一种类芽孢杆菌产生的微生物絮凝剂及其应用的制作方法

本发明属于微生物絮凝剂水处理技术领域，具体涉及一种类芽孢杆菌产生的微生物絮凝剂及其应用。

背景技术：

生活污水和工业污水的大量排放对环境产生严重污染，影响生态平衡。絮凝剂与污水中的色素、固体悬浮颗粒、重金属离子等污染物能够进行结合，形成较大的絮凝体进而沉降，方便对各种污染物的集中处理，在经絮凝剂处理后，污水的水质得到净化。目前，絮凝剂大致可以分为三类：无机絮凝剂，包括铁盐、铝盐、聚合氯化铝、聚合氯化铁等；人工合成有机高分子絮凝剂，如聚丙烯酰胺及其衍生物；天然的生物絮凝剂，如微生物絮凝剂。

天然的微生物絮凝剂是微生物在发酵过程中产生的一类具有絮凝功能的代谢产物。微生物絮凝剂由多糖、蛋白质、糖蛋白和核酸等组成，其中又以多糖居多并发挥主要作用，微生物絮凝剂能使不易降解的固体悬浮颗粒和胶体粒子凝集沉降，具有良好的絮凝效果。微生物絮凝剂具有无毒、安全高效、生物可降解等优点，但如文献1(甘莉，孟召平，微生物絮凝剂的研究进展，水处理技术，2006，32(4):5-9)所述，用量大、成本高等问题严重制约微生物絮凝剂的生产与应用。目前，将微生物絮凝剂与其他絮凝剂进行复配使用，是微生物絮凝剂研究的一个方向，许多研究表明，微生物絮凝剂的复配使用不仅能提高絮凝效果，还可以大幅度减少絮凝剂的使用剂量，如文献2(黄兢，杨朝晖，孙珮石，微生物絮凝剂与聚合氯化铝复配的响应面优化，中国环境科学，2008，28(11):1014-1019)将微生物絮凝剂与氯化钙、聚合氯化铝复配使用，絮凝效果得到很大提升，但使用的聚合氯化铝投加量仍然比较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种类芽孢杆菌产生的微生物絮凝剂，并进一步提供该微生物絮凝剂在处理含金属离子废水中的应用。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种类芽孢杆菌产生的微生物絮凝剂，由保藏编号为CCTCC NO：M 2016615的类芽孢杆菌Paenibacillus sp.LX03产生。

所述的类芽孢杆菌Paenibacillus sp.LX03已于2016年11月3日保藏于中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏地址为湖北省武汉市武昌珞珈山武汉大学保藏中心。

本发明还提供上述类芽孢杆菌产生的微生物絮凝剂的制备方法，具体步骤如下：将类芽孢杆菌Paenibacillus sp.LX03接种至发酵培养基中，培养温度为30℃，摇床培育2～3天，发酵液经离心去除菌体后，加入2～3倍体积的乙醇析出胞外产物，胞外产物烘干后加水溶解，得到所述的微生物絮凝剂。

所述的发酵培养基的组成如下：淀粉20g/L，磷酸二氢钠1g/L，硝酸钾3g/L，氯化钙0.07g/L，氯化镁0.2g/L，七水合硫酸亚铁0.0125g/L，硫酸锰0.003g/L，氯化锌0.0075g/L，溶剂为蒸馏水，培养基pH为7.0～7.5。

