《复合型微生物絮凝剂》是一部在国内首次集中阐述复合型微生物絮凝剂的制备、特性及其在水处理等方面的应用实例的著作，以微生物絮凝剂产生菌为研究对象，旨在利用先进的发酵制备方法，利用廉价废弃物资源开发天然无毒害的新型生物材料。《复合型微生物絮凝剂》共分为四篇，系统地介绍了复合型微生物絮凝剂的特性，并归纳总结了其在环境污染治理等方面的应用，有助于增进读者对这类新兴材料的理解与认识。
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《复合型微生物絮凝剂》是基于作者及其团队的研究成果详细介绍了复合型微生物絮凝剂的特性，提出了先进“两段式发酵”制备工艺的参数和影响因素，总结了其在水处理领域的应用。《复合型微生物絮凝剂》有助于读者了解微生物絮凝剂这一新型绿色净水剂。
马放，哈尔滨工业大学教授、博士生导师。城市水资源与水环境国家重点实验室副主任，哈尔滨工业大学市政环境工程学院院长助理，黑龙江省环境生物技术重点实验室主任。主要研究方向为复合型微生物絮凝剂的研究与开发应用、环境生物技术理论与应用、污染控制理论与应用、绿色净水剂的开发与应用、工程菌的构建及生物增强技术、固定化生物活性炭技术、污染环境的生物修复、污水处理全流程资源化等。先后主持或参加了国家“973” “863”项目、国家自然科学基金项目以及国际重大合作基金项目等60余项。荣获国家科学技术进步二等奖1项，省部级科学技术进步一等奖4项，二等奖8项，三等奖3项。出版著作10部，发表论文120余篇，申请及授权专利57项。在国内外率先开发出“复合型微生物絮凝剂”“固定化生物活性炭（IBAC）技术”“生物相分离技术”。
目录
序
前言
第一篇 复合型微生物絮凝剂总论篇
第1章 总论 3
1.1 国内外常规凝剂的研究现状 4
1.1.1 无机絮凝剂的研究及发展 4
1.1.2 有机高分子絮凝剂的研究及发展 6
1.1.3 常规絮凝剂存在的问题 8
1.2 国内外微生物絮凝剂的研究现状 9
1.2.1 微生物絮凝剂的发展简史 10
1.2.2 微生物絮凝剂产生菌种类 12
1.2.3 微生物絮凝剂的分类及结构性质 14
1.2.4 微生物絮凝剂的化学组成 15
1.2.5 微生物絮凝剂的安全性 15
1.2.6 微生物絮凝剂的絮凝机理 16
1.2.7 微生物絮凝剂絮凝效果的影响因素 18
1.2.8 微生物絮凝剂的发酵生产工艺 20
1.2.9 微生物絮凝剂的优势 20
1.2.10 微生物絮凝剂在水处理中的应用 23
1.3 微生物絮凝剂的发展趋势及展望 27
1.4 复合型微生物絮凝剂的内涵及研究进展 29
1.4.1 复合型微生物絮凝剂的开发历程 29
1.4.2 复合型微生物絮凝剂的生产工艺及技术 29
1.4.3 复合型微生物絮凝剂的内涵 30
第二篇 复合型微生物絮凝剂的生理生态篇
第2章 微生物絮凝剂产生菌 33
2.1 微生物絮凝剂产生菌特征 33
2.1.1 微生物絮凝剂产生菌的形态特征 33
2.1.2 微生物絮凝剂产生菌的菌落形态特征 34
2.1.3 微生物絮凝剂产生菌的生理生化特性 35
2.1.4 微生物絮凝剂产生菌的Biolog系统分析 35
2.1.5 微生物絮凝剂产生菌的16S rDNA鉴定 37
2.2 微生物絮凝剂产生菌产絮能力的遗传稳定性 37
2.2.1 微生物絮凝剂产生菌的连续传代稳定性实验 38
2.2.2 冰箱冷冻保存和室温保存对絮凝活性的影响 39
2.3 环境因素对微生物絮凝剂产生菌产絮能力的影响 39
2.3.1 发酵方式对菌株产絮能力的影响 39
2.3.2 发酵时间对菌株产絮能力的影响 40
2.3.3 初始pH对菌株产絮能力的影响 44
2.3.4 装液量对菌株产絮能力的影响 45
