微生物絮凝剂产生菌的筛选

随着人类经济活动的不断发展和生活水平的日益提高，相应产生出越来越多的各种生产生活废弃物，对环境造成了巨大的破坏作用。

废水、废气、固体废弃物三大公害污染物中以废水的危害尤为突出，世界各国对于由污染而引起的水环境质量恶化现象十分重视，各种污水治理方法不断地被开发应用，其中污水的絮凝处理得到了广泛的认可和推广，絮凝剂也被广泛地应用于给水净化、工业用水与废水及城市污水处理以及污泥脱水等水处理工艺中，而且在发酵工业后处理、食品工业、选矿等的固液分离中也得到了较好的应用。

水处理工程中常用的絮凝剂有无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂和天然高分子絮凝剂。

无机及有机高分子絮凝剂都具有一定的毒性，且会对环境造成二次污染等，会对人类健康与生态系统产生严重影响[1]。

在给水处理中使用最多的无机絮凝剂主要是无机铝盐，如聚合氯化铝（PAC），其对与原水浊度的去处有很好效果，但也会造成处理后出水中铝离子含量过高而易引起老年痴呆症等问题，聚丙烯胺（PAM）作为合成有机高分子絮凝剂的代表，虽然用量少，絮体沉降速度快等优点，但其单体有强烈的神经毒性和佷强的致畸、致癌、致突变效应，在应用上也受到很大的限制［2］。

许多国家已禁止或限制使用此类絮凝剂。

同样无机铁盐也是无机絮凝剂的主要代表，但在其使用过程中的不安全性和对环境的潜在二次污染越来越引起人们的重视。

在实际应用中使用无机絮凝剂会导致处理后的水中残留金属离子，同时产生大量的含铁等污泥，处理处置难度大。

此外铁盐有一定腐蚀性，而且容易残留铁离子，使被处理后的水带有颜色，影响水质感官。

市场上已有被替代的趋势。

有机合成高分子絮凝剂往往需要进行化学改性，而且其絮凝效能大都不如合成高分子絮凝剂，在研究和应用上有较大的局限性。

因此，研究开发安全无毒，絮凝活性高效，廉价，易于降解，不造成二次污染，和对环境友好的新型絮凝剂具有特别重要意义。

所以，微生物絮凝剂已成为该领域的研究热点，为水处理技术研究提供了一个新方向，幷引起国内外环保工作者的高度重视。

天然生物高分子絮凝剂对人体无害，可以被生物降解，对生态环境无不利影响，远比无机絮凝剂与有机合成高分子絮凝剂安全。

目前对微生物絮凝剂的研究大多都停留在实验室研究阶段，远未达到大规模的应用和工业化生产阶段。

主要制约微生物絮凝剂未来发展的关键问题在于生产成本过高和产量过低。

由于微生物絮凝剂可以克服无机高分子界絮凝剂方面研究的重要课题。

本文主要从河内污泥,土壤和活性污泥中分离和筛选出高活性微生物絮凝剂产生菌，对其微生物絮凝剂产絮菌的培养基种类，三角瓶塞子的影响，菌种OD
值生长曲线，菌株诱变情况，絮凝效果及其絮凝特性进行了讨论。

1 微生物絮凝剂概述
1.1 微生物絮凝剂的定义
微生物絮凝剂（MBF）是利用现代生物技术，通过微生物发酵、分离提取、精制，从微生物菌体或者其分泌物中得到的具有絮凝活性的次生代谢产物，可以使液体中不易沉降的固体悬浮颗粒和胶体颗粒等凝聚、沉降的特殊高分子带谢产物，并且具有无毒、安全、能自然降解的新型水处理剂。

由于它可以克服无机和合成有机高分子絮凝剂固有的絮凝效率低、存在二次污染、对人类的毒性效应等缺陷，因此，微生物絮凝剂（MBF）的研究在整个世界范围内引起了广泛关注，已成国际研究的热点课题。