本发明还提供一种复配絮凝剂，所述的复配絮凝剂由上述的微生物絮凝剂与含金属离子或聚合氯化铝溶液组成。

优选地，所述的微生物絮凝剂与金属离子化合物的质量比为1:1～5。

优选地，所述的金属离子为铁离子或铝离子。

优选地，所述的微生物絮凝剂的浓度为4mg/L，含金属离子溶液的浓度为20mg/L。

优选地，所述的微生物絮凝剂与聚合氯化铝的质量比为1:0.5～3.5，更优选为1:1.5。

优选地，所述的微生物絮凝剂的浓度为4mg/L，聚合氯化铝溶液的浓度为6mg/L。

进一步地，本发明提供上述类芽孢杆菌产生的微生物絮凝剂在处理含金属离子废水中的应用。

本发明进一步地提供上述复配絮凝剂在处理含金属离子废水中的应用。

与现有技术相比，本发明的微生物絮凝剂无毒、可生物降解，与含金属离子或聚合氯化铝溶液进行复配使用后，形成协同增效，能提高絮凝效果，大幅度减少絮凝剂的使用剂量，絮凝速度快，絮凝体大而密实，沉降速度快，能够应用于含金属离子废水的处理领域。

附图说明

图1是类芽孢杆菌Paenibacillus sp.LX03菌落形态图。

图2是本发明微生物絮凝剂在助凝剂(2.7mM CaCl₂·2H₂O)存在时的絮凝效果图。

图3是本发明微生物絮凝剂处理含有金属离子废水的絮凝效果图。

图4是本发明微生物絮凝剂与不同浓度的AlCl₃·6H₂O进行复配使用的絮凝效果图。

图5是本发明微生物絮凝剂与不同浓度的聚合氯化铝(PAC)进行复配使用的絮凝效果图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详述。

实施例1

Paenibacillus sp.LX03的筛选分离及鉴定。

(1)菌株的筛选及分离

将由江苏省盐城市所采集的土壤样品用蒸馏水溶解，1h后取上清稀释10²～10⁶倍，制备Htm固体培养基，分别涂布100μL先前稀释的样品，置于生化培养箱中，在30℃的条件下培养2～3d。挑选培养皿上菌落特征具有明显差异的菌株，同样采用稀释涂布法进行纯化，直至得到单一菌株，其菌落形态如图1所示。

Htm液体培养基的组成如下：淀粉20g/L，磷酸二氢钠1g/L，硝酸钾3g/L，氯化钙0.07g/L，氯化镁0.2g/L，七水合硫酸亚铁0.0125g/L，硫酸锰0.003g/L，氯化锌0.0075g/L，溶剂为蒸馏水，培养基pH为7.0～7.5。

(2)菌株的鉴定

以筛选得到的一株菌种的核DNA为模板，以16S rRNA基因的PCR扩增的通用引物为引物，进行PCR扩增，测定其全序列。将菌株的16S rDNA基因序列提交至GenBank数据库(GenBank登陆号为KX503263)，与GenBank数据库中的序列进行网上同源性比较，结果表明，LX03与Paenibacillus alkaliterrae strain KSL-134的序列相似度达到97％，跟Paenibacillus harenae strain B519和Paenibacillus agarexedens strain DSM 1327的序列相似度达到96％。可以确定该菌种属于类芽孢杆菌属，命名为Paenibacillus sp.LX03。

实施例2

Paenibacillus sp.LX03菌株产生的微生物絮凝剂的制备工艺

类芽孢杆菌Paenibacillus sp.LX03接种至发酵培养基，培养温度30℃，250rpm摇床培育2～3天，得到含所述微生物絮凝剂的发酵液，经过7000rpm离心10min去除菌体后，在发酵液中加入2～3倍体积的乙醇析出胞外产物，胞外产物经烘干后再加入蒸馏水溶解，得到所述的微生物絮凝剂。发酵培养基为上述Htm液体培养基。

实施例3

Paenibacillus sp.LX03菌株产生的微生物絮凝剂的絮凝性能研究。

制备高岭土悬浊液(4g/L)作为模拟废水测试微生物絮凝剂的絮凝性能。具体方法为：将50mL高岭土悬浊液(4g/L)置于50mL烧杯中，加入一定量的微生物絮凝剂，常温下100rpm磁力搅拌1min，静止5min后，取中间高度的液体样本，在分光光度计的550nm波长下测定其吸光度，用蒸馏水取代微生物絮凝剂作为对照组。

