隨著對海洋資源的開發越來越廣泛，我國沿海城市出現了許多利用海帶生產褐藻膠的工廠。在生產褐藻膠的過程中會產生大量的脫鈣廢水，其中含有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-等無機鹽，主要的大分子污染物為褐藻膠、海帶淀粉、褐藻多糖、蛋白質等有機物，水質混濁，COD在2000～3000mg/L，隨著放置時間的延長廢水會發臭。目前，褐藻膠生產廢水多未經處理直接排放于環境中，嚴重地污染了水體和周邊土壤。
目前對于褐藻膠生產廢水的處理方法常見的為絮凝法，選用的絮凝劑主要包括以鋁鹽、鐵鹽及其共聚物為基礎的無機絮凝劑和以聚丙烯酰胺為代表的合成有機高分子絮凝劑。投加無機絮凝劑會對人體產生危害，如長期飲用含鋁鹽的水會引起阿爾茨海默��；而且大量含有鋁鹽的污泥也會產生二次污染。有機高分子絮凝劑特別是聚丙烯酰胺衍生物在自然環境中不易降解，且單體丙烯酰胺具有強烈的神經毒性和致癌致突變作用。因此，找到可降解、安全、無二次污染的傳統絮凝劑替代物是目前絮凝劑研究與開發的熱點。生物絮凝劑因具有易于降解和對環境無害的特點顯示出替代傳統絮凝劑的潛力。
本研究首先分離篩選出一株絮凝劑高產菌株B-12，然后對B-12所產復合型生物絮凝劑BF-12的活性及組成成分進行了研究，考察了BF-12在不同條件下對褐藻膠生產廢水的絮凝效果，并由此得出該絮凝劑對褐藻膠生產廢水的最佳處理條件。該研究為褐藻膠生產廢水的無害化處理提供了新思路。
1材料和方法
1.1材料
1.1.1實驗用水
實驗所用褐藻膠生產廢水取自山東尋山水產集團。其水質為：CODCr2600mg/L，BOD51200mg/L，SS350mg/L，NH3-N65mg/L，pH7.0~7.5。
1.1.2產絮凝劑菌株的來源與篩選用培養基
產絮凝劑菌株的來源：本實驗中產絮凝劑菌株是從西安市第五污水處理廠提供的活性污泥中分離篩選得到，并于實驗室保存。
篩選用無機鹽培養基的成分：葡萄糖40g，（NH4）2SO41g，K2HPO40.5g，NaCl0.05g，FeCl30.01g，MgSO4•7H2O0.5g，CaCl20.5g，酵母提取物0.1g，蛋白胨0.1g。于121℃下高溫滅菌30min后備用。
1.1.3高嶺土懸濁液
稱取1g高嶺土放入1L水中，充分攪勻并靜置120min后吸取上清液，該上清液即為所需的高嶺土懸濁液。
1.2實驗方法
1.2.1產絮凝劑菌株的篩選與初步鑒定
按1.1.2中的配方制備篩選用無機鹽液體培養基和無機鹽固體培養基，初始pH調整為7.0。將100mL無機鹽液體培養基裝于250mL錐形瓶中，然后將采集到的活性污泥樣品制備成懸濁液并接入此液體培養基中。將錐形瓶放入搖床中以180r/min的轉速，于30℃下培養3d。將富集得到的菌液轉接入固體培養基中，于30℃下培養3d。對固體培養基中長出的菌株進行絮凝活性測定，挑選出絮凝活性最高的菌株。通過菌體形態和生理生化反應對篩選出的菌株作初步的鑒定。
1.2.2復合生物絮凝劑的純化
為得到純化的絮凝劑首先將培養菌用的發酵液用同體積的蒸餾水稀釋，然后于6000r/min下離心15min除去菌體；向上清液中加入4倍體積的0℃乙醇沉淀，然后于3000r/min下離心15min，收集沉淀并將其再次溶于蒸餾水中。重復3次。然后用去離子水透析12h以上，凍干，即獲得純化的復合生物絮凝劑。
