微生物絮凝剂研究絮凝剂的毒性试验成分分析

　　1.5 絮凝剂的成分分析
　　通过糖的Molish反应、蒽酮反应以及紫外光谱，定性判断絮凝剂MBFA9样品中是否含有糖类成分[5]。多糖经水解，可以测出中性糖、酸性糖和氨基糖的含量[5、6]。中性糖的测定采用酚硫法，己糖醛酸的测定采用咔唑－硫酸法；氨基糖的测定方法见“糖复合物生化技术研究”[6]。红外光谱测定絮凝剂中所含基团。
　　1.6 絮凝剂分子量测定(粘度法)
　　试验所用毛细管的直径为0.5 mm，水浴温度为30℃，以1％NaOH 10ml溶解0.01g絮凝剂MBFA9精品，即初始浓度C0为0.001g/ml，分别测得絮凝剂溶液和纯溶液流出时间，则可求出絮凝剂的分子量[7] 。
　　1.7 絮凝剂的毒性试验（急性毒性试验测LD50）
　　试验按“国家食品卫生法则”要求进行急性毒性试验[8]。取60只小白鼠（由中国医科大学动物部提供），体重为20±2g，雌雄随机分为两组，一组为试验组，另一组为对照组。将絮凝剂MBFA9溶于水中，以1g/kg 的剂量均匀配给各鼠，24小时内喝完，饲养15天，观察小白鼠的体态、饮食、运动有无异常反应。
　　1.8 实际废水的性质
　　废水一：淀粉厂黄浆废水
　　废水取自沈阳市南塔淀粉厂的沉淀池溢流废水。黄浆水经沉淀池沉淀，大部分黄浆沉淀下来，溢流水排放。废水中仍含有一些细小的悬浮物，主要成分是淀粉和蛋白质。废水指标见表1。

　　Table1 Index of yellow slurry wastewater

pH	SS(mg/L)	COD(mg/L)	OD660	remak
4.30	2145	6222	3.38	milk white，turbidity

　
　　2.2絮凝剂MBFA9的絮凝特性
　　絮凝剂MBFA9突出的特点是絮凝效果好、絮凝剂用量少[9]。当絮凝5000mg/L的高岭土悬浮液时，絮凝剂（培养液）的用量仅为0.05ml/L，为一般微生物絮凝剂用量的1/10 –1/100，而絮凝率高达99.6%，且不需添加Ca2+及Al3+等助凝剂。
　　尽管絮凝剂MBFA9絮凝高岭土悬浮液时不需添加CaCl2，但絮凝其它对象时，CaCl2的作用非常重要，结果见表2。
　　从表2可见，添加CaCl2对墨汁配水的影响较小，而对印染废水、黄浆废水和泥水的影响较大，絮凝率明显提高。泥水、黄浆废水和印染废水中即有微小的悬浮物又有稳定的胶体，不加CaCl2时，MBFA9只能絮凝其中的悬浮物，因而絮凝率低；加入CaCl2后，Ca2+能使水中的胶体脱稳，生成小絮团，加入的MBFA9为高分子絮凝剂，能起吸附架桥的作用，使微小颗粒絮凝成大絮团。墨汁配水为典型的胶体溶液，不加CaCl2时絮凝率为0%，加入CaCl2絮凝率为31.2%。可见，絮凝剂MBFA9对水中的悬浮物有较好的絮凝效果，对于较稳定的胶体，需要有CaCl2的协同作用才会有较好的絮凝效果。
　　2.3絮凝剂MBFA9的分析
　　为了深入研究絮凝剂MBFA9的絮凝机理，对提纯后得到的絮凝剂精品进行糖、蛋白质的呈色反应。结果表明絮凝剂MBFA9有明显的糖类颜色反应：Molish反应在浓硫酸和样品液分界面上有清晰的紫环生成，蒽酮反应呈现为蓝绿色，而没有蛋白质/氨基酸的特征反应。因而，可以定性地判断出该絮凝剂的有效成分为多糖。
　　多糖是由多种单糖构成的，而单糖又分为中性、酸性和碱性糖。不同多糖组成的絮凝剂分子的结构和性能会有很大差异，测定絮凝剂的多糖组成，可以解释絮凝剂的性能，为研究MBFA9的絮凝机理奠定基础。为此对其进行浓硫酸水解，分别测定絮凝剂中己糖醛酸、氨基糖和中性糖的含量。另外，采用乌氏粘度计对MBFA9的分子量进行测定。结果见表3。用IR-470 红外光谱分析仪，对絮凝剂MBFA9精品进行分析，光谱图见图3 。

　　Table 3 Specialities of flocculant MBFA9

name	constitutes of polysaccharide \%	molecular weight
neutral sugar	uronic acid	amino sugar
content	47.4	19.1	2.74	2.594×106