絮凝率计算公式为：

絮凝率＝(A﹣B)/A×100％

其中，A为对照组在550nm处的吸光度，B为实验组在550nm处的吸光度。

(1)微生物絮凝剂的絮凝特性

氯化钙是微生物絮凝剂常用的助凝剂，使用2.7mM CaCl₂·2H₂O作为助凝剂，与微生物絮凝剂一同加入高岭土悬浊液，测定不同浓度微生物絮凝剂的絮凝效果。如图2所示，微生物絮凝剂的浓度为15mg/L时絮凝率达到83.2％。

(2)不同金属离子与微生物絮凝剂复配使用时的絮凝效果

使用Fe₂(SO₄)₃，AlCl₃·6H₂O，ZnCl₂，CaCl₂·2H₂O，MgSO₄，MnSO₄，KNO₃，NaCl等溶液(终浓度为20mg/L)，与微生物絮凝剂(10mg/L)进行复配使用，微生物絮凝剂与金属离子化合物的复配比例(质量比)为1：2，测定微生物絮凝剂与不同金属离子复配使用时的絮凝效果。如图3所示，与Fe³⁺和Al³⁺进行复配使用时，絮凝率分别达到92％和97.3％。

(3)不同浓度铝离子与微生物絮凝剂复配使用时的絮凝效果

将终浓度为4mg/L、8mg/L、12mg/L、16mg/L、20mg/L的AlCl₃·6H₂O溶液与微生物絮凝剂(4mg/L)复配使用，微生物絮凝剂与AlCl₃·6H₂O的复配比例(质量比)为1：1～5，测定不同铝离子浓度与微生物絮凝剂复配使用时的絮凝效果。如图4所示，当AlCl₃·6H₂O使用剂量大于8mg/L，与微生物絮凝剂进行复配使用，比单纯使用AlCl₃·6H₂O的絮凝率提高10～20％，当AlCl₃·6H₂O为20mg/L时，微生物絮凝剂与铝离子溶液的复配比例为1:5，絮凝率最高，达到97.6％。

(4)不同浓度聚合氯化铝与微生物絮凝剂复配使用时的絮凝效果

将终浓度为2mg/L、4mg/L、6mg/L、8mg/L、12mg/L、14mg/L聚合氯化铝(有效成分30％)与微生物絮凝剂(4mg/L)，微生物絮凝剂与聚合氯化铝的复配比例(质量比)为1：0.5～3.5，测定不同浓度聚合氯化铝与微生物絮凝剂复配使用时的絮凝效果。如图5所示，复配使用时的絮凝率远比单纯使用聚合氯化铝的絮凝率要高，特别是在聚合氯化铝低浓度时提升较大，当聚合氯化铝的浓度为2mg/L，复配使用能把絮凝率从50.3％提高到81％，而当聚合氯化铝的浓度为6mg/L时，微生物絮凝剂与聚合氯化铝的复配比例为1:1.5，絮凝率就达到94.3％，此后絮凝效果趋于稳定。

综上所述，本发明的类芽孢杆菌(Paenibacillus sp.)LX03产生的微生物絮凝剂，与铁离子、铝离子复配使用时，具有良好的絮凝效果，在处理含有铁离子、铝离子的污水时，该微生物絮凝剂作用明显，特别地，在污水中的铁离子、铝离子只有较低的浓度时，该微生物絮凝剂就能发挥作用。本发明的微生物絮凝剂与无机絮凝剂聚合氯化铝复配使用处理污水时，絮凝效果十分显著，能大幅度减少聚合氯化铝的使用剂量，特别是与低剂量聚合氯化铝复配使用时，提升效果较大。本发明提供的微生物絮凝剂是一种性能良好的水处理絮凝剂和絮凝助剂，在处理生活、工业等废水方面具有潜在应用价值。

SEQUENCE LISTING

<110> 南京理工大学

<120> 一种类芽孢杆菌产生的微生物絮凝剂及其应用

<130> 2016

<160> 1

<170> PatentIn version 3.5

<210> 1

<211> 1518

<212> DNA

<213> 类芽孢杆菌（Paenibacillus sp.）

<400> 1

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