一株产絮凝剂菌株及在选尾矿沉降中的应用

Posted 2023-01-12 絮凝

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从黄河附近某污水处理厂活性污泥分离筛选到一株对铝土矿选矿尾矿具有高效絮凝作用的絮凝剂产生菌ZLYJY-5，初步鉴定其为Rahnellaaquatica。ZLYJY-5菌株在最佳条件下发酵3天以灭活的发酵液作为絮凝剂应用于铝土矿选矿尾矿，沉降性能显著改善，沉降压缩比显著降低。本研究得到高效微生物絮凝剂产生菌株，能够在常温条件下产生高效生物絮凝剂，显著提高选矿尾矿的沉降速度，改善溢流的澄清液质量，具有进一步工业应用可能。
前言
随着铝工业的高速发展，优质铝土矿资源日益减少，选矿拜耳法已经被证明是有效提高我国中低品位铝土矿资源利用率的必要手段。但铝土矿选尾矿中含有大量的微细粒，造成沉降困难，成为铝土矿选矿工艺的重要瓶颈之一。目前应用于选尾矿沉降的絮凝剂主要为高分子合成絮凝剂，这类絮凝剂具有用量少，絮凝速度快的特点，但是这类高分子絮凝剂单体存在一定的毒性和腐蚀性，可能具有三致效应(致癌、致畸、致突变)，因此存在较大的不安全性和潜在的二次污染。
微生物絮凝剂(MicrobialFlocculant，MBF)是一类由微生物或其分泌物产生的代谢产物。微生物絮凝剂具有安全、可生物降解、对人类健康无害、且对环境无二次污染的特点。But-terfield最早于1935年在活性污泥中筛选到絮凝剂产生菌。1971年Zajic和Knetting从煤油中分离出一株棒状杆菌，该菌可以分泌一种对泥水具有絮凝作用、多聚作用的聚合物质。1976年，JunjiNakamura等对能产生絮凝效果的微生物进行了筛选。从214株霉菌、酵母菌、细菌和放线菌中，分离出了19株具有絮凝能力的菌株，其中对面包酵母絮凝能力最好是酱油曲霉AJ7002(Aspergillussojae7002)产生的微生物絮凝剂。H.Takagi等人研究了拟青霉素微生物产生的絮凝剂PF01，对活性污泥、啤酒酵母、活性炭、硅藻土、氧化铝等多种物质具有良好的絮凝效果。当废水和活性污泥中存在红平红球菌(Rhodococcuserythropolis)时，不但除酞酸酯的效率高，而且处理液透明，污泥沉降性良好。由其产生的絮凝剂NOC-1是目前发现的絮凝效果最好的微生物絮凝剂。高絮凝性微生物产生絮凝剂不仅具备微生物絮凝剂的普遍特性，并且具有剂量少、成本低、絮凝效果显著等优点，比普通絮凝剂更具吸引力。
1.材料和方法
1.1菌种来源和培养基菌种来源于黄河附近某污水处理厂活性污泥。分离培养基(g/L)：蔗糖10.0；K2HPO40.2；MgSO4.7H2O0.2；NaCl0.2；CaCO30.2；CaSO40.1；琼脂15～18；pH7.0～7.5；121℃，灭菌20min。
1.2铝土矿选矿尾矿
用于沉降试验的铝土矿选矿尾矿采自中国铝业股份有限公司郑州研究院铝土矿资源综合利用研究所工业试验未加絮凝剂的选矿尾矿矿浆，配置矿浆浓度2.50±0.20%的尾矿矿浆，用于微生物絮凝剂的沉降实验研究。
1.3方法
1.3.1菌株筛选方法
稀释涂布平板法分离，通过挑取单菌落获得纯培养。将获得的纯培养微生物接种到装有50mL硅酸盐细菌液体培养基的100mL三角瓶中，培养温度30℃，摇床转速200r/min，24h后，按2%的接种量将发酵培养基接种到装有100mL硅酸盐细菌液体培养基的250mL三角瓶中进行培养，培养一段时间后，发酵培养基用于菌株絮凝性筛选实验。1.3.2沉降曲线测定根据卢红梅等的方法进行，在250mL沉降管中加入矿浆浓度2.50±0.20%的尾矿矿浆250mL，加入预先准备好灭活的微生物发酵液，空白对照加蒸馏水，迅速颠倒沉降管10次，置于25℃水浴中静置，每5分钟记录絮体沉降面的高度，换算为压缩比，并绘制沉降曲线。
沉降比=沉降体积/原矿浆体积
2.结果与分析
2.1菌株筛选结果
通过对黄河附近某污水处理厂活性污泥采样，用稀释涂布平板法分离，挑取单菌落得到纯菌株，经过传代、驯化培养后，以纯净高岭土和一水硬铝石为材料筛选具有絮凝作用的菌株20株，其中具有较好絮凝作用的菌株ZLYJY-5的菌落特征为：菌落边缘整齐，圆形，有淡黄色物质生成，呈粘性。
菌株ZLYJY-5的扫描电子显微图片见图1。

