本文關(guān)鍵詞：以廢藻制備生物絮凝劑對(duì)含藻水的處理機(jī)制研究

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【摘要】：藻的高效率、低能耗的回收處理一直是水處理中的重要課題。生物絮凝劑因其無毒性/可被自然降解、絮凝效率高而在藻類的去除和回收等水處理工程和生物發(fā)酵工程中收到廣泛關(guān)注。但是,目前大部分的研究還處于實(shí)驗(yàn)室水平和基礎(chǔ)研究階段,主要原因包括:首先,由于生物絮凝劑的組成因產(chǎn)絮菌株的不同而存在很大差異,因此需要特異性篩選針對(duì)不同含藻水的高效生物絮凝劑;其次,產(chǎn)絮菌株在含藻廢水處理和藻回收的工程應(yīng)用中需要生產(chǎn)制備大量的生物絮凝劑,但由于產(chǎn)絮菌的培養(yǎng)基成本限制了絮凝劑的大規(guī)模生產(chǎn)。基于以上原因,我們研發(fā)出一種針對(duì)含藻廢水生物質(zhì)資源內(nèi)循環(huán)的方法,即以銅綠微囊藻為研究對(duì)象特異性篩選能夠產(chǎn)生高效絮凝該藻的生物絮凝劑,并將絮凝回收的廢藻作為主要培養(yǎng)基,培養(yǎng)該絮凝劑產(chǎn)生菌株以制備更多的可以用于回收并處理含藻水的絮凝劑。首先,以兩步篩選法得到高效絮凝回收銅綠微囊藻的絮凝劑及其產(chǎn)生菌株。第一步通過傳統(tǒng)的高嶺土篩選法得到產(chǎn)絮菌,同時(shí)第二步以得到的產(chǎn)絮菌的絮凝劑進(jìn)一步絮凝銅綠微囊藻,篩選得到的兩株產(chǎn)絮菌可以產(chǎn)生絮凝劑回收水中廢藻,即肺炎克雷伯氏菌(K.pneumoniae)和檸檬酸桿菌(Citrobacter sp.AzoR~(-1))。以檸檬酸桿菌為主要研究對(duì)象,通過將絮凝回收的廢藻生物質(zhì)作為培養(yǎng)基同時(shí)添加不同補(bǔ)充組分,包括有機(jī)碳源、無極碳源、有機(jī)氮源、無機(jī)氮源等為培養(yǎng)基,檢測檸檬酸桿菌的產(chǎn)絮效率,并檢測產(chǎn)生的絮凝劑對(duì)含藻水的絮凝效率。通過響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及二次方程檢驗(yàn),檢測多因素(絮凝時(shí)間、pH、溫度、絮凝時(shí)間及助凝劑)對(duì)藻的絮凝效率的影響,得到絮凝劑回收藻的最優(yōu)條件。然后,以三維熒光、傅里葉紅外衍射、Zeta電位及分子量檢測等手段分析純化的絮凝劑性質(zhì)。研究表明,10g/L的藻生物質(zhì)(干重)附加10g/L葡萄糖為檸檬酸桿菌的最佳產(chǎn)絮凝劑培養(yǎng)基。分子量分析表明,檸檬酸桿菌通過藻培養(yǎng)基制備的絮凝劑是長鏈的高分子材料,分子量為270 kDa,傅里葉紅外衍射表現(xiàn)出廣泛的羥基伸縮振動(dòng)峰在3423 cm~(-1)和1630~(-1)550 cm~(-1);在2930 cm~(-1)處表現(xiàn)C-H伸縮峰。強(qiáng)吸收峰在1100cm~(-1)范圍內(nèi)存在的多糖及糖蛋白特征峰。三維熒光分析結(jié)果也表明,該絮凝劑的主要成分包括多糖(前/EM=300-450/350-400 nm),多環(huán)芳烴型多糖(前/EM=250-300/400-550 nm),和酪氨酸/色氨酸的氨基酸(前/EM=200-250/300-400 nm)。Zeta電位結(jié)果表明,處理含藻水的絮凝劑帶負(fù)電荷。最后,通過對(duì)檸檬酸桿菌在以微藻為培養(yǎng)基的產(chǎn)絮凝劑生長條件下的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行測序?qū)嶒?yàn),得到的結(jié)果與以上分析結(jié)果一致,發(fā)現(xiàn)了相關(guān)表達(dá)序列的明顯上調(diào),表明生物絮凝劑的多糖生物合成系統(tǒng),包括:聚酮糖生物合成途徑、脂多糖生物合成途徑、肽聚糖的生物合成途徑、萜類化合物骨架生物合成途徑。綜合以上研究結(jié)果得出,生物絮凝劑絮凝銅綠微囊藻M.aeruginosa的機(jī)制主要是以大分子的架橋作用和所帶集團(tuán)的離子吸附為主。利用響應(yīng)面法優(yōu)化混凝條件下銅綠微囊藻的結(jié)果表明,該絮凝劑的對(duì)銅綠微囊藻的最高回收效率達(dá)到98%,絮凝濃度為109/L含藻水的最適投加量為12.7 mg/L,條件為pH8。以上工作實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完美的生物資源內(nèi)循環(huán)轉(zhuǎn)化系統(tǒng),對(duì)銅綠微囊藻的可持續(xù)性回收和生物絮凝劑的低成本生產(chǎn)均具有較好的應(yīng)用價(jià)值。本研究從含藻水的資源化處理和生物絮凝劑的規(guī)模化應(yīng)用兩方面出發(fā),建立了將回收廢藻用于產(chǎn)絮菌的培養(yǎng),并將得到的生物絮凝劑進(jìn)一步用于含藻水的處理和廢藻的回收,建立了可靠高效的生物質(zhì)資源內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)。同時(shí),從化學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)兩方面研究產(chǎn)絮菌的產(chǎn)絮機(jī)理和絮凝劑絮凝藻細(xì)胞的機(jī)制,為全面解析絮凝劑的有效組分和調(diào)控產(chǎn)絮菌產(chǎn)絮代謝途徑奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。為生物絮凝劑的工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用提供策略,對(duì)提高生物絮凝劑產(chǎn)量,降低絮凝劑的生產(chǎn)成本,調(diào)控生物絮凝劑工業(yè)化生產(chǎn)起到重要的指導(dǎo)作用。同時(shí)也為含藻水的可持續(xù)性處理和資源化應(yīng)用提供了新的思路。
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X703

【參考文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 龔麗;霍亂弧菌CHN108B菌株全基因組序列的測定及比較基因組學(xué)分析[D];上海海洋大學(xué);2015年

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本文編號(hào)：1305114