微生物絮凝劑與化學(xué)絮凝劑的復(fù)配研究

王小琴，李日強(qiáng)，王愛英，曲睿娟

（山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，山西太原030006）

微生物絮凝劑與化學(xué)絮凝劑的復(fù)配研究

王小琴，李日強(qiáng)，王愛英，曲睿娟

（山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，山西太原030006）

通過PY-M3微生物絮凝劑和PY-F6微生物絮凝劑與無機(jī)絮凝劑（AlCl3和PAC）的復(fù)配試驗(yàn)，考察了處理高嶺土懸濁液的絮凝效果，并采用正交試驗(yàn)研究了PAC投加量、PY-F6微生物絮凝劑投加量、絮凝劑投加順序和廢水pH值對(duì)熒光增白劑生產(chǎn)廢水處理效果的影響。結(jié)果表明，復(fù)配可以明顯減少二者的投加量，提高絮凝率，其中，PY-F6微生物絮凝劑與PAC復(fù)配效果最佳，當(dāng)PY-F6微生物絮凝劑投加量為15 mL/L，PAC投加量為20 mL/L時(shí)，絮凝率高達(dá)99.46%；當(dāng)廢水pH值為5，PY-F6微生物絮凝劑投加量為40 mL/L，PAC投加量為60 mL/L，投加順序?yàn)橄韧都覲AC時(shí)，熒光增白劑廢水濁度去除效果最好。

微生物絮凝劑；絮凝率；復(fù)配

絮凝法在國內(nèi)外廢水處理中已得到廣泛的應(yīng)用[1]。用于廢水處理的主要有3種絮凝劑：有機(jī)、無機(jī)和生物絮凝劑。單獨(dú)使用氯化鋁、聚合氯化鋁等時(shí)，會(huì)有大量的沉淀污泥，而且耗費(fèi)的藥量多、處理成本高，還會(huì)造成二次污染，人工合成的有機(jī)絮凝劑單體往往是“三致”物質(zhì)且很難生物降解；而微生物絮凝劑不會(huì)造成二次污染，而且無毒、高效，能被生物降解，引起了人們的關(guān)注[2-5]。

微生物絮凝劑起絮凝作用的物質(zhì)包括：微生物的代謝產(chǎn)物、微生物細(xì)胞提取物或微生物本身，而土壤中的礦物質(zhì)、養(yǎng)分等環(huán)境適合微生物的生長，是微生物最主要的來源?，F(xiàn)已有大量關(guān)于農(nóng)田中微生物研究和從農(nóng)田中分離篩選微生物的報(bào)道。江惠華等[6]、LI等[7]、李嬋娟等[8]、馮雅麗等[9]經(jīng)過分離篩選出微生物絮凝劑并研究絮凝特性，優(yōu)化絮凝條件，結(jié)果表明，最佳條件下絮凝率均達(dá)到90%以上，但由于它的絮凝能力有限，考慮到無機(jī)絮凝劑本身基團(tuán)、結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，如果二者配合使用，就能實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。已有研究表明，微生物絮凝劑與無機(jī)絮凝劑復(fù)配后不僅能明顯提高絮凝率，而且還能大大減少絮凝劑的投加量[10-14]。

廢水灌溉系統(tǒng)就是在保證土地資源的再生能力不被破壞以及不影響農(nóng)田產(chǎn)量的前提下，綜合利用農(nóng)田處置廢水系統(tǒng)和農(nóng)田，實(shí)質(zhì)就是利用微生物和水生生物的作用處理廢水。

本研究采用從土壤中分離出的PY-M3和PYF6微生物絮凝劑分別與AlCl3和PAC進(jìn)行復(fù)配，并通過正交試驗(yàn)考察不同影響因素對(duì)熒光增白劑生產(chǎn)廢水處理效果的影響，旨在找出復(fù)配的最佳組合以及處理熒光增白劑廢水的最佳條件，同時(shí)也為農(nóng)業(yè)的廢水灌溉問題提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 菌株來源 菌株為從土壤中分離篩選出的菌株P(guān)Y-F6和PY-M3。

1.1.2 試驗(yàn)用水 高嶺土懸濁液（質(zhì)量濃度為4%）；熒光增白劑生產(chǎn)廢水水質(zhì)列于表1。

表1 熒光增白劑生產(chǎn)廢水水質(zhì)

1.1.3 微生物絮凝劑 預(yù)發(fā)酵液制備：取50 mL發(fā)酵培養(yǎng)基，將2株菌株接種到培養(yǎng)基中，振蕩培養(yǎng)24 h（120 r/min，30℃）。

