī)鹽分別為磷 酸氫二鉀0. 8g/L和硫酸鎂0. 5g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵條件為，轉(zhuǎn)速150r/ min，發(fā)酵溫度^_30°C，培養(yǎng)時(shí)間為48小時(shí)。
6.一種抗洪救災(zāi)飲水專(zhuān)用生物絮凝劑發(fā)酵液在飲用水處理中的應(yīng)用，其特征在于，向 所處理的受洪水污染的水源水中加入所述生物絮凝劑發(fā)酵液后，以CaCl2為助凝劑，所述 CaCl2添加量為0. 5g/L。
7.一種抗洪救災(zāi)飲水專(zhuān)用生物絮凝劑，其特征在于，接種褐球固氮菌至無(wú)氮培養(yǎng)液中， 經(jīng)過(guò)發(fā)酵獲得專(zhuān)用生物絮凝劑發(fā)酵液，再經(jīng)離心、丙酮沉淀、乙醇洗滌、真空干燥后得到生 物絮凝劑制品。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了抗洪救災(zāi)飲水專(zhuān)用生物絮凝劑的生產(chǎn)方法及其應(yīng)用，將褐球固氮菌經(jīng)過(guò)活化、培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，作為種子液接種于無(wú)氮培養(yǎng)液中，經(jīng)發(fā)酵獲得專(zhuān)用生物絮凝劑發(fā)酵液，發(fā)酵液體再經(jīng)離心、丙酮沉淀、乙醇純化、干燥后得到純度較高的生物絮凝劑制品。采用該方法生產(chǎn)絮凝劑無(wú)需外加氮源，具有生產(chǎn)成本較低、絮凝活性較高、針對(duì)性強(qiáng)、應(yīng)用前景好的特點(diǎn)，可有效地解決抗洪救災(zāi)期間人民群眾臨時(shí)性飲水困難的問(wèn)題。
文檔編號(hào)C02F1/56GK102061313SQ20101053868
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者劉益志, 王紫 申請(qǐng)人:王紫