专利名称：抗洪救灾饮水专用生物絮凝剂发酵液和絮凝剂的生产方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种抗洪救灾饮水专用生物絮凝剂发酵 液和絮凝剂的生产方法及其应用。
背景技术：
我国是一个夏季多暴雨的国度，近年来，受全球气候变化的影响，我国的灾害性天 气日益严重，洪涝灾害更是频繁发生。洪涝灾害常将地面大量泥沙冲入水中，地下水和水源 水水质受到不同程度的污染，造成饮用水中泥沙含量增大，浑浊度升高；细菌量增大，致使 人畜饮水困难。因此，为洪涝灾区提供符合条件的饮用水成为救灾工作的重要内容之一，直 接影响着抗洪救灾工作的顺利开展。通常，采用絮凝剂对含有沉淀物的水源水进行絮凝后供人们饮用。常用的絮凝剂 分为无机絮凝剂、有机絮凝剂和生物絮凝剂。无机絮凝剂主要有聚合氯化铝、聚合氯化铁 (PFC)等，使用时存在着使用量大，铝盐有毒性，长期饮用则可能导致老年性痴呆症等问题， 不利于人体健康。有机絮凝剂包括淀粉等天然絮凝剂和聚丙烯酰胺等人工合成有机絮凝 剂。淀粉类天然絮凝剂效果欠佳，使用较少；聚丙烯酰胺是目前使用最多的人工合成有机 絮凝剂，如用于生活污水处理后的絮凝沉淀，但由于聚丙烯酰胺单体是很强的神经毒素和 具有强致癌性，发达国家严格规定了其使用浓度。美国规定聚丙烯酰胺的最大允许浓度为 lmg/L，英国规定聚丙烯酰胺的投加量平均不得超过0. 5mg/L，最大投加量不得超过lmg/L。生物絮凝剂被称为第三代絮凝剂，是以现代生物技术为手段，通过微生物发酵、抽 提、精制等步骤获得。生物絮凝剂主要成份为天然高分子物质，具有高效、无毒、易降解、无 二次污染等特点，有效地克服了无机絮凝剂和人工合成有机絮凝剂在安全和环境方面存在 的问题，是环境友好型的绿色絮凝剂，越来越受到各国水处理工作者的重视。尽管生物絮凝剂具有上述优点，但目前其推广应用仍受到制约，主要原因在于 絮凝剂生产成本高、絮凝剂产量较低等。为了降低生产成本，人们尝试采用工农业农副 产物生产絮凝剂的研究，以专利申请号200710158897.0为代表相关专利技术分别报道 了以谷氨酸发酵废水、豆渣、制氢废液等废弃物为原料生产生物絮凝剂，专利申请号为 200410043861. 4的专利则探讨了以纤维素类生物质材料为原材料，生产复合型生物絮凝剂 的二段式发酵方法，在这些专利技术中，将废弃物中的碳源作为生物絮凝剂生产所需的碳 源物质以降低生产成本，没有涉及到生物絮凝剂生产过程中所需的氮源物质。。
发明内容
针对上述现状，本发明提供了一种简单易行、成本低廉的抗洪救灾饮水专用生物 絮凝剂发酵液的生产方法和絮凝剂的生产方法，以及絮凝剂发酵液在被洪水污染的水源水 处理中的应用。本发明中，发酵菌种为褐球固氮菌(AzotcAacter chroococcum)，从中国科学院微生物所菌种保存中心购买，该菌株具有很强的产生胞外多糖的能力。褐球固氮菌又称圆褐固氮菌，球形、对生、菌体呈“8”字形排列。褐球固氮菌的固 氮能力较强，细胞外形成厚厚的以多糖为主要成分的荚膜。褐球固氮菌能分泌生长素类物 质，能促进植株生长，农业生产上已作为微生物肥料生产菌制成菌剂施用，以提高农作物的 产量。因而，褐球固氮菌已被证实无毒无害，用于生产抗洪救灾饮水专用生物絮凝剂，具有 安全性高的特点；同时，褐球固氮菌的自生固氮特性，发酵过程中不需再添加其他无机或有 机氮源，可以有效降低生产成本。本发明首先提供一种抗洪救灾饮水专用生物絮凝剂发酵液的生产方法，将褐球固 氮菌活化、培养至对数生长期，作为种子液接种至无氮培养液中，经发酵获得专用生物絮凝 剂发酵液。所述的方法，所述无氮培养液的最佳碳源为蔗糖，浓度为8g/L。所述的方法，所述发酵过程中，以无氮培养液所含的空气中的队作为氮源。所述的方法，所述发酵过程中，添加的无机盐分别为磷酸氢二钾0. 8g/L和硫酸镁 0.5g/L0所述的方法，所述发酵过程中，发酵条件为，转速150r/min，发酵温度，培 养时间为48小时。