专利名称：复合型生物絮凝剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物絮凝剂。
背景技术：
生物絮凝剂(Bioflocculant，简称BF)是一类由生物产生的，主要是通过微生物发酵而得的，可使液体中不易降解的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体粒子等凝聚、沉淀的特殊高分子物质，利用生物技术，经过分离、提取得到的新型絮凝剂，具有生物降解性和安全性。它是一种新型、高效、无毒、无二次污染的水处理剂，对人类的健康和环境保护都具有很重要的现实意义。生物絮凝剂是典型的绿色水处理剂，它适应当代可持续发展的要求，代表了絮凝剂研发的重要方向之一。
目前，生物絮凝剂研究多处于实验室水平，主要集中在产絮菌种的筛选、理化性质分析及其产生絮凝剂的絮凝性能研究。生物絮凝剂发酵成本高是限制生物絮凝剂的工业化生产和大规模应用的瓶颈问题。
生物絮凝剂的制备多利用糖或者农副产品作为生产原料，按照食品发酵和生物制药的思路进行研发，即采用单一菌种和高价值的培养基，成本偏高，且生物质能源转化率和利用率较低，制约了生物絮凝剂工业化生产和大规模应用。该瓶颈问题的解决需要从两个方面入手一是积极寻找廉价的原材料，大幅度降低生产成本；二是针对生物絮凝剂的理化性质和用途，选择合理的工业化提取工艺和使用方法，大幅度降低生产成本及制水成本。表1所示为文献报道部分生物絮凝剂的分子量与结构特性。
表1 部分生物絮凝剂组成、分子量与结构特性
发明内容为了解决采用单一菌种和高价值的培养基，成本偏高，且生物质能源转化率和利用率较低，制约生物絮凝剂工业化生产和大规模应用的问题，本发明提供一种复合型生物絮凝剂。
本发明的复合型生物絮凝剂固体中含有的主要成份(质量比)秸秆类纤维素发酵残体3％～5％、菌体细胞及其溶出物10％～15％、细菌分泌的高分子絮凝活性物质80％～87％，其中细菌分泌的高分子絮凝活性物质是复合型生物絮凝剂的絮凝活性成分。
本发明的复合型生物絮凝剂的絮凝机理具有复合型特点，包括秸秆类纤维素发酵残体、菌体细胞及其分泌的高分子絮凝活性物质，这是由其主要成分复合型所决定的。本发明的复合型生物絮凝剂絮凝活性成分主要是细菌的胞外分泌物，具有良好的热稳定性，它为乳白色微黄无定形物质，含少量色素，其中，总糖占95.5％；蛋白质含量占4.16％。复合型生物絮凝剂絮凝活性成分中既含有蛋白质的特征基团氨基(或酰氨基)，又含有糖的特征基团羧基和羟基，是分子量差距极大的多组分混合物，其中Mnt＝85995Da，Mwt＝620100Da，Mwt/Mnt＝72.114，最高分子量Mmax＞2×107Da。
本发明复合型生物絮凝剂的技术特点及其创新性集中体现在以下3个“复合型”的特点(1)发酵工艺复合型复合型生物絮凝剂采用混合菌种，进行二步发酵生产，具有发酵工艺复合型的特点。纤维素降解菌的筛选及其菌群的构建实现了糖化段的高效、便捷；产絮菌群筛选和构建了实现生物絮凝剂生产的高效、稳定；二者有机耦联，工艺流程简便、高效。
(2)主要成分复合型复合型生物絮凝剂主要成分具有复合型特点，包括产絮菌株分泌的胞外分泌物、纤维素降解菌和产絮菌菌体及其自溶溶出物、纤维素残体等。其中，既含有低分子物质如纤维二糖，又含有高分子物质如胞外多糖、菌体蛋白等。
(3)絮凝机理复合型复合型生物絮凝剂的絮凝机理具有复合型特点，包括秸秆类纤维素发酵残体、菌体细胞及其分泌的高分子絮凝活性物质，这是由其主要成分复合型所决定的。
本发明具有如下特点(1)复合型生物絮凝剂是微生物在生长过程中分泌的存在于培养液的聚合物，保证了多糖具有较好的水溶性。微生物利用发酵液中的营养成分，在各种酶的作用下，合成大分子絮凝剂，然后排出体外。微生物的作用相当于酶催化化学反应，把简单的营养物转化成化学反应难以得到的高分子物质。复合型生物絮凝剂絮凝活性成分的Mmax＞2×107Da，远远大于一般天然多糖类絮凝剂，因而其絮凝性能优异，即利用微生物自身的反应合成具有有利于絮凝的极性基团，而且分子量能高达数千万的理想絮凝剂，克服天然絮凝剂的缺陷，是完全可以实现的。
(2)高分子量部分含量低，而低分子量部分含量高。分子量低的部分，首先将悬浮颗粒捕获，形成微絮体，然后再由分子量高的部分，将微絮体结合成粗大的絮状物而沉淀下来。
(3)复合型生物絮凝剂絮凝活性成分是分子量不均一性的两性高分子，絮凝作用机理多样化。在不同的水质条件下，分别发挥电荷中和、吸附架桥和网捕卷扫的作用机理，并实现协同作用，具有水处理适用范围广的优势，有一定的抗水质变化能力，可有效预防“反混”。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式的复合型生物絮凝剂按照质量百分比计由3％～5％秸秆类纤维素发酵残体、10％～15％菌体细胞及其溶出物、80％～87％细菌分泌的高分子絮凝活性物质组成。