微生物絮凝劑制備：取50 mL發(fā)酵培養(yǎng)基，將預(yù)發(fā)酵液接種到培養(yǎng)基中（接種量為體積的2%），振蕩培養(yǎng)72 h（120 r/min，30℃）。

1.1.4 試劑 氯化鈣（10 g/L）；氯化鋁（0.1 g/L）；氫氧化鈉（1 mol/L）；聚丙烯酰胺（0.1 g/L）；聚合氯化鋁（0.1 g/L）；鹽酸（1 mol/L）。

1.1.5 試驗(yàn)設(shè)備 高壓蒸汽滅菌鍋（ZDX-35B型，上海申安醫(yī)療器械廠）；六連攪拌器（J6-1型，江蘇金壇市金城國勝實(shí)驗(yàn)儀器廠）；電子分析天平（JA2003型，上海儀器有限公司）；精密pH計(jì)（pHS-25型，上海雷磁儀器廠）；恒溫振蕩培養(yǎng)箱（HZQ-F160型，哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司）；離心機(jī)（LD5-2A型，北京醫(yī)用離心機(jī)廠）；光電濁度儀（WGZ-100型，上海光學(xué)儀器制造廠）；分光光度計(jì)（721型，上海第三分析儀器廠）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 不同絮凝劑處理高嶺土懸濁液的效果 投加5，10，15，20，25，30，40，50 mL/L的PY-M3和PYF6微生物絮凝劑（包含5 mL 1%CaCl2溶液）以及AlCl3，PAC和PAM于高嶺土懸濁液中，測定各自絮凝率。重復(fù)3次，取平均值。

1.2.2 微生物絮凝劑與AlCl3和PAC的復(fù)配 投加5，10，15，20，25，30 mL/L AlCl3或PAC與0，10，15，20 mL微生物絮凝劑進(jìn)行復(fù)配，測定絮凝率。重復(fù)3次，取平均值。

1.2.3 微生物絮凝劑與化學(xué)絮凝劑的投加順序?qū)π跄Ч挠绊?改變待測微生物絮凝劑和化學(xué)絮凝劑的投加順序（各取2 mL），加到高嶺土懸濁液中，測定絮凝率。重復(fù)3次，取平均值。

1.2.4 處理熒光增白劑生產(chǎn)廢水 依據(jù)上述試驗(yàn)，選PY-F6微生物絮凝劑與化學(xué)絮凝劑處理熒光增白劑生產(chǎn)廢水。在200 mL燒杯中取100 mL熒光增白劑生產(chǎn)廢水，根據(jù)表2試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以200 r/min攪拌30 s，50 r/min攪拌5 min，再靜置10 min測定濁度，研究影響濁度去除的因素。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.5 測定項(xiàng)目及方法 絮凝率的測定[15]。在100 mL量筒中，分別加入80 mL蒸餾水、5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為l%的CaCl2溶液和不同量微生物絮凝劑粗品或不同量化學(xué)絮凝劑，然后加水至100 mL。稱取0.40 g高嶺土，將量筒中液體倒于200 mL燒杯中，調(diào)pH值至8.0左右，用攪拌器快速攪拌30 s（200 r/min），同時(shí)在快速攪拌過程中投加絮凝劑，慢速攪拌5 min（50 r/min）；靜置10 min后，測定上清液在波長為550 nm處的吸光度，同時(shí)以蒸餾水代替菌液和CaCl2或以蒸餾水代替化學(xué)絮凝劑作為對(duì)照。

式中，A表示對(duì)照上清液在550 nm處的吸光度，B表示樣品上清液在550 nm處的吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同絮凝劑處理高嶺土懸濁液的效果

考察了PY-M3微生物絮凝劑，PY-F6微生物絮凝劑，AlCl3，PAC和PAM的不同投加量對(duì)高嶺土懸濁液絮凝效果的影響，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，AlCl3對(duì)高嶺土懸濁液的絮凝率最低，當(dāng)投加量達(dá)到50 mL/L時(shí)，絮凝率最高，為84.86%；聚丙烯酰胺的絮凝率最高達(dá)98.5%，此時(shí)投加量為15 mL/L；當(dāng)投加量較少時(shí)，微生物絮凝劑的絮凝率高于2種無機(jī)絮凝劑，其中，PY-F6微生物絮凝劑絮凝效果比PY-M3微生物絮凝劑絮凝效果好；但投加量超過一定的量時(shí)，絮凝率均隨絮凝劑用量的增加而降低，這可能是因?yàn)樾跄齽┯昧窟^大，膠粒間會(huì)產(chǎn)生斥力，發(fā)生再穩(wěn)現(xiàn)象，致使絮凝效果變差[16-17]。

