陽(yáng)泉污水廠聚丙烯酰胺PAM，永泉聚丙烯酰胺新聞

污水廠聚丙烯酰胺PAM的研究應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

          由污水廠產(chǎn)生的高分子物質(zhì)——污水廠聚丙烯酰胺PAM，天然、可降解，、、無(wú)二次污染，近些年來(lái)受到研究者極大關(guān)注。污水廠聚丙烯酰胺PAM是利用生物技術(shù)，從污水廠體或其分泌物提取、純化而獲得的一種、，且能自然降解的新型水處理劑。由于污水廠聚丙烯酰胺PAM可以克服無(wú)機(jī)高分子和合成有機(jī)高分子聚丙烯酰胺PAM本身固有的缺陷，終實(shí)現(xiàn)無(wú)污染排放，因此污水廠聚丙烯酰胺PAM的研究正成為當(dāng)今世界聚丙烯酰胺PAM方面研究的重要課題。污水廠聚丙烯酰胺PAM的研制和應(yīng)用方興未艾，其特性和優(yōu)勢(shì)為水處理技術(shù)的發(fā)展展示了一個(gè)廣闊的前景。污水廠聚丙烯酰胺PAM將可能在未來(lái)取代或部分取代傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)高分子和合成有機(jī)高分子聚丙烯酰胺PAM。我國(guó)的污水廠聚丙烯酰胺PAM研究起步較晚，層次還比較低，急需廣大環(huán)境工作者投入更多人力物力進(jìn)行發(fā)展，為我國(guó)聚丙烯酰胺PAM的發(fā)展奠定理論和物質(zhì)基礎(chǔ)。  

    1．污水廠聚丙烯酰胺PAM的發(fā)展

    1.1污水廠聚丙烯酰胺PAM的研究背景

    長(zhǎng)期以來(lái)，給水和污(廢)水處理中使用的聚丙烯酰胺PAM主要有兩大類：以鋁系和鐵系混凝劑為代表的無(wú)機(jī)高分子類和以聚丙烯酰胺為代表的合成有機(jī)高分子聚丙烯酰胺PAM。有關(guān)研究表明，飲用水?dāng)z入過(guò)多的鋁離子的人群中，老年性癡呆癥的患者比例較高。隨著全球性人口老齡化的出現(xiàn)和加劇，人們對(duì)鋁系混凝劑的使用性提出了質(zhì)疑。而丙烯酰胺單體更是具有強(qiáng)烈的神經(jīng)毒性和致癌作用。

    此外，天然有機(jī)高分子聚丙烯酰胺PAM作為一類較新的水處理劑，是利用蛋白質(zhì)、多聚糖、木質(zhì)素、幾丁質(zhì)等生物體分泌的天然有機(jī)高分子，通過(guò)化學(xué)改性制成。由于天然有機(jī)高分子具有且能完全降解的特點(diǎn)，所以曾一度引起各科研機(jī)構(gòu)的重視，但多年來(lái)在此領(lǐng)域能真正應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的品牌產(chǎn)品并不多。

    隨著生物科學(xué)基因工程領(lǐng)域許多重大突破的取得，環(huán)境科學(xué)工作者開(kāi)始將生物技術(shù)與絮凝技術(shù)結(jié)合起來(lái)，污水廠聚丙烯酰胺PAM的研制迅速發(fā)展起來(lái)，研究開(kāi)發(fā)出污水廠聚丙烯酰胺PAM，開(kāi)創(chuàng)了聚丙烯酰胺PAM研究工作的新領(lǐng)域。

    1.2污水廠聚丙烯酰胺PAM的發(fā)展

    研究者早就發(fā)現(xiàn)，一些污水廠如酵母、等有細(xì)胞絮凝現(xiàn)象，但一直未對(duì)其產(chǎn)生重視，僅是作為細(xì)胞富集的一種方法。近十幾年來(lái)，細(xì)胞絮凝技術(shù)才作為一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的生物產(chǎn)品分離技術(shù)在連續(xù)發(fā)酵及產(chǎn)品分離中得到廣泛的應(yīng)用。