其获得方法参见ZL200410043861.4，即a、采用秸秆等纤维素类生物质材料为原材料，使用物理—化学联用的方法进行预处理，以提高后续发酵阶段纤维素的降解率，即①先将原料机械粉碎，②再用脱木化学试剂处理，③处理后再用蒸汽蒸爆，进一步打破纤维素分子的结晶结构和保护层，使材料变得蓬松；b、配制培养液，其中原料占培养液质量体积比的1～5％，同时向其中添加无机盐，以满足微生物发酵的营养要求，用NaOH调节pH值至7.2～7.5后经灭菌处理备用；c、第一段发酵单元为纤维素糖化段，在上述培养液中投加纤维素降解菌，将纤维素转化为细菌易于利用的葡萄糖和纤维二糖，完成纤维素的高效糖化过程，控制接菌量为2～6％、发酵温度为30～50℃、发酵时间为70～80h、供气量为60～80％、转速为300～350r/min，完成第一段发酵；d、第二段发酵单元为絮凝剂产生菌产絮段，即利用糖化液制取生物絮凝剂段，在第一段发酵结束后投加絮凝剂产生菌，生成复合型生物絮凝剂，控制接菌量为4～6％、发酵温度为25～40℃、发酵时间为24～30h、供气量为50～70％、转速为300～350r/min。所述无机盐由下述成分组成0.5～5g/L KH2PO4、0.1～1g/LMgSO4·7H2O、0.1g/L NaCl、0.01～0.05g/L FeCl3、1.0～5g/L NaNO3。所述纤维素降解菌为木糖氧化产碱菌Achromobacter xylosoxidans sp.或粪产碱菌Alcaligenes faecalis sp.；所述絮凝剂产生菌为微球菌属Micrococcus sp.或芽孢杆菌属Bacillus sp.。采用ZL200410043861.4方法，可以有效降低生产成本15～20％。
本实施方式的复合型生物絮凝剂按应用分为饮用水处理用、污水处理用(工业污水、农业污水、生活污水、景观水及水体修复)。复合型生物絮凝剂按类型分为无机复合型生物絮凝剂和有机复合型生物絮凝剂，按组织状态分为固体、半固体、液体、浓缩液，其技术要求完全符合Q/HYS001-2005的要求。其中1、无机复合型生物絮凝剂是以微生物经液体发酵产物(秸秆类纤维素发酵残体、菌体细胞及其溶出物、细菌分泌的高分子絮凝活性物质)为主，添加三氯化铝、氯化钙、硫酸铝、三氯化铁、聚合氯化铝或聚合硫酸铁为助凝剂的产品。
2、有机复合型生物絮凝剂是以微生物经液体发酵产物(秸秆类纤维素发酵残体、菌体细胞及其溶出物、细菌分泌的高分子絮凝活性物质)为主，添加聚丙烯酰胺、淀粉或纤维素为助凝剂的产品。
复合型生物絮凝剂是分子量差距极大的多组分混合物，且絮凝活性成分的Mmax＞2×107Da，远远大于一般天然多糖类絮凝剂，絮凝作用机理多样化。无机复合型生物絮凝剂和有机复合型生物絮凝剂使用有效降低制水成本，且可根据应用水体的水质状况进行灵活使用。
具体实施例方式
二本实施方式的复合型生物絮凝剂按照质量百分比计由3％秸秆类纤维素发酵残体、10％菌体细胞及其溶出物、87％细菌分泌的高分子絮凝活性物质组成。
具体实施例方式
三本实施方式的复合型生物絮凝剂按照质量百分比计由5％秸秆类纤维素发酵残体、15％菌体细胞及其溶出物、80％细菌分泌的高分子絮凝活性物质组成。
具体实施例方式
四本实施方式的复合型生物絮凝剂按照质量百分比计由4％秸秆类纤维素发酵残体、12％菌体细胞及其溶出物、84％细菌分泌的高分子絮凝活性物质组成。其水处理絮凝单元处理效能见表2。
表2
权利要求
1.复合型生物絮凝剂，其特征在于所述絮凝剂按照质量百分比计由3％～5％秸秆类纤维素发酵残体、10％～15％菌体细胞及其溶出物、80％～87％细菌分泌的高分子絮凝活性物质组成。
2.根据权利要求1所述的复合型生物絮凝剂，其特征在于所述絮凝剂按照质量百分比计由3％秸秆类纤维素发酵残体、10％菌体细胞及其溶出物、87％细菌分泌的高分子絮凝活性物质组成。
3.根据权利要求1所述的复合型生物絮凝剂，其特征在于所述絮凝剂按照质量百分比计由5％秸秆类纤维素发酵残体、15％菌体细胞及其溶出物、80％细菌分泌的高分子絮凝活性物质组成。
4.根据权利要求1所述的复合型生物絮凝剂，其特征在于所述絮凝剂按照质量百分比计由4％秸秆类纤维素发酵残体、12％菌体细胞及其溶出物、84％细菌分泌的高分子絮凝活性物质组成。
全文摘要
复合型生物絮凝剂，涉及一种生物絮凝剂。为了解决采用单一菌种和高价值的培养基，成本偏高，且生物质能源转化率和利用率较低，制约生物絮凝剂工业化生产和大规模应用的问题，本发明的复合型生物絮凝剂，按照质量百分比计由3％～5％秸秆类纤维素发酵残体、10％～15％菌体细胞及其溶出物、80％～87％细菌分泌的高分子絮凝活性物质组成。复合型生物絮凝剂絮凝活性成分的Mmax＞2×10
文档编号C02F1/52GK1911825SQ200610010369
公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月4日 优先权日2006年8月4日
发明者马放, 朱艳彬, 任南琪, 杨基先 申请人:哈尔滨工业大学