2.2 微生物絮凝劑與氯化鋁的復(fù)配的絮凝效果

因?yàn)榛瘜W(xué)絮凝劑與微生物絮凝劑有著不同的結(jié)構(gòu)，在絮凝體系中發(fā)揮著不同的作用，所以，不同的投加順序會(huì)影響分子和顆粒之間相互靠近和吸附的過程，最終影響絮凝效果。

由表3，4可知，投加順序會(huì)影響絮凝效果，先投加氯化鋁的絮凝效果好，且PY-M3微生物絮凝劑受投加順序的影響比PY-F6微生物絮凝劑大。在后續(xù)復(fù)配試驗(yàn)中，采用先投加AlCl3，充分?jǐn)嚢韬?，再投加微生物絮凝劑的投加順序進(jìn)行復(fù)配，結(jié)果如圖2，3所示。

表3 不同順序投加AlCl3和微生物絮凝劑PY-M3的絮凝效果

表4 不同順序投加AlCl3和微生物絮凝劑PY-F6的絮凝效果

由圖2，3可知，氯化鋁和微生物絮凝劑復(fù)配后，絮凝效果明顯優(yōu)于單獨(dú)使用氯化鋁時(shí)的絮凝效果。單獨(dú)使用氯化鋁作為絮凝劑時(shí)，投加的AlCl3越多，絮凝效果越好，最好時(shí)絮凝率達(dá)到79.7%；當(dāng)分別加入10，15，20 mL/L微生物絮凝劑復(fù)配，絮凝率明顯增大，當(dāng)AlCl3投加量為15 mL/L，PY-M3微生物絮凝劑投加量為20 mL/L時(shí)，絮凝率最高，達(dá)93.24%，當(dāng)AlCl3投加量為20 mL/L，PY-F6發(fā)酵液投加量為20 mL/L時(shí)，絮凝率最高，達(dá)97.57%。試驗(yàn)時(shí)僅使用AlCl3，生成絮體較小，沉降速度慢，沉降后上清液仍然較混濁，與微生物絮凝劑復(fù)配后，絮體明顯增大，沉降速度加快，同時(shí)大大減少了AlCl3的投加量，并且PY-F6微生物絮凝劑與氯化鋁復(fù)配的絮凝效果比PY-M3微生物絮凝劑與氯化鋁復(fù)配的絮凝效果好。此外，復(fù)配試驗(yàn)中不需投加助凝劑CaCl2，可能是由于微生物絮凝劑的絮凝過程不能缺少金屬離子，復(fù)配中的無機(jī)絮凝劑提供的金屬離子Al3+完全可以替代Ca2+[10]。

2.3 微生物絮凝劑與聚合氯化鋁（PAC）的復(fù)配

從表5，6可以看出，投加順序會(huì)影響絮凝效果，先投加聚合氯化鋁，形成的絮體大且沉降所用時(shí)間短，絮凝效果好，且PY-M3微生物絮凝劑受投加順序的影響比PY-F6微生物絮凝劑大。在后續(xù)復(fù)配試驗(yàn)中采用先投加PAC，充分?jǐn)嚢韬?，再投加微生物絮凝劑的投加順序進(jìn)行復(fù)配，結(jié)果如圖4，5所示。

表5 不同順序投加PAC和微生物絮凝劑PY-M3的絮凝效果

表6 不同順序投加PAC和微生物絮凝劑PY-F6的絮凝效果

由圖4，5可知，聚合氯化鋁和微生物絮凝劑復(fù)配后，絮凝效果比只使用聚合氯化鋁時(shí)的絮凝效果好。只投加聚合氯化鋁時(shí)，投加量為25 mL/L時(shí)，絮凝率達(dá)到最高，為92.7%。圖4中投加MBF PY-M3分別為0，10，15，20 mL/L時(shí)，隨投加量增大，絮凝率逐漸增大，當(dāng)投加30 mL/L的聚合氯化鋁，PY-M3微生物絮凝劑投加量為20 mL/L時(shí)，絮凝率最高，為97.03%。圖5中PY-F6微生物絮凝劑投加量為10 mL/L時(shí)，絮凝率隨PAC投加量的增大而增大，PY-F6微生物絮凝劑投加量增加到15 mL/L時(shí)，隨著PAC投加量的增大絮凝率先升高后降低，當(dāng)PAC投加量增加到25 mL/L時(shí)，絮凝率有明顯的下降趨勢(shì)；繼續(xù)增加PY-F6微生物絮凝劑投加量到20 mL/L時(shí)，增大投加聚合氯化鋁的量絮凝效果變差?？赡苁且?yàn)楫?dāng)投加的微生物絮凝劑較少時(shí)，聚合氯化鋁的作用相當(dāng)于助凝劑，當(dāng)二者的投加量都變大后，會(huì)使絮體出現(xiàn)再穩(wěn)不能沉降。當(dāng)PY-F6微生物絮凝劑投加量為15 mL/L，PAC投加量為20 mL/L時(shí)，絮凝率達(dá)到最高，為99.46%。試驗(yàn)過程中僅使用PAC時(shí)生成絮體小，沉降速度慢，當(dāng)與微生物絮凝劑復(fù)配時(shí)，PAC在較少的投加量時(shí)絮體明顯增大，沉降速度加快，并且PY-F6微生物絮凝劑與PAC的復(fù)配效果比PY-M3微生物絮凝劑和PAC的復(fù)配效果好，PY-F6微生物絮凝劑與PAC復(fù)配時(shí)，在投加了少量的微生物絮凝劑后，就會(huì)出現(xiàn)絮體變大的現(xiàn)象，而且與單獨(dú)使用時(shí)比較，PY-F6微生物絮凝劑和聚合氯化鋁的用量都明顯減少。