从ZLYJY-5的扫描电子显微图片可以看出，该菌株为短杆菌，菌体表面有1～3个鞭毛，细菌壁外包裹一层厚厚粘性物质。
2.2ZLYJY-516SrDNA序列测定
通过对ZLYJY-5进行16SrDNA序列测定，根据ZLYJY-5菌株的16SrDNA序列测定结果，比对不同菌株16SrDNA基因片段核苷酸序列分析，鉴定该菌株为：Rahnellaquatica。根据ZLYJY-516SrDNA序列测定结果，基于7种不同细菌16SrDNA基因片段核苷酸序列分析的同源进化树状图见图2。

2.3生物絮凝剂对铝土矿选矿尾矿沉降试验结果
试验以纯净水为空白对照，比较ZLYJY-5和两种不同硅酸盐细菌发酵液(灭活后)对铝土矿选矿尾矿的沉降性能，ZLYJY-5，BM-1，BM-2发酵相同时间后，在250mL沉降管中加入矿浆浓度2.50±0.20%的尾矿矿浆250mL，生物絮凝剂的量为加入预先准备发酵的微生物发酵液3mL，空白对照加3mL蒸馏水，迅速颠倒沉降管10次，置于25℃水浴中静置，每5分钟记录絮体沉降体积，换算为压缩比，并绘制沉降曲线。

根据不同细菌絮凝剂对铝土矿选矿尾矿的沉降曲线可以看出，ZLYJY-5菌株发酵液作为絮凝剂与其他菌株絮凝剂相比，尾矿的沉降速度最快，沉降压缩比最小。
2.4ZLYJY-5发酵时间对絮凝效果的影响
ZLYJY-5在发酵过程中，随着发酵时间的延长，细菌发酵产生的絮凝性物质增多，取不同发酵时间发酵液灭活后对铝土矿选矿尾矿进行沉降试验，记录沉降30min压缩比，实验结果见图4。

从试验结果可以看出ZLYJY-5菌株的絮凝效果决定于微生物在代谢过程中分泌物的多少，随着细菌发酵时间的延长，细菌生物量增高，代谢产物增多，絮凝效果越好，发酵液浓度和絮凝效果呈同步变化关系，细菌在最佳条件下发酵3天，微生物絮凝剂具有较好的絮凝效果。
3.结论
本研究得到一株产生高效絮凝剂的类芽孢杆菌ZLYJY-5，经鉴定为Rahnellaaquatica。属于新发现产絮凝剂菌株，该菌株在发酵过程中能够产生粘性絮凝物质，直接应用灭活的发酵液于铝土矿选矿尾矿的絮凝沉降中能偶显著提高选矿尾矿的沉降速度，改善溢流的澄清液质量，降低压缩比。微生物絮凝剂对悬浊液有较强的絮凝作用，菌种生长快、易于扩大培养和实现工业化生产，因而微生物絮凝剂在氧化铝生产工艺中具有很大的应用优势。