本发明还提供一种抗洪救灾饮水专用生物絮凝剂发酵液在在被洪水污染的饮用 水源水处理中的应用，向污染水源水中加入所述生物絮凝剂或发酵液，添加CaCl2为助凝 剂，所述CaCl2添加量为0. 5g/L。本发明还提供一种抗洪救灾饮水专用生物絮凝剂制品的生产方法，将活化的褐球 固氮菌培养至对数生长期，作为种子液接种至无氮培养液中，发酵后即可获得专用生物絮 凝剂发酵液，发酵液再经离心、丙酮沉淀、乙醇洗涤、真空干燥即获得生物絮凝剂制品。絮凝试验表明，该生物絮凝剂对受洪水污染的井水和水源水有良好的处理效果， 絮凝率达到92. 3%，CODcr去除率达到93%将上述生物絮凝剂发酵液6000r/min离心20min，去除菌体，上清液贮存于4°C冰 箱冷却40min，加入1倍体积预冷的丙酮，充分搅拌混勻，出现絮凝沉淀后，4°C放置12小时， 6000r/min离心lOmin，弃去上清液，沉淀用70%乙醇洗涤2_3次，真空冷冻干燥，即可得到 生物絮凝剂粗制品，颜色为淡黄色，平均产率可达6. 25g/L。紫外吸收试验、Molish试验、蒽酮试验结果表明，该生物絮凝剂的成分主要为多 糖；温度试验结果显示，该絮凝剂具有耐高温特点。本发明的优点是发酵过程中不需要添加氮源物质，生产成本较低，符合低碳经济 理念，生产过程中不容易污染其他微生物，获得的絮凝剂活性较高，开发的絮凝剂针对性 强，可用于解决抗洪救灾等自然灾害突发性事件中灾区群众遭遇的临时性饮水困难，具有 良好的应用前景。
具体实施例方式本发明中，生产生物絮凝剂的菌株为褐球固氮菌(AzotcAacter chroococcum)，该 菌株在阿须贝无氮培养基的主要特征是菌落圆形、较大，凸起，表面湿润，初期白色或乳白 色，培养7天后，菌落表面颜色呈现黑褐色。
以下结合具体实施案例，对本发明进行详细说明。实施例1菌种活化配制阿须贝无氮斜面培养基，接种生产菌株，28°C培养72小时，备用。种子液准备种子液配方为，葡萄糖10g/L、磷酸氢二钾0. 8g/L、硫酸镁0. 5g/L，自来水IOOOmL, PH持自然。配制培养液50mL，分装于200mL三角瓶，115°C灭菌30min，冷却后接种经活化的 菌种，28 °C培养至对数生长期，培养液OD值约为0. 6。生物絮凝剂发酵生产按最佳发酵培养基配方，蔗糖8g/L、磷酸氢二钾0. 8g/L、硫酸镁0. 5g/L，自来水 IOOOmL, pH持自然。配制无氮培养液2000mL，分装、灭菌，冷却后按3% (ν/ν)接种对数生 长期的种子液，28°C、150r/min振荡培养48h，即可获得专用生物絮凝剂发酵液。絮凝效果测定取受洪水污染的井水IOOmL,置于250mL烧杯中，加入1. OmL上述生物絮凝剂发酵 液，添加50mg的CaCl2助凝剂，先快速搅拌lmin，再慢速搅拌3min，静置lOmin，水体迅速絮 凝分层，将上清液转入另一烧杯，用紫外可见光分光光度计测定上清液在550nm处的吸光 度，同时以空白培养液作对照实验，按照公式絮凝率=(A-B)/AX 100%，式中A:空白上 清液在^Onm处的吸光度；B 样品上清液在550nm处的吸光度，计算出该絮凝剂的絮凝率 为92.5% ；同时取上清液，测定出CODcr去除率为93.3%。生物絮凝剂制品获取将上述生物絮凝剂发酵液6000r/min离心20min，去除菌体后收集上清液1600mL， 将上清液贮存于4°C冰箱冷却40min，加入等体积的事先预冷的丙酮，充分搅拌混勻，溶液 中出现絮凝沉淀后，4°C静置12小时，6000r/min离心lOmin，弃去上清液，沉淀用70 %乙 醇洗涤2-3次，真空冷冻干燥，得到了生物絮凝剂粗制品12. 5g，其颜色为淡黄色，水溶性良 好。实施例2菌种活化生产菌株用阿须贝无氮斜面培养基活化，28°C培养72小时备用。种子液准备按配方葡萄糖10g/L、磷酸氢二钾0. 8g/L、硫酸镁0. 5g/L，自来水IOOOmL,配制种 子液50mL，pH持自然。分装于200mL三角瓶，115°C灭菌30min，冷却后接种活化备用的菌 种，150r/min、30°C培养至OD值为0. 8，此时菌种处于对数生长期。