2.4 復(fù)配絮凝劑處理熒光增白劑生產(chǎn)廢水濁度的去除效果

在上述試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)考察了PAC投加量、PY-F6微生物絮凝劑投加量、絮凝劑投加順序和廢水pH值對(duì)熒光增白劑生產(chǎn)廢水處理效果的影響，結(jié)果列于表7。

表7 正交試驗(yàn)結(jié)果

從表7可以看出，對(duì)濁度去除影響最大的因素是PAC投加量，嚴(yán)格控制PAC投加量是熒光增白劑廢水濁度去除的關(guān)鍵；其次是投加順序，先投加無機(jī)絮凝劑再投加微生物絮凝劑處理效果好；微生物絮凝劑PY-F6的投加量和pH影響較小。處理效果最好的為A1B1C3D1的組合，即廢水pH值為5，PY-F6微生物絮凝劑投加量為40 mL/L，PAC投加量為60 mL/L，投加順序?yàn)橄韧都覲AC。

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，在比較不同絮凝劑的絮凝效果試驗(yàn)中，微生物絮凝劑比氯化鋁和聚合氯化鋁的絮凝效果好。采用不同的投加順序進(jìn)行復(fù)配試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先投加無機(jī)絮凝劑以獲得更好的絮凝效果。

微生物絮凝劑與氯化鋁和聚合氯化鋁的復(fù)配，不僅僅減少了2種絮凝劑的投加量，還明顯提高了絮凝率。PY-F6微生物絮凝劑與PAC復(fù)配效果最佳，當(dāng)PY-F6微生物絮凝劑投加量為15 mL/L，PAC投加量為20 mL/L時(shí)，絮凝率達(dá)99.46%。

PY-F6微生物絮凝劑和PAC的復(fù)配對(duì)熒光增白劑廢水的濁度去除影響程度由大到小依次是，PAC投加量、投加順序、廢水pH值、PY-F6微生物絮凝劑投加量。當(dāng)廢水pH值為5，PY-F6微生物絮凝劑投加量為40 mL/L，PAC投加量為60 mL/L，投加順序?yàn)橄韧都覲AC時(shí)，濁度去除效果最好。

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Study on the Complexation of Microbial Flocculant and Inorganic Flocculant

WANGXiaoqin，LI Riqiang，WANGAiying，QURuijuan

（College ofEnvironmental and Resource Sciences，Shanxi University，Taiyuan 030006，China）

The complexation of MBFPY-M3,MBFPY-F6 and inorganic flocculant AlCl3,PAC were used to study on the flocculation efficiency for treating Kaolin suspension.The orthogonal factors were used to determine the dosage of PAC,the order of flocculation,pH and the dosage of MBFPY-F6 on the degradation of fluorescent whitening agent wastewater.The results showed that the complexation ofmicrobial flocculant and inorganic flocculant could decrease their dosage,increase flocculating rate.The best combination was MBFPY-F6 and PAC,when the dosage of PY-F6 was 15 mL/L and PAC was 20 mL/L,the flocculation efficiency was 99.46%. Fluorescent whitening agent had the best effect on turbidity removal at the conditions:pH was 5,the dosage of MBFPY-F6 was 40 mL/L, the dosage ofPACwas 60 mL/L and PACwere dosed before MBFPY-F6.

microbial flocculant;flocculating rate;complexation

X703.5

A

1002-2481（2017）03-0438-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.03.29

2017-01-11

山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目（20100321024）

王小琴（1990-），女，山西太原人，在讀碩士，研究方向：廢水處理。李日強(qiáng)為通信作者。