    污水廠聚丙烯酰胺PAM是一類由污水廠產(chǎn)生的具有絮凝功能的高分子有機(jī)物。主要有糖蛋白、粘多糖、纖維素和核酸等。從其來(lái)源看，也屬于天然有機(jī)高分子聚丙烯酰胺PAM，因此它具有天然有機(jī)高分子聚丙烯酰胺PAM的一切優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，污水廠聚丙烯酰胺PAM的研究工作已由提純、改性進(jìn)入到利用生物技術(shù)培育、篩選優(yōu)良的菌種，以較低的成本獲得的聚丙烯酰胺PAM的研究，因此其研究范圍已超越了傳統(tǒng)的天然有機(jī)高分子聚丙烯酰胺PAM的研究范疇。

    具有分泌聚丙烯酰胺PAM能力的污水廠稱為聚丙烯酰胺PAM產(chǎn)生菌。早的聚丙烯酰胺PAM產(chǎn)生菌是Butter field從活性污泥中篩選得到。1976年，Nakamura J.等人從霉菌、、放線菌、酵母菌等菌種中，篩選出19種具有絮凝能力的污水廠，其中以醬油曲霉(Aspergillussouae)AJ7002產(chǎn)生的聚丙烯酰胺PAM。1985年，Takagi H.等人研究了擬青霉屬(Paecilomycessp.Ⅰ-1)污水廠產(chǎn)生的聚丙烯酰胺PAMPF101。PF101對(duì)枯草桿菌、大腸桿菌、啤酒酵母、血紅細(xì)胞、活性污泥、纖維素粉、活性炭、硅藻土、氧化鋁等有良好的絮凝效果。1986年，Kurane等人利用紅平紅球菌(Rhodococcuserythropolis)研制成功污水廠聚丙烯酰胺PAMNOC-1，對(duì)大腸桿菌、酵母、泥漿水、河水、粉煤灰水、活性碳粉水、膨脹污泥、紙漿廢水等均有極好的絮凝和脫色效果，是目前發(fā)現(xiàn)的的污水廠聚丙烯酰胺PAM。

    美國(guó)也研制出一些高絮凝性菌株，能與其它污水廠一起制成生物活液，用以快速下水道淤塞、水體富營(yíng)養(yǎng)化和污泥膨脹等現(xiàn)象。

    1.3污水廠聚丙烯酰胺PAM的種類

    至今發(fā)現(xiàn)的具有絮凝性的污水廠達(dá)17個(gè)種以上，有霉菌、、放線菌和酵母。 由它們生產(chǎn)的污水廠聚丙烯酰胺PAM有許多，其中代表性的為以下三個(gè)：Nakamura J.用醬油曲霉(Aspergillussouae)生產(chǎn)的聚丙烯酰胺PAMAJ7002； Takagi H.用擬青霉屬((Paecilomycessp.Ⅰ-1)污水廠生產(chǎn)的聚丙烯酰胺PAMPF101； Kurane等人利用紅平紅球菌(Rhodococcuserythropolis)研制成功污水廠聚丙烯酰胺PAMNOC-1。

    1.4污水廠聚丙烯酰胺PAM的特性

    污水廠聚丙烯酰胺PAM由陰離子型的生物高分子組成。因此，在性質(zhì)上與陰離子有機(jī)高分子聚丙烯酰胺PAM相類似，它的絮凝性質(zhì)、機(jī)理、作用都與陰離子有機(jī)高分子聚丙烯酰胺PAM相類似，但它又有自己的特性。

    污水廠聚丙烯酰胺PAM是一種天然的有機(jī)高分子化合物，包括機(jī)能性蛋白質(zhì)和機(jī)能性多糖類物質(zhì)，因此污水廠聚丙烯酰胺PAM具有生物可分解性的獨(dú)特性質(zhì)，而且對(duì)環(huán)境和人類均。污水廠聚丙烯酰胺PAM具有較高的熱穩(wěn)定性，將C-62菌株產(chǎn)生的聚丙烯酰胺PAM煮沸10分鐘后其活性仍有88%。污水廠聚丙烯酰胺PAM對(duì)多種絮凝顆粒以及合成高分子聚丙烯酰胺PAM的可溶性色素物質(zhì)都具有優(yōu)良的凝聚能力。