1.2 微生物絮凝剂的种类
微生物絮凝剂（MBF）产生菌具有来源广泛，种类繁多，至今发现的具有絮凝性的微生物达32种，其中细菌18种，分别为粪产－碱菌属（Alcaligenes faecalis）、协腹产碱杆菌（Alcaligenes latus）、渴望德莱菌（Alcaligenes cupidus）、芽孢杆菌属（Bacillus sp.）、棒状杆菌属（Corynebacterium brevicale）、暗色孢属（Dematium sp.）、草分枝杆菌属（Mycobacterium phlei）、红平红球菌（Rhodococcus erythropolis）、铜绿假单胞菌属（Pseudomonas aeruginosa ）、荧光假单胞菌属（Pseudomonas fluorescent）、粪便假单胞菌属（Pseudomonas faecalic）、发酵乳杆菌（Lactobacillus fermentum）、嗜虫短杆菌（Brevibacterium insectiphilum）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、土壤杆菌属（Agrobacterium sp.）、环圈项圈蓝细菌（Anabaenopsis circularis）、厄式菌属(Oerskcovia sp.)和不动细菌属（Acinetobacter sp.）；真菌9种，分别为酱油曲霉（Aspergillus sojae）、棕曲霉（Aspergillus ochraceus）、寄生曲霉（Aspergillus parasiticus）、赤红曲霉（Monascus anka）、拟青霉属（Paecilomyces sp.）、棕腐真菌（brown rot fungi）、白腐真菌（white rot fungi）、白地霉（Geotrichum candidum）和粟酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces prombe）；放线菌5种，分别为椿象虫诺卡菌
（Nocardia restriea）、红色诺卡菌（Nocardia rhodnii）、石灰壤诺卡菌（Nocardia calcarca）、灰色链霉菌（Streptomyces griseus）和酒红链霉菌（Streptomyces vinaceus）[3]。

微生物絮凝剂(MBF)是天然高分子絮凝剂的重要种类，主要成分为糖蛋白质，多糖，蛋白质和纤维素等具有高效，无毒和以生物降解等特点。

与传统絮凝剂相比，他们不仅可以提高被絮凝物质的沉降性能，而且对环境无二次污染，使用方便，安全，应用范围广[4]。

微生物絮凝剂按照来源和生产方式不同分为：
(1)直接利用微生物细胞的絮凝剂。

例如某些细菌、放线菌和酵母菌，他们大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中。

(2)利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂。

絮凝酵母的絮凝机理在于细胞外壁的甘露聚糖与细胞表面蛋白结合引起细胞凝集。

另外，酵母细胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质和N-乙酰葡萄糖胺等成分均可用作絮凝剂。

丝状真菌细胞壁还有一种重要的多糖-几丁质。

几丁质经碱水解后产生带正电、高效无毒的脱乙酰几丁质，后者含有活性NH2-和OH-，对许多微生物菌体和其他带负电的离子有极强的凝聚力。

它还可以作为一种助剂与其它阴离子絮凝剂配合使用，加大絮体。

据报道，在适当的pH值等条件下，几十mg/kg的脱乙酰几丁质可去除谷氨酸发酵液中90%的菌体。

海藻酸钠与脱乙酰几丁质配合使用可以用于酒类除浊。

此外，目前已广泛用作絮凝剂的褐藻酸也是一些褐藻细胞壁的成分。

(3)利用生物细胞代谢产物的絮凝剂。

微生物细胞产生的具有絮凝活性的代谢产物有的储藏在细胞内作为内源代谢产物，例如利用某些菌体细胞内聚集的多聚磷酸盐作絮凝剂；有的则分泌到胞外，或黏附在菌细胞表面，或游离于发酵液中[5]。

人们所普遍研究的是直接利用微生物细胞的絮凝剂，目前发现的有一些细菌及放线菌，霉菌，酵母等，他们都普遍存在于污泥，土壤中。

而从微生物细胞壁中获得的絮凝剂其成分都含有亲水的活性基团，如氨基、羟基、羧基等，比如从丝状真菌的细胞壁多糖，革兰氏阴性细菌中的脂多糖和蛋白质，革兰氏阳性细菌中的磷壁质、蛋白质及肽聚糖中的N一乙酰葡萄糖胺和N一乙酰胞壁酸。

微生物细胞的代谢产物有的是贮藏在细胞内，有的则分泌到细胞外。

分泌到细胞外的物质主要是细菌的荚膜和粘液质。

除水分外，它们的主要成分是多糖及少量的蛋白质、多肽、脂类及其复合物，
这些物质都可用作絮凝剂，但贡献最大的还是多糖类。

这些已经鉴定的絮凝性微生物大量存在于土壤、活性污泥和沉积物以及污水中，从这些微生物中分离出来的絮凝剂不仅可以用于处理废水和改进活性污泥的沉降性能，还能用在微生物发酵工业中进行微生物细胞和产物的分离。

1.3 微生物絮凝剂的特点
目前广泛使用的絮凝剂主要有两大种类：一、无机盐类物质，例如铝盐、铁盐及其聚合物；二、有机高分子物质，例如聚丙烯酰胺衍生物等。

但是，这些传统的无机絮凝剂具有用量大、絮凝效果受水温水质条件影响大，具有一定毒性，对环境造成二次污染，对人类健康与生态环境产生不良影响。

例如铝盐系絮凝剂的频繁使用，会导致水中铝离子浓度过高，引起老年痴呆等问题。

有机高分子絮凝剂的残留物对人体的健康有很大的危害，对神经具有毒性，并有佷强的致畸、致癌、致突变“三致”效应。

微生物絮凝剂是经过微生物分泌代谢之后产生的，对人体和动植物无任何伤害，并且至今为止，还没有有关有毒性的报道。

生物絮凝剂正好克服了这些缺点，有絮凝性好、效果稳定、无二次污染、安全无毒、可显著提高污水处理效率等特性，可以应用于废水处理、饮料工业、生物制药等方面，近些年来一直受到广泛的关注。