1.2.3褐藻膠生產廢水絮凝處理方法
于250mL燒杯中加入褐藻膠生產廢水100mL，然后加入一定量的BF-12和質量分數為1%的CaCl2，混勻后調節絮凝體系初始pH，在強力電動攪拌器上快速攪拌（250r/min）30s，慢速攪拌（70r/min）5min，靜置15min，期間測定絮凝沉淀速率和光密度的變化。根據絮凝沉淀速率和光密度的變化來衡量絮凝劑BF-12對褐藻膠生產廢水的絮凝性能。
1.3分析及測定方法
1.3.1絮凝劑活性的評估
本實驗用絮凝率來評估菌株所產絮凝劑的活性大小，并最終篩選出絮凝活性最大的菌株。具體方法是以高嶺土作為懸浮物來測定絮凝劑的活性〔3〕。在燒杯中加入1mL質量分數為1%的CaCl2溶液和100mL高嶺土懸濁液，磁力攪拌3min（250r/min）；后加入0.1mL的菌液；調整高嶺土懸濁液的pH到7.0，于300r/min下攪拌30s，再于100r/min下攪拌1min，最后在室溫下靜置5min，至絮凝物形成。取上清液用VIS-7220N分光光度計在550nm處測定吸光度，計算絮凝率。
1.3.2復合生物絮凝劑的性質分析與成分檢測
總糖含量用苯酚-硫酸法測定〔4〕；己糖含量用蒽酮法測定〔4〕；氨基己糖含量用Elson-Morgan反應測定〔4〕；蛋白質含量用Bradford和Lowry法測定〔5〕。用721N紫外分光光度計掃描BF-12中的蛋白質含量；用Nicolet380FT-IR型紅外光譜儀掃描分析BF-12中的特征基團。
2結果和討論
2.1高產絮凝劑菌的篩選和鑒定
經平板分離純化后共得到152株菌株，從中篩選出16株絮凝率達到85%以上的菌株。其中編號B-12的菌株產生的絮凝物質的絮凝率最高,達到94%，選其作為絮凝劑的高產菌株。菌株B-12個體形態為革蘭氏陰性短桿菌，極生鞭毛，不產芽孢，有莢膜；經LB瓊脂培養基培養，菌落為圓形，邊緣不完整、不透明，表面光滑，根據菌株的生理生化實驗的鑒定結果（見表1），依照伯杰細菌鑒定手冊，確定該菌歸屬于假單胞菌屬（Pseudomonassp.），命名為B-12。
2.2復合生物絮凝劑的組成分析
將菌株B-12產生的絮凝劑命名為BF-12，此復合型生物絮凝劑的化學成分分析結果見表2。由表2可知，生物絮凝劑粗提物的灰分為26%，這表明無機鹽并沒有用透析完全除去。
對BF-12進行紅外光譜分析，結果見圖1。
由圖1可知，在3450cm-1處顯示出羥基的存在，1655～1550cm-1處顯示出氨基的存在。光譜的整體特征峰與幾丁質和殼聚糖的紅外譜相類似。進一步用TLC分析此絮凝劑的水解液得到Rf為0.628，也與幾丁質和殼聚糖的Rf（分別為0.635、0.633）相近似，故可初步推斷BF-12為幾丁質和殼聚糖結構類似物。由于幾丁質和殼聚糖均屬于氨基己糖類化合物，故將BF-12歸屬為氨基己糖類化合物。
2.3絮凝劑BF-12對褐藻膠生產廢水的絮凝性能
2.3.1不同絮凝劑投加量下絮凝劑的絮凝性能
45℃條件下，BF-12投加量對絮凝效果的影響如圖2所示。
由圖2可知，當絮凝劑投加質量濃度為150mg/L時，絮凝效果最佳，此時沉淀速率為4×10-4m/s，光密度為0.20。隨著絮凝劑投加量的繼續增加，沉淀速率反而減小，光密度逐漸升高。因為BF-12的主要成分為高分子多糖，膠體、懸浮物顆粒與高分子化合物的極性基團或帶電荷集團結合，可形成體積龐大的膠體沉淀物。同時大分子物質的極性基團很多，在短時間內與多個顆粒結合，因此形成凝聚體速度快，絮凝作用明顯。但絮凝劑投加量過大，絮凝劑本身的極性基團或帶電荷集團會被保護起來無法與膠體、懸浮物顆粒結合，反而使絮凝性能下降。
