类芽孢杆菌B69产胞外多糖絮凝剂优化、组成分析及其在污水处理中的应用

【摘要】：类芽孢杆菌B69(Paenibacillus elgii B69)能够发酵产胞外多糖絮凝剂。生物絮凝剂因其高效、廉价、无毒、无二次污染的特性而被作为水处理剂,广泛应用于工业污水处理等领域,克服了传统的无机絮凝剂、人工合成有机絮凝剂本身固有的不彻底、不环保、不安全等缺陷,对人体健康和环境保护都有很重要的现实意义。然而,目前制约微生物絮凝剂大规模应用的主要问题在于生产成本过高、产量低和絮凝活性低,因此筛选产高活性絮凝剂菌株并提高其絮凝剂产量尤为重要。本论文围绕类芽孢杆菌B69产生物絮凝剂的最优化条件、纯化和组成进行了研究,并对该絮凝剂在高岭土、染料色素、重金属离子和实际工业废水中的活性研究进行了一系列的实验,为提高类芽孢杆菌B69产絮凝剂的产量、降低生产成本以及该絮凝剂在污水处理中的实际应用奠定了基础。本论文的研究内容主要包括以下三个方面： 1.对类芽孢杆菌B69产生物絮凝剂的发酵培养基组分进行了优化。首先运用单因素法分析了发酵培养基中的碳源和氮源,筛选出蔗糖和蛋白胨作为最佳碳源和氮源成分,再采用Plackett-Burman设计、最陡爬坡实验设计、中心组合设计及响应面法分析了发酵培养基中各组分对絮凝剂产量的影响,从而得出该菌株在51.35g/L蔗糖、6.79g/L蛋白胨、0.46g/L酵母提取物发酵条件下(其他组分保持初始浓度不变)可获得约25.64g/L的最高絮凝剂产量。最优条件中碳源和氮源的浓度比同类研究报道的结果(分别为188.2g/L和25.8g/L)低很多,且获得的最优产量远高于同类研究报道的结果(3.44g/L),这不仅仅大大降低了生产成本,还提高了目的产物的产量。 2.对该絮凝剂的纯化和组成进行了研究。采用酶法、Sevag法及Q Sepharose Fast Flow柱层析法纯化粗制的絮凝剂,得到均一的纯样品；运用一系列方法对纯化样品的化学成分及其组成进行了分析,得到的生物絮凝剂是一种由葡萄糖、葡萄糖醛酸、木糖和甘露糖组成的胞外多糖,其组成比例为1.95：1：2.07：0.93；分子量约3.5×106Da,且具高粘性(粘度为7850cP)。 3.对该絮凝剂在废水处理中的去污性能进行了研究。本论文测定了该絮凝剂在高岭土、染料色素、重金属离子和实际工业废水中的活性,结果表明：该絮凝剂可以减少高岭土溶液高达87%的浊度,对染料色素和A13+、Pb2+、Cu2+、 Co2+等重金属离子均具有较强的去除性能,且在实际废水的净化中也表现出令人满意的絮凝效率。该絮凝剂不仅与其他天然高分子絮凝剂和有机合成絮凝剂的去污性能相当,而且还具有去除多种混合污染物性能。 该新型生物絮凝剂在上述生物发酵合成效率、分子性能、工业污水的预处理效果等方面的研究结果,均显示出较大的潜在应用价值。 【关键词】：响应面分析法 生物絮凝剂 污水 重金属离子 染料色素
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X172;X703
【目录】：

• 致谢8-9
• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 前言13-16
• 材料与方法16-28
• 1 菌株16
• 2 主要试剂16
• 3 培养基16-17
• 3.1 营养肉汤培养基16
• 3.2 营养琼脂培养基16-17
• 3.3 种子培养基17
• 3.4 发酵培养基17
• 4 主要器材17-18
• 5 方法18-28
• 5.1 菌株的发酵流程18
• 5.1.1 菌株活化18
• 5.1.2 菌株发酵18
• 5.2 絮凝剂产量的测定18-19
• 5.3 培养基组分的优化19-21
• 5.3.1 单因素实验19
• 5.3.2 Plackett-Burman(PB)设计19-20
• 5.3.3 最陡爬坡实验设计20
• 5.3.4 中心组合设计(CCD)和响应面法(RSM)20-21
• 5.3.5 最优组分的确定与验证21
• 5.4 絮凝剂的纯化21-22
• 5.4.1 酶法21-22
• 5.4.2 Sevag法22
• 5.4.3 Q Sepharose Fast Flow柱层析22
• 5.5 絮凝剂的组成分析22-25
• 5.5.1 絮凝剂成分分析22-23
• 5.5.1.1 苯酚-硫酸法检测多糖23
• 5.5.1.2 Bradford法检测蛋白质23
• 5.5.2 单糖组成分析23
• 5.5.3 葡萄糖醛酸定量分析23-24
• 5.5.3.1 相关溶液的配制24
• 5.5.3.2 标准曲线的制作24
• 5.5.3.3 样品的测定24
• 5.5.4 多糖纯度和分子量的测定24-25
• 5.5.5 多糖粘度测定25
• 5.6 悬浮颗粒絮凝性能的测定25
• 5.7 染料色素脱色性能的测定25-26
• 5.8 重金属离子去除性能的测定26
• 5.9 实际废水净化性能的测定26-27
• 5.10 统计分析27-28
• 结果与讨论28-45
• 1 培养基组分的优化28-37
• 1.1 单因素实验28-29
• 1.2 Plackett-Burman(PB)设计29-31
• 1.3 最陡爬坡实验设计31-32
• 1.4 CCD和RSM分析32-37
• 1.5 最优组分的确定与验证37
• 2 絮凝剂的纯化37
• 3 絮凝剂的组成分析37-39
• 3.1 絮凝剂成分的分析38
• 3.2 单糖组成的分析38-39
• 3.3 多糖纯度、粘度及分子量的测定39
• 4 絮凝剂的污水处理性能分析39-42
• 4.1 悬浮颗粒絮凝性能39-40
• 4.2 染料色素脱色性能40-41
• 4.3 重金属离子去除性能41
• 4.4 实际废水净化性能41-42
• 5 讨论42-45
• 5.1 P.elgii B69产絮凝剂培养基组分的优化42-43
• 5.2 P.elgii B69产絮凝剂的纯化与组成分析43-44
• 5.3 P.elgii B69产絮凝剂在污水处理中的应用研究44-45
• 全文总结、创新点及展望45-47
• 1 全文总结45
• 2 本文创新点45-46
• 3 展望46-47
• 文献综述47-62
• 摘要47-48
• 1 细菌胞外多糖的简介48-58
• 1.1 细菌胞外多糖的分类48-50
• 1.2 细菌胞外多糖的组成和结构50-53
• 1.3 细菌胞外多糖的性质53-54
• 1.4 细菌胞外多糖的合成54-56
• 1.5 细菌胞外多糖的功能与应用56-58
• 1.5.1 细菌胞外多糖的功能56-57
• 1.5.2 细菌胞外多糖的应用57-58
• 2 多糖的提取、分离与纯化58-59
• 3 培养基的优化59-62
• 3.1 响应面法的理论与应用59-60
• 3.2 RSM一般步骤60-62
• 参考文献62-72
• 在读期间发表论文及申报专利72

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