生物絮凝剂发酵生产按最佳发酵培养基配方，蔗糖8g/L、磷酸氢二钾0. 8g/L、硫酸镁0. 5g/L，自来水 IOOOmL, pH持自然，配制无氮培养液3000mL，分装于6只2500mL三角瓶，121°C灭菌30min， 冷却至室温后，按3% (ν/ν)接种对数生长期的种子液，28°C、150r/min振荡培养48h，即可 获得专用生物絮凝剂发酵液。絮凝效果测定取受洪水污染的水源水IOOmL,置于250mL烧杯中，加入1. OmL生物絮凝剂发酵液，添加50mg的CaCl2助凝剂，先快速搅拌lmin，再慢速搅拌3min，静置lOmin，水体迅速絮凝 分层，将上清液转入另一烧杯，用紫外可见光分光光度计测定上清液在550nm处的吸光度， 同时以空白培养液作对照实验，按照公式絮凝率=(A-B)/AX100%，式中A:空白上清液 在550nm处的吸光度；B 样品上清液在550nm处的吸光度，计算出该絮凝剂的絮凝率；同时 取上清液，测定出CODcr去除率。重复测定2次，取平均值，测得该絮凝剂对受洪水污染的 水源水平均絮凝率为93. 2%, CODcr平均去除率为92. 8%。生物絮凝剂粗制品获取将上述生物絮凝剂发酵液6000r/min离心20min，去除菌体后收集上清液2500mL， 将上清液贮存于4°C冰箱冷却40min，加入等体积已经预冷的丙酮，充分搅拌，溶液中随即 出现絮凝沉淀，置4°C冰箱12小时，6000r/min离心lOmin，弃去上清液，沉淀用70%乙醇 洗涤2-3次，真空冷冻干燥，得到了生物絮凝剂粗制品19. 22g，该生物絮凝剂出制品颜色淡 黄，具有良好的水溶性。应当理解的是，对本领域的相关技术人员而言，对上述说明中的条件加以改进或 变换，例如改变培养基配方等，而这些改进和变换都属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种抗洪救灾饮水专用生物絮凝剂发酵液的生产方法，其特征在于将褐球固氮菌 培养至对数生长期，接种至无氮培养液中，经过发酵过程，即可获得专用生物絮凝剂发酵 液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无氮培养液的最佳碳源为蔗糖，浓度 为 8g/L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵过程中，以无氮培养液所含的空 气中的N2作为氮源。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵过程中，添加的无机盐分别为磷 酸氢二钾0. 8g/L和硫酸镁0. 5g/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵过程中，发酵条件为，转速150r/ min，发酵温度^_30°C，培养时间为48小时。
6.一种抗洪救灾饮水专用生物絮凝剂发酵液在饮用水处理中的应用，其特征在于，向 所处理的受洪水污染的水源水中加入所述生物絮凝剂发酵液后，以CaCl2为助凝剂，所述 CaCl2添加量为0. 5g/L。
7.一种抗洪救灾饮水专用生物絮凝剂，其特征在于，接种褐球固氮菌至无氮培养液中， 经过发酵获得专用生物絮凝剂发酵液，再经离心、丙酮沉淀、乙醇洗涤、真空干燥后得到生 物絮凝剂制品。
全文摘要
本发明公开了抗洪救灾饮水专用生物絮凝剂的生产方法及其应用，将褐球固氮菌经过活化、培养至对数生长期，作为种子液接种于无氮培养液中，经发酵获得专用生物絮凝剂发酵液，发酵液体再经离心、丙酮沉淀、乙醇纯化、干燥后得到纯度较高的生物絮凝剂制品。采用该方法生产絮凝剂无需外加氮源，具有生产成本较低、絮凝活性较高、针对性强、应用前景好的特点，可有效地解决抗洪救灾期间人民群众临时性饮水困难的问题。
文档编号C02F1/56GK102061313SQ20101053868
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者刘益志, 王紫 申请人:王紫