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微生物絮凝剂的研制和应用,是由栾兆坤研究员指导、宫小燕所著。
副题名
外文题名 Preparation and development of microbial flocculant
论文作者 宫小燕著
导师 栾兆坤研究员指导
学科专业 环境工程
学位级别 d 2002n
学位授予单位 中国科学院生态环境研究中心
学位授予时间 2002
关键词 絮凝剂 废水处理 给水处理 微生物絮凝剂
生物学上的CPE致细胞病变效应(cytopathic effect,CPE):指病毒在宿主细胞内大量增殖,导致细胞病变甚至死亡的现象。具体而言,体外组织细胞培养时,溶细胞病毒在易感细胞内大量复制增殖导...
生物处理法是利用自然环境中微生物来氧化分解废水中的有机物和某些无机毒物(如氰化物、硫化物),并将其转化为稳定无害的无机物的一种废水处理方法。污水生物处理方法是建立在环境自净作用基础上的人工强化技术,其...
有机高分子絮凝剂的生产和应用虽然已经取得了较大的进步,但其生产使用过程中的不安全性和给环境造成的二次污染仍应引起人们的重视。资料表明:使用较多的聚丙烯酰胺,虽然完全聚合的聚丙烯酰胺没有多大问题,但其聚...
微生物絮凝剂的生产工艺及絮凝效果研究
微生物絮凝剂的生产工艺及絮凝效果研究
微生物絮凝剂的化学结构特征分析
以重庆唐家桥污水处理厂活性污泥为研究对象,对其中的活性微生物菌群进行了富集培养、分离纯化、絮凝活性测试,并采用显色反应和傅里叶变换红外光谱法对其产生的微生物絮凝剂进行了结构表征。结果表明,絮凝活性最强的优势菌种为酵母菌菌落,其絮凝率超过95%;该酵母菌菌落进行发酵培养、分离、提纯得到黄色晶体状的微生物絮凝剂,通过呈色反应和红外光谱分析,推测出该微生物絮凝剂为一种糖类物质及可能存在的官能团结构。
1、国内PEEK材料研发的历程
我国从“七·五”计划开始,在国家科技攻关计划和“863”计划中分别设立专项基金进行独立自主的研究开发,吉林大学是承担这些研究计划的唯一单位,最终在“八·五”期间完成了10t/y的扩试。鉴定结果表明,材料主要性能指标达到国外同类产品水平。目前,国内开发的这一产品已取得了几项国家发明专利,拥有了独立自主的知识产权,形成了批量生产能力,不仅满足了发展我国国防军工的需要,也为民用高技术的发展提供了材料来源。
在此基础上,“九·五”科技攻关计划立项50t/y的中试,完成后又被国家发改委在“十·五”期间列为建设500t/y规模产业化示范工程,并于2003年底建成投产,从而使我国成为目前继英国Victrex公司之后第二个能自主生产这种高性能塑料的国家,打破了Victrex公司长达20多年的独家垄断地位。另外,由于此项技术不仅拥有独立自主的知识产权,而且实现了全部生产设备和原料的国产化,因此生产成本低,取得了显著的经济效益。
2、国内PEEK制品开发的现状
与材料生产技术的研发进展相比,国内PEEK材料的制品开发则十分滞后,到目前为止,基本还是停留在某些进口PEEK产品的国产化阶段。下面是几个成功的应用案例。
(1)气体压缩机阀片。这是民用制品中在国内应用开发得最早也是最成功的一个产品。国际上自20世纪90年代,气体压缩机的阀片就已完成了由传统金属向PEEK材质的更新换代。由于其优点是低噪音、长寿命以及"_blank" href="/item/PEEK/4211415" data-lemmaid="4211415">PEEK阀片。由于其使用寿命为8000h,使其成为必须进口的零部件,且其售价高达10~12元/g。目前,国产产品几乎全部代替了进口压缩机阀片。据中国石化提供的统计数据表明,如国产压缩机实现10%的更新换代,全国用量将达上百吨。
(2)磁力泵用各种零部件。化工生产中,输送酸、碱用的磁力泵多采用防腐性能较好的钛金属材料,但钛金属仍会受到盐酸的腐蚀。开始采用PEEK材料代替钛金属试制关键部件隔离套,之后拓展到齿轮、螺丝、螺母、轴、轴套等多种零部件,目前每台泵采用PEEK材质的零部件达20余件。