与常见的无机絮凝剂和有机合成高分子絮凝剂相比，微生物絮凝剂具有许多独特的优点，主要体现在以下几个方面：一、无毒无害，安全性高。

微生物絮凝剂被认为是一种天然无毒的有机高分子化合物，对环境和人体均无毒无害。

经小白鼠安全性实验证明，微生物絮凝剂能用于食品、医药等行业的发酵后处理，对人体和动物无害。

二、易被微生物降解，无二次污染。

微生物絮凝剂主要是微生物的次生代谢产物，如糖蛋白、黏多糖、蛋白质、纤维素和DNA等，这些物质都具有很好的可生化性，所以不会像无机絮凝剂和有机合成高分子絮凝剂那样产生二次污染。

目前使用的无机盐类絮凝剂会使水体在处理过程中残留一定量的无机盐离子，不仅会影响产品的风味、口感，而且会危害到人类的健康。

此类物质不易被降解，而且其单体往往是人类神经的致毒剂和癌症的诱发剂。

三、适用范围广，脱色效果独特。

微生物絮凝剂对多种废水有理想的絮凝效果，与无机絮凝剂和有机合成高分子絮凝剂相比，微生物絮凝剂处理污水后，更易于固液分离，沉淀物生成量少，而且在污水脱色、污
泥脱水等方面效果独特。

微生物絮凝剂能絮凝处理的对象较广，有活性污泥、粉煤灰、果汁、饮用水、河底沉积物、细菌、酵母菌以及各种生产废水。

四、某些微生物絮凝剂的pH值稳定，热稳定性好，用量小。

五、来源广泛，生产周期短。

一方面，由于微生物的繁殖速度快，适应范围广，转化能力强，易变异，分布广，并且可以生成絮凝剂的微生物种类繁多，所以微生物絮凝剂的生产周期短而且来源多且廉价，它可以取自天然土壤，亦或是水厂的活性污泥；另一方面，微生物絮凝剂为微生物菌体或有机高分子，它的产生主要是靠生物发酵，这就有可能带来低廉的生产成本。

因此，不论是从原材料还是从生产工艺角度考虑，工业开发微生物絮凝剂都有可能降低絮凝成本。

从处理费用方面来看，采用微生物絮凝剂处理废水，前段以生物吸附为主，后段以生物降解为主，其费用也将较目前的化学絮凝法费用低。

但是，微生物絮凝剂的研究发展尚未成熟，其自身仍存在着一些不足之处。

例如：微生物絮凝剂的处理效果容易受到有毒物质的干扰，因此在处理废液时需排除妨碍菌体生长的因素[6]。

1.4 国内外微生物絮凝剂的研究进展
1.4.1 国外微生物絮凝剂的研究进展
微生物絮凝剂的研究开发与应用日益引人注目，应用前景极为广阔。

美国、日本、英国、法国、德国、俄罗斯、芬兰、以色列、韩国、伊朗等十几个国家对微生物絮凝剂进行了大量的研究，取得了许多标志性的研究成果，为微生物絮凝剂的工业应用展示了良好的前景。

Louis Pasteur(1876)最早报道了酵母菌能絮凝微生物的现象，20年以后，Bordet（1899）发现有的细菌具有同样的作用[7]。

1935年，美国科学家Butterfield首次从活性污泥中筛选到絮凝剂产生菌以来，人们对微生物胞外产物与微生物絮凝剂之间的关系进行了研究，筛选到了许多絮凝剂产生菌[8]。

20世纪70年代以来，越来越多的国外研究人员投入到这方面的工作中，日本等国家的学者相继发现了一系列的多种絮凝剂产生菌，其中以日本仓根隆一郎筛选出的红平红球菌(R.Erythropolis)所产絮凝剂NOC-1的絮凝效果最好［9］。

1976年，J.Nakamura 等从214种菌株中筛选出19种具有絮凝能力的微生物，其中以酱油曲霉（Aspergillus sojae）产生的絮凝剂絮凝性能最好,微生物絮凝剂的研究工作才真正开始。

此后，不少研究者陆续报道了絮凝剂产生条件、作用机理，产絮凝剂的基因控制，絮凝剂
的纯化，性质及应用等方面的研究工作。

80年代后期，日本的Kurane.R等从旱田土壤中分离筛选到红平红球菌（R.Erythropolis），并将其产生的絮凝剂命名为NOC-1，这是世界上第一种微生物絮凝剂，它具有强而广泛的絮凝活性。