　　图3 为一个典型的多糖红外光谱图，具有多糖的特征吸收峰3420、2926、1615、1025、810cm-1，这些特征峰进一步证实絮凝剂MBFA9是多糖。光谱图在1733、1615和1415 cm-1处有特征吸收峰。1733 cm-1为—COOH中的C=O伸缩振动所致；而1615 cm-1处的宽吸收峰为—COO—中的C=O非对称伸缩振动的结果；1415 cm-1为—COO—中的C—O伸缩振动所致。因此可以断定絮凝剂MBFA9中含有羧基，为阴离子絮凝剂。
　　2.4絮凝剂MBFA9的急毒试验 (急毒LD50)
　　微生物絮凝剂是微生物分泌的代谢产物，作为水处理药剂，要求无毒无害。因此，对絮凝剂MBFA9进行急毒试验，结果表明，小白鼠一次性吞食1g/kg的絮凝剂MBFA9后，无一死亡，体态、饮食、运动均无异常反应，LD50>1g/kg，初步证明絮凝剂MBFA9无急毒反应。
　　2.5絮凝剂MBFA9处理实际废水
　　絮凝剂MBFA9是一种絮凝性能优异的无毒絮凝剂，在对人类或动物直接相关的食品、给水等领域具有广阔的应用前景。本研究以淀粉厂的黄浆废水和河水作为絮凝对象，研究絮凝剂MBFA9的实际应用效果。
　　2.5.1 黄浆废水的处理结果
　　在废水中加入0.5g/L的CaCl2，再加0.2ml/L MBFA9，后调pH至10.0，絮凝效果最佳，试验结果见表4。试验中发现加入CaCl2后，生成小絮团，沉降缓慢，加入絮凝剂MBFA9后絮团大且结实，沉降速度快。可见絮凝剂MBFA9絮凝黄浆废水时，CaCl2有助凝作用。经絮凝处理，SS和COD的去除率分别达到85.5%和68.5%。

　　Table 4 Indexes of yellow slurry wastewater before/afterdisposal

indexes	pH	OD660	SS(mg/L)	COD(mg/L)
indexes of original water	4.3	3.38	2145	6222
indexes of disposed water	10.00	0.46	310	1962
remove rate \%	/	86.4	85.5	68.5

　　分别用聚合氯化铝、阴离子聚丙烯酰胺（320万）和非离子聚丙烯酰胺（580万）絮凝处理黄浆废水，结果见表5。从表中可以看出聚合氯化铝和非离子聚丙烯酰胺几乎没有絮凝效果；阴离子聚丙烯酰胺效果较明显，悬浮物絮团大，沉降快，最终SS和COD分别为520 mg/L和2330 mg/L，比絮凝剂MBFA9的处理效果略差。可见絮凝剂MBFA9的絮凝效果明显优于常用的化学絮凝剂。处理1吨废水可以回收2 kg沉淀物。沉淀物中含有高蛋白物质，可以作为动物饲料的添加剂加以利用。

　　Table 5 Comparing the disposaleffects of yellow slurry wastewater with different flocculants

indexes	dosage \ mg/L	pH	OD660	SS(mg/L)	COD	phenomena
PAC	100.0	7.0	3.22	2090	6196	Flocs small, setting slow.
non-ion PAM	10.0	9.0	3.20	2100	6270	Flocs small, setting slow.
anion PAM	10.0	9.0	0.96	520	2330	Flocs big, setting fast.
flocculant MBFA9	0.2 ml/L	9.0	0.88	470	2154	Flocs big， tightness

　　2.5.2絮凝剂MBFA9处理河水
　　用Al2(SO4)3作凝聚剂，分别以絮凝剂MBFA9、阴离子PAM、海藻酸钠、明胶作絮凝剂，絮凝处理湖水，结果见表6 。从试验结果可以看出，用絮凝剂MBFA9作助凝剂，不仅絮团大，沉降快，上清液清澈，而且处理后COD最小；阴离子PAM、海藻酸钠、明胶处理后的浊度依次增大，COD也随之增加。絮凝剂MBFA9（培养液）的产品价格约为800元/吨，处理湖水的成本约为0.04元/吨。可见，MBFA9完全可以作为高分子絮凝剂应用于给水处理中。

　　Table 6 The disposal results of lakewater with MBFA9 and common flocculants

flocculant	MBFA9	anion PAM	sodium alga	glutin
Dosage \mg/L	50(culture medium)	2	10	20
turbidity \mg/L	0.8	2.80	16.9	36.5
COD	49.06	52.56	70.14	89.72
phenomena	Flocs big, setting fast., top layer clear.	Flocs big, setting fast., top layer more clear.	Flocs bigger, top layer more turbidity.	Flocs small,. top layer more turbidity.

　　3结论
　　⑴. 筛选得到的高效菌株A-9经鉴定为硅酸盐芽孢杆菌新变种（Bacillus mucilgnons n.var）。A-9是一株性能优异的絮凝剂产生菌，该菌产生的絮凝剂MBFA9絮凝高岭土悬浮液时不需添加CaCl2作助凝剂，而絮凝其它对象时CaCl2有较好的促凝作用。毒性试验表明絮凝剂MBFA9无毒无害，可以安全使用。
　　⑵. 对MBFA9的组成、结构及絮凝性进行了系统的分析鉴定，确定絮凝剂MBFA9为酸性多糖，其中糖醛酸、中性糖、氨基糖的含量分别为19.1%、47.4%、2.74%，平均分子量为2.594×106，分子中含有极性较强的—COO-等亲固基团。
　　⑶. 处理实际废水的试验结果表明，用絮凝剂MBFA9处理黄浆废水和高浊度河水，技术指标优于聚铝、PAM等常规化学絮凝剂。絮凝剂MBFA9处理黄浆废水，SS和COD的去除率分别可达85.5%和68.5%；处理河水浊度降至0.8ppm。