(3)深井采油机械零部件。
国外微生物絮凝剂的商业化生产始于20世纪90年代,因不存在二次污染,使用方便,应用前景诱人。如红平红球菌及由此制成的NOC-1是目前发现的最佳微生物絮凝剂,具有很强的絮凝活性,广泛用于畜产废水、膨化污泥、有色废水的处理。我国微生物絮凝剂的制品尚未见报导。
微生物絮凝剂主要包括利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂,利用微生物细胞壁代谢产物的絮凝剂、直接利用微生物细胞的絮凝剂和克隆技术所获得的絮凝剂。微生物产生的絮凝剂物质为糖蛋白、粘多糖、蛋白质、纤维素、DNA等高分子化合物,相对分子质量在105以上。
微生物絮凝剂是利用生物技术,从微生物体或其分泌物提取、纯化而获得的一种安全、高效,且能自然降解的新型水处理剂。由于微生物絮凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂本身固有的缺陷,最终实现无污染排放,因此微生物絮凝剂的研究正成为当今世界絮凝剂方面研究的重要课题。
微生物絮凝剂的研究者早就发现,一些微生物如酵母、细菌等有细胞絮凝现象,但一直未对其产生重视,仅是作为细胞富集的一种方法。近十几年来,细胞絮凝技术才作为一种简单、经济的生物产品分离技术在连续发酵及产品分离中得到广泛的应用。
微生物絮凝剂是一类由微生物产生的具有絮凝功能的高分子有机物。主要有糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等。从其来源看,也属于天然有机高分子絮凝剂,因此它具有天然有机高分子絮凝剂的一切优点。同时,微生物絮凝剂的研究工作已由提纯、改性进入到利用生物技术培育、筛选优良的菌种,以较低的成本获得高效的絮凝剂的研究,因此其研究范围已超越了传统的天然有机高分子絮凝剂的研究范畴。具有分泌絮凝剂能力的微生物称为絮凝剂产生菌。
最早的絮凝剂产生菌是Butterfield从活性污泥中筛选得到。1976年,Nakamura j.等人从霉菌、细菌、放线菌、酵母菌等菌种中,筛选出19种具有絮凝能力的微生物,其中以酱油曲霉(Aspergillus souae)AJ7002产生的絮凝剂效果最好。
1985年,Takagi H等人研究了拟青霉素(Paecilomyces sp.l-1)微生物产生的絮凝剂PF101。PF101对枯草杆菌、大肠杆菌、啤洒酵母、血红细胞、活性污泥、纤维素粉、活性炭、硅藻土、氧化铝等有良好的絮凝效果。
1986年,Kurane等人利用红平红球菌 (Rhodococcuserythropolis)研制成功息生物絮凝剂NOC-1,对大肠杆菌、酵母、泥浆水、河水、粉煤灰水、活性碳粉水、膨胀污泥、纸浆废水等均有极好的絮凝和脱色效果,是目前发现的最好的微生物絮凝剂。
絮凝剂的分子质量、分子结构与形状及其所带基团对絮凝剂的活性都有影响。一般来讲,分子量越大,絮凝活性越高;线性分子絮凝活性高,分子带支链或交联越多,絮凝性越差;絮凝剂产生菌处于培养后期,细胞表面蔬水性增强,产生的絮凝剂活性也越高。处理水体中胶体离子的表面结构与电荷对絮凝效果也有影响。一些报道指出,水体中的阳离子,特别是Ca2+、Mg2+的存在能有效降低胶体表面负电荷,促进"架桥"形成。另外,高浓度Ca2+的存在还能保护絮凝剂不受降解酶的作用。微生物絮凝剂高效、安全、不污染环境的优点,在医药、食品加工、生物产品分离等领域也有巨大的潜在应用价值。
获奖序号 |
19860115 |
项目名称 |
新型泥浆处理剂--液体磺化沥青的研制和应用 |
主要完成单位 |
地矿部探矿工艺研究所 |
主要完成人 |
王永远、唐梦准 |
获奖证书编号 |
KJ-86-2-56 |
奖种 |
科技 |
等级 |
二等 |