2.3.5 混合培养比例对菌株产絮能力的影响 46
2.4 营养元素对微生物絮凝剂产生菌絮凝活性和絮凝效果的影响 47
2.4.1 碳源对菌株产絮能力的影响 47
2.4.2 氮源对菌株产絮能力的影响 52
2.4.3 磷酸盐对菌株产絮能力的影响 52
第3章 徽生物絮凝剂活性成分分析 54
3.1 微生物絮凝剂的理化特征 54
3.1.1 微生物絮凝剂产生菌胞外分泌物的电子显微观察 54
3.1.2 微生物絮凝剂在发酵液中的分布 56
3.1.3 微生物絮凝剂的热稳定性 56
3.1.4 微生物絮凝剂的pH稳定性 58
3.2 微生物絮凝剂活性成分分析 59
3.2.1 微生物絮凝剂化学特征的测定 59
3.2.2 微生物絮凝剂活性成分含量分析 60
3.2.3 微生物絮凝剂活性成分确定 60
3.3 微生物絮凝剂分离提取 61
3.3.1 有机溶剂的选择 61
3.3.2 有机溶剂沉淀条件的选择 61
3.4 微生物絮凝剂中游离蛋白质的去除 64
3.4.1 去蛋白质试剂的选择 64
3.4.2 玄蛋白质条件的选择 64
3.4.3 去蛋白质后微生物絮凝剂的紫外光谱分析 67
3.4.4 初步分离提取后微生物絮凝剂的絮凝活性 67
3.5 微生物絮凝剂的纯化 68
3.5.1 微生物絮凝剂纯化过程中的洗脱速度 68
3.5.2 微生物絮凝剂纯化过程中的收集革 69
3.5.3 微生物絮凝剂纯化过程中的上样量 70
3.6 微生物絮凝剂活性成分纯度的鉴定 71
3.6.1 纯化后的微生物絮凝剂 71
3.6.2 纯度鉴定——琼脂糖凝胶电泳法 71
3.6.3 紫外吸收光谱分析 72
3.7 微生物絮凝剂活性成分的相对分子质量测定 74
3.8 微生物絮凝剂活性成分的组成分析 76
3.8.1 基于薄层色谱法的微生物絮凝剂活性成分分析 76
3.8.2 基于气相质谱法的微生物絮凝剂活性成分分析 77
3.9 微生物絮凝剂纯品的结构分析 81
3.9.1 基于红外光谱法的微生物絮凝剂活性成分结构分析 81
3.9.2 基于核磁共振法的微生物絮凝剂活性成分结构分析 84
第4章 微生物絮凝剂产生菌F+发酵及环境条件优化 87
4.1 微生物絮凝剂产生菌F+发酵条件优化 87
4.1.1 微生物絮凝剂产生菌F+最佳发酵种龄 87
4.1.2 微生物絮凝剂产生菌F+最佳发酵时间 88
4.1.3 微生物絮凝剂产生菌F+最佳发酵温度 89
4.1.4 微生物絮凝剂产生菌F+最佳pH 91
4.1.5 微生物絮凝剂产生菌F+最佳溶解氧 95
4.1.6 微生物絮凝剂产生菌F+最佳摇床转速 97
4.1.7 微生物絮凝剂产生菌F+最佳装液量 98
4.2 微生物絮凝剂分批补料发酵技术 98
4.2.1 微生物絮凝剂分批补料发酵培养过程分析 99
4.2.2 补加碳源对微生物絮凝剂分批补料发酵的影响 101
4.2.3 补加氮源对微生物絮凝剂分批补料发酵的影响 108
4.2.4 微生物絮凝剂分批补料发酵效果与分批发酵效果对比 109
4.3 微生物絮凝剂产生菌的发酵动力学特性 110
4.3.1 微生物絮凝剂产生菌发酵动力学模型的选择 110
4.3.2 微生物絮凝剂产生菌发酵动力学方程求解与分析 113
4.3.3 微生物絮凝剂产生菌发酵动力学方程参数分析 120
第三篇 基于廉价底物的复合型微生物絮凝剂制备篇
第5章 复合型微生物絮凝剂生产工艺流程 123
5.1 利用秸秆类纤维素制备微生物絮凝剂的总体方案设计 123
5.1.1 开发利用秸秆类纤维素的重要意义 123
5.1.2 复合型微生物絮凝剂生产的工艺路线 124
5.1.3 复合型微生物絮凝剂生产工艺的关键步骤 125