NOC-1也是目前研究最为深入透彻的生物絮凝剂，人们对其产生菌的筛选、发酵条件的优化、分离纯化、分子结构的剖析以及应用条件的摸索等都进行了较为系统的研究。

1985年，H.Takagi 研究了拟青霉属（Paecilomyces sp,I-1）生产的絮凝剂PF101，对枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、啤酒酵母、血红细胞、活性污泥、纤维素粉、硅藻土、氧化铝等有良好的絮凝效果。

1987年，Bar和Shilo发现一些海底蓝细菌（海藻）如Anabaenopsis circularis Pcc6720和Phorimidium sp.J-1菌能产生数量可观的胞外絮凝剂；1991年，K.Toeda和Kurane从土壤中分离出一株产碱杆菌Alcaligenes cupidus KT201。

Yokoi等分别在1997年和1998年分离出Enterobacter sp.和Pseudomonas sp.；2002年，Salehizadeh等利用Bacillus firmus产生的絮凝剂处理颜料废水、酵母废水，获得了良好的絮凝效果。

此外，韩国的Kwon G.S,Seo HyunHyo,Kim Young-Jun等，德国的P.Reinhard以及以色列的N.Levy等也对生物絮凝剂进行了细致的研究，目前已获得了多株具有不同性能的生物絮凝剂产生菌[10]。

80年代人们开始研究絮凝剂的化学特性及其产生条件并向产业化方向迈进。

近十年来，逐步研究絮凝剂的组成及结构并开始在絮凝剂基因方面进行了探索。

许多学者对各种微生物絮凝物质的结构和组成进行分析，并研究它们的絮凝机理，以期应用到生产中去。

目前已经筛选到的约40个属的不同种类的产絮凝剂微生物，广泛分布于细菌、真菌、放线菌及藻类中，它们产生的絮凝物质的条件、化学组成、活性高低、絮凝范围、及最佳絮凝条件都各不相同，从而为工业应用提供了很大的选择余地[11]。

1.4.2国内微生物絮凝剂的研究进展
20世纪90年代以来，国内有关微生絮凝剂的报道日渐增多，但大多停留在菌种筛选阶段。

我国在微生物絮凝剂的研究和应用方面与国外相比虽有很大差距，起步较晚，但近年来取的了很大进展，有越来越多的研究者从事微生物絮凝剂的相关研究。

1995年，王镇等筛选出不含质粒的4株菌（Sporolactobacillus
GC3,Arthrobacter SB6,Pseudomonas SB8 Aeromonas GC24）[12]。

1996年，张本兰从
活性污泥中筛选到微生物絮凝剂菌株Alcaligenes8724,将其应用于处理造纸黑液和氯霉素等有色废水，具有良好的絮凝脱色能力。

1997年，李志良等筛选获得6株微生物絮凝剂产生菌，其发酵离心液对造纸黑液皮革废水石油化工废水等化学需氧量去除率为55%~98%，对悬浮物、色度、浊度的去除率在90%以上。

1997年，陆茂林等筛选到絮凝剂产生菌JIM-89和JIM-127。

1999年，黄民生等筛选到Q3-2、Q-1、Q-2、Y-1菌株。

2000年，柴晓利等筛选到Azomonas sp.。

2001年，宫小燕等筛选到Bacillus sp.B-2。

2001年胡筱敏等筛选出的硅酸盐芽孢杆菌变种（Bacillus mucilgnons n.var）。

2003年尹华等筛选到J-25等微生物絮凝剂产生菌。

2003年，马放等首次提出复合型微生物絮凝剂的开发，研究结果表明，采用廉价的原料，即纤维素作为底物进行发酵是可行的［13］。

2006年,王国惠等人筛选出一株具有较高生物絮凝活性的微生物絮凝剂产生菌，大多都是细菌。

目前，国内微生物絮凝剂的研究尚处于实验室阶段，因此，筛选出新型微生物絮凝剂产生菌，提高絮凝活性，降低絮凝剂用量成为微生物絮凝剂亟待解决的问题。

目前，国内外的新型水处理剂的研究均朝着高效、无毒、无公害、无二次污染的方向发展。

微生物絮凝剂以拥有其他絮凝剂无法比拟的无二次污染等环保优点，得到了业界的极大关注和更进一步的深入研究。

由于微生物絮凝剂培养基的原材料价格比较高、絮凝剂产量非常低、活体絮凝剂保存有一定困难、絮凝剂处理功能单一、难以进行工业化生产等诸多难题。

未来需要更多的研究人员对微生物絮凝剂进行更广泛、更深入、更具有实用价值的研究。