2.3.2不同溫度下絮凝劑的絮凝性能
在BF-12投加質量濃度為150mg/L的條件下，考察了溫度對絮凝效果的影響，結果如圖3所示。
由圖3可知，溫度對BF-12的絮凝效果影響顯著，45℃時出現最大沉淀速率，為3×10-4m/s，此時光密度為0.06。隨著溫度的繼續升高，沉淀速率下降迅速，光密度上升。主要原因是褐藻膠生產廢水的黏稠度、絮凝體系的狀態和復合型生物絮凝劑的活性都受到溫度的影響，相對較低的溫度可使分子間內部作用力增強，有利于絮凝體的形成；而較高的溫度會導致所形成的絮凝體不穩定且形成的沉淀易于膨脹。同時，復合型生物絮凝劑在高溫下容易失活。
2.3.3不同助凝劑對絮凝劑絮凝性能的影響
分別配制質量分數為1%的CaCl2、MgSO4、FeCl2、AlCl3、FeCl3和ZnSO4溶液，各取1mL加入到10mL的絮凝體系。在溫度為45℃，BF-12投加質量濃度為150mg/L的條件下，考察了助凝劑對絮凝效果的影響，結果見表3。
由表3可知，Ca2+的助凝效果最佳，在加入Ca2+條件下，沉淀速率達2.98×10-4m/s，光密度為0.06，遠優于其他助凝劑。說明Ca2+的存在可以顯著促進絮凝過程，形成凝聚物速率更快，結構致密不易膨脹。
通過不同Ca2+投加量對絮凝性能的影響實驗，最終得出Ca2+的最佳投加濃度為0.04mol/L。
2.3.4不同pH條件下絮凝劑的絮凝性能
在溫度為45℃，BF-12投加質量濃度為150mg/L，CaCl2投加濃度為0.04mol/L的條件下，考察了pH對絮凝效果的影響。結果表明，pH對褐藻膠生產廢水處理效果的影響較大，沉淀速率隨著pH的升高而增大，當pH為8時，絮凝效果最佳；繼續增大pH，沉淀速率反而減小。這表明該絮凝劑適宜在弱堿性條件下對褐藻膠生產廢水進行處理。pH直接影響絮凝劑和廢水中膠體顆粒表面電荷帶電狀態和電中和能力〔7〕，在堿性條件下絮凝劑分子和廢水中的膠體粒子均帶負電荷，此時BF-12的絮凝主要是通過橋聯作用。同時BF-12因分子內靜電斥力可使其分子鏈充分伸展，暴露了更多吸附點位，從而有利于絮凝劑與顆粒之間的橋聯作用，促進顆粒沉淀。因此利用該絮凝劑處理褐藻膠生產廢水可在pH為8的條件下進行。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。
2.4優化實驗結果
在BF-12投加質量濃度為150mg/L，溫度為45℃，助凝劑CaCl2投加濃度為0.04mol/L，pH為8的條件下，對褐藻膠生產廢水進行絮凝處理，結果如表4所示。
3結論
從活性污泥中分離出一株絮凝劑高產菌B-12，并鑒定其歸屬于假單胞菌屬。此菌產生的復合型生物絮凝劑BF-12是氨基己糖化合物，不含蛋白質，是一種多糖類的天然高分子絮凝劑。研究發現，在BF-12投加質量濃度為150mg/L，溫度為45℃，助凝劑CaCl2投加濃度為0.04mol/L，pH為8的條件下，其對褐藻膠生產廢水的處理效果較好，CODCr、BOD5、SS、NH3-N的去除率分別達到94.96%、96.10%、82.28%、81.53%。