5.2 纤维素降解菌的筛选及其发酵条件 126
5.2.1 纤维素降解菌的筛选 126
5.2.2 纤维素降解菌的菌种鉴定 135
5.2.3 纤维素降解菌的培养条件对还原糖产率的影响 142
5.2.4 羧甲基纤维素降解实验 146
5.3 秸秆类纤维素原料的预处理 150
5.3.1 秸秆预处理工艺优化 150
5.3.2 秸秆制取微生物絮凝剂产量分析 152
5.4 复合型微生物絮凝剂发酵工艺条件的优化 153
5.4.1 复合型微生物絮凝剂发酵工艺的最佳发酵时间 153
5.4.2 复合型微生物絮凝剂发酵工艺的最佳温度 156
5.4.3 复合型微生物絮凝剂发酵工艺的最佳pH 158
5.4.4 复合型微生物絮凝剂发酵工艺的最佳摇床转速 159
5.4.5 纤维素发酵液灭菌和除菌处理对絮凝效果的影响 160
5.4.6 复合型微生物絮凝剂产生菌对纤维素发酵液成分的利用 160
5.5 提高复合型微生物絮凝剂产量的营养策略 162
5.5.1 总氮含量对絮凝效果的影响 162
5.5.2 补料后发酵液C/N的变化 163
5.5.3 葡萄糖含量对絮凝效果的影响 164
5.5.4 补加葡萄糖对复合型微生物絮凝剂生产的影响 164
5.5.5 利用不同底物生产的絮凝剂的絮凝率 167
第6章 廉价底物制备复合型微生物絮凝剂 168
6.1 复合型微生物絮凝剂产生菌F+利用制氢废液制取微生物絮凝剂 168
6.1.1 材料和方法 168
6.1.2 微生物絮凝剂产生菌对制氢废液的利用情况 170
6.1.3 驯化微生物絮凝剂产生菌 171
6.1.4 驯化后微生物絮凝剂产生菌的发酵条件 173
6.1.5 微生物絮凝剂产生菌对底物的利用 175
6.1.6 微生物絮凝剂成分分析 176
6.1.7 微生物絮凝剂与无机絮凝剂AlCl2联合作用机理研究 177
6.2 利用谷氨酸废液制备微生物絮凝剂 177
6.2.1 谷氨酸废液的来源和性质 178
6.2.2 谷氨酸废液培养基的配置与优化 180
6.2.3 环境因素对微生物絮凝剂产生菌F+的影响 182
6.2.4 以谷氨酸废液为原料制取微生物絮凝剂 188
第7章 复合型微生物絮凝剂的絮凝形态学及絮凝机理解析 192
7.1 复合型微生物絮凝剂的絮凝形态学分析及其影响因素 192
7.1.1 复合型微生物絮凝剂的普通絮凝形态分析 192
7.1.2 Ca2+对复合型微生物絮凝剂的影响 196
7.1.3 投加方式对复合型微生物絮凝剂的影响 198
7.2 复合型微生物絮凝剂絮凝过程解析 201
7.2.1 水中胶体和颗粒的脱稳和凝聚 201
7.2.2 键合和吸附桥联作用形成絮凝体 204
7.2.3 网捕卷扫作用促进絮体的聚集和沉降 212
第四篇 复合型微生物絮凝剂在水处理领域的应用篇
第8章 隻合型微生物絮凝剂的生物安全性评价及企业标准 217
8.1 复合型微生物絮凝剂的生物安全性评价 217
8.1.1 复合型微生物絮凝剂的急性经口毒性实验 217
8.1.2 复合型微生物絮凝剂的致突变实验 219
8.1.3 复合型微生物絮凝剂的致畸实验 222
8.2 复合型微生物絮凝剂企业标准的建立 226
8.2.1 复合型微生物絮凝剂企业标准的使用范围 226
8.2.2 复合型微生物絮凝剂企业标准的规范性引用文件 226
8.2.3 复合型微生物絮凝剂企业标准的产品分类 226
8.2.4 复合型微生物絮凝剂企业标准的技术要求 227
8.2.5 复合型微生物絮凝剂企业标准的实验方法 228
8.2.6 复合型微生物絮凝剂企业标准的检验规则 229
8.2.7 复合型微生物絮凝剂包装、标志、运输和储存 229
第9章 复合型微生物絮凝剂的应用及工程示范 231