    2污水廠聚丙烯酰胺PAM的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

    2.1聚丙烯酰胺PAM產(chǎn)生菌的培養(yǎng)及污水廠聚丙烯酰胺PAM的提取和純化

    （1）聚丙烯酰胺PAM產(chǎn)生菌的培養(yǎng) 聚丙烯酰胺PAM產(chǎn)生菌的培養(yǎng)同其它好氧污水廠的培養(yǎng)過(guò)程相同，主要影響因素為培養(yǎng)基的C源、N源；培養(yǎng)溫度；初始pH值；通氣速度等。值得注意的是，對(duì)于某一特定菌種，聚丙烯酰胺PAM生產(chǎn)的條件往往不同于細(xì)胞生長(zhǎng)的條件。 培養(yǎng)基成分對(duì)絮劑的生產(chǎn)和絮凝活性有較大影響。富含單糖或營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基有利于聚丙烯酰胺PAM產(chǎn)生而用高氮低糖的培養(yǎng)基培養(yǎng)，會(huì)使聚丙烯酰胺PAM的產(chǎn)量降低。 合適的培養(yǎng)溫度一般為25～30℃。溫度太低會(huì)使菌體活性降低，生長(zhǎng)速度慢；溫度太高會(huì)使菌體產(chǎn)生的聚丙烯酰胺PAM活性較低。

初始ｐＨ值為6.0～8.5。對(duì)于不同的菌種，適pH值稍有不同。培養(yǎng)基初始pH值過(guò)高或過(guò)低均不利于聚丙烯酰胺PAM的產(chǎn)生。 培養(yǎng)初期大量通氣一方面滿足生物生長(zhǎng)的需求，另一方面也能防止菌體絮凝成較大顆粒。使用搖床培養(yǎng)時(shí)可采用100～200r/min。培養(yǎng)中后期可適當(dāng)降低通氣量。

    （2）污水廠聚丙烯酰胺PAM的提取和純化 污水廠聚丙烯酰胺PAM的提取首先用過(guò)濾或離心的方法去除菌體，可視發(fā)酵液的組成成份及絮凝物質(zhì)的種類性質(zhì)不同而采用乙醇，硫酸銨鹽析，丙酮、鹽酸胍等沉淀獲得。對(duì)于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的聚丙烯酰胺PAM的提取，則需要用酸、堿或有機(jī)溶劑反復(fù)溶解、沉淀以得到粗品。將粗品溶于水或緩沖溶液，可能通過(guò)離子交換、凝膠色譜等方法使其純化獲得產(chǎn)品。

    以PF101為例，其精制過(guò)程為http://www.lcyxhbkj.com：取一定量培養(yǎng)液，邊攪拌邊加入2倍體積的乙醇，然后離心分離，取沉淀物重新溶于水，經(jīng)滲析后凍干即得到粗品；將粗品溶于熱水，離心去除不溶性物質(zhì)，把用瓊脂糖6B(Sepharose 6B)做的凝膠柱先用0.04mol/L的三甲醇氨基甲烷 鹽酸(Tris HCl)緩沖溶液(pH=6.7)平衡，然后通入離心分離后的上清液，再用三甲醇氨基甲烷 鹽酸緩沖溶液洗凈，用三甲醇氨基甲烷 馬來(lái)酸酯(Tris-maleate)緩沖溶液(pH=6.5)洗脫，活性洗出液加入2倍體積的乙醇沉淀，接下來(lái)用95%的乙醇洗滌、凍干，就得到提純的成品PF101。