9.1 影响复合型微生物絮凝剂絮凝作用效果的关键因素 231
9.1.1 投加量对复合型微生物絮凝剂絮凝作用的影响 231
9.1.2 pH对复合型微生物絮凝剂絮凝作用的影响 233
9.1.3 钙离子浓度对复合型微生物絮凝剂絮凝作用的影响 234
9.1.4 温度对复合型微生物絮凝剂絮凝作用的影响 236
9.1.5 存放时间对絮凝效果的影响 237
9.2 复合型微生物絮凝剂的应用 238
9.2.1 复合型微生物絮凝剂处理强酸性废水的絮凝效果 238
9.2.2 复合型微生物絮凝剂处理生活污水的絮凝效果 239
9.2.3 复合型微生物絮凝剂处理泥浆废水的絮凝效果 241
9.2.4 复合型微生物絮凝剂处理煤气及造纸废水的絮凝效果 245
9.2.5 复合型微生物絮凝剂处理松花江原水的絮凝效果 247
9.2.6 复合型微生物絮凝剂处理大庆中引水厂水源水的絮凝效果 247
9.2 7 复合型微生物絮凝剂处理含PAM废水 256
9.3 智能投药实时控制系统开发 257
参考文献 259
附录1 3，5-二硝基水杨酸(DNS)比色法 266
附录2 Ames实验试剂及培养基 267
第一篇复合型微生物絮凝剂总论篇复合型微生物絮凝剂第1章总论第1章总论
水资源是人类生产和生活中不可缺少的自然资源，也是生物赖以生存的环境资源。随着水资源危机的加剧和水环境质量不断恶化，水资源短缺已成为当今世界备受关注的环境问题之一。
随着人民生活水平的提高，用水量日益增加，世界性的水资源危机日益加重。我国是水资源缺乏的国家之一，目前已有400多个大中城市缺水，其中100多个的城市严重缺水，工业用水占城市用水的70%~80%以上，加之严重的环境污染，我国估计每年缺水300亿t(黄鹄等，2011)。这将严重影响人民的日常生活和国民经济的发展。因此，治理污水，提高水的重复利用率，保护水资源迫在眉睫。
在当今环保产业领域中，污水的处理方法有生化法、离子交换法、吸附法、化学氧化法、电渗析法、絮凝沉淀法等，其中絮凝技术是目前国内外普遍采用的经济、简便的水处理方法，它广泛应用于水污染控制、水体富营养化、节水回用净化工程技术、城镇用水及工业废水、食品和发酵工艺、制药工程、化工冶金以及矿选工程等水处理领域。絮凝技术的特点是基建投资少、处理时间短，尤其适合一些中小型企业的污水处理。目前絮凝法已在水处理中占有重要地位，其核心技术为絮凝剂的选择与使用。絮凝剂(flocculant或flocculating agent)是指能够将水溶液中的溶解物、胶体或者悬浮物颗粒凝聚产生絮状物沉淀的物质。随着科学技术的发展，絮凝剂由单一向多样化转变，成为市场上消耗量最大的水处理药剂。根据化学成分的不同，其主要分为无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂、微生物絮凝剂和复合高分子絮凝剂四大类，常用絮凝剂及其分类如表1?1所示(郑怀礼，2003)。
表1?1常用絮凝剂分类及典型代表物分类类型典型代表物无机絮凝剂无机低分子型明矾(KA),硫酸铝(AS),硫酸铁(FS),三氯化铁(FC),活化硅酸(AS)无机高分子阴离子型聚合氯化铝(PAC),聚合氯化铁(PFC),聚合硫酸铝(PAS),聚合硫酸铁(PFS),聚合磷酸铝(PAP),聚合磷酸铁(PFP)无机高分子阳离子型聚合磷酸(PSi),聚合硅酸(PS)无机高分子阴离子复合型聚合氯化铝铁(PAFC),聚合硫酸铝铁(PAFS),聚合磷氯化铁(PPFC),聚硫氯化铝(PACS)续表分类类型典型代表物无机絮凝剂无机高分子阳离子复合型聚合硅酸硫酸铁铝(PFASSi)。
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