    2.2 聚丙烯酰胺PAM產(chǎn)生菌的基因控制

    污水廠聚丙烯酰胺PAM的產(chǎn)生是受基因控制的，到目前為止人們已發(fā)現(xiàn)了十幾個(gè)絮凝基因。如位于Saccharomycescerevisiae第一條染色體上距ade138厘摩處的FOL1具有顯性表達(dá)絮凝性的功能?，F(xiàn)代的克隆技術(shù)可以將FOL1絮凝基因切下，插入其它染色體質(zhì)粒中，經(jīng)大量復(fù)制后，轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞內(nèi)，使本無(wú)絮凝性的細(xì)胞獲得絮凝性能，或者使有絮凝性細(xì)胞的絮凝性能發(fā)生改變。

    2.3 污水廠聚丙烯酰胺PAM的作用機(jī)理及影響因素

    （1）架橋絮凝機(jī)理這一機(jī)理認(rèn)為，聚丙烯酰胺PAM借助離子鍵、氫鍵、同時(shí)結(jié)合了多個(gè)顆粒上的分子，在顆粒間起了“中間橋梁”的作用，從而使懸浮物形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的絮凝物而沉淀下來(lái)。通常認(rèn)為合成的高分子聚丙烯酰胺PAM都是通過(guò)這種機(jī)理產(chǎn)生絮凝作用，污水廠聚丙烯酰胺PAM的絮凝機(jī)理與合成的高分子聚丙烯酰胺PAM的作用機(jī)理是一致的。這種機(jī)理為人們所認(rèn)可。

    （2）電性中和機(jī)理 這一機(jī)理認(rèn)為膠體粒子的表面一般帶有負(fù)電荷，當(dāng)帶有一定正電荷的鏈狀生物大分子聚丙烯酰胺PAM或其水解產(chǎn)物靠近這種膠粒時(shí)，會(huì)中和膠體表面上的部分電荷，  使靜電斥力減少，從而使膠粒間發(fā)生磁力碰撞而凝聚，向溶液中加入金屬離子或調(diào)節(jié)pH值可影響其絮凝效果。

    （3）化學(xué)反應(yīng)機(jī)理 這一機(jī)理認(rèn)為生物大分子中某些活性基團(tuán)與被絮凝物質(zhì)相應(yīng)基團(tuán)反應(yīng)，進(jìn)而聚集成較大的分子而沉淀下來(lái)。通過(guò)對(duì)生物大分子進(jìn)行改性處理，使其添加或喪失某些活性基團(tuán)，絮凝活性發(fā)生變化而起作用。某些學(xué)者指出聚丙烯酰胺PAM的活性主要是依賴于活性基團(tuán)，即活性基團(tuán)決定了聚丙烯酰胺PAM的活性。

    （4）卷掃作用機(jī)理 這一機(jī)理認(rèn)為，當(dāng)污水廠聚丙烯酰胺PAM的投加量一定且形成小顆粒絮體時(shí)，可以在重力作用下，迅速網(wǎng)捕，卷掃水中一些膠粒，從而產(chǎn)生沉淀。這種作用可看成是一種機(jī)械作用，實(shí)踐證明，所需聚丙烯酰胺PAM的量與原水中雜質(zhì)懸浮體含量成正比。

    聚丙烯酰胺PAM的分子量、分子結(jié)構(gòu)與形狀及其所帶基團(tuán)對(duì)聚丙烯酰胺PAM的活性都有影響。一般來(lái)講，分子量越大，絮凝活性越高；線性分子絮凝活性高，分子帶支鏈或交聯(lián)越多，絮凝性越差；聚丙烯酰胺PAM產(chǎn)生菌處于培養(yǎng)后期，細(xì)胞表面疏水性增強(qiáng)，產(chǎn)生的聚丙烯酰胺PAM活性也越高。處理水體中膠體離子的表面結(jié)構(gòu)與電荷對(duì)絮凝效果也有影響。一些報(bào)道指出，水體中陽(yáng)離子，特別是Ca2+、Mg2+的存在能有效降低膠體表面負(fù)電荷，促進(jìn)“架橋”形成。另外，高濃度Ca2+的存在還能保護(hù)聚丙烯酰胺PAM不受降解酶的作用。

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