多糖生物絮凝劑在污水處理中的應(yīng)用

劉明源，周琳，陳雨嫣，沈文昌

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)院，江蘇泰州225300）

絮凝技術(shù)已經(jīng)在凈水處理、污水處理、污泥處理等水處理行業(yè)取得了廣泛的應(yīng)用。目前，常用的絮凝劑種類主要包括無機絮凝劑、有機絮凝劑，其中有機絮凝劑又分為有機合成高分子絮凝劑及天然高分子絮凝劑。無機絮凝劑及有機合成高分子絮凝劑目前已經(jīng)形成較為成熟的應(yīng)用市場，其絮凝效果優(yōu)良，絮凝工況條件穩(wěn)定，且使用成本較低。然而，也存在出水殘留、二次污染等問題，限制了其應(yīng)用，如鐵鹽絮凝劑出水殘留鐵超標(biāo)，色度偏高；鋁鹽絮凝劑形成的絮體較輕，沉淀性能較差，殘留物對人體有害；聚丙烯酰胺的單體具有神經(jīng)毒性和三致效應(yīng)等。

微生物絮凝劑屬于天然高分子絮凝劑，其由微生物產(chǎn)生或分泌的多糖、蛋白質(zhì)、核酸等物質(zhì)組成，具有應(yīng)用范圍廣、安全無毒、易生物降解、無二次污染等優(yōu)點。根據(jù)微生物產(chǎn)絮凝劑的方式可分為微生物細胞絮凝劑、微生物細胞壁絮凝劑以及微生物代謝產(chǎn)物絮凝劑。本文將根瘤菌CFCC2272所產(chǎn)的胞外多糖制備的生物絮凝劑CFCC2272-P，分別應(yīng)用于高嶺土模擬廢水、剛果紅模擬印染廢水的絮凝處理，并比較其與聚丙烯酰胺（PAM）、聚合氯化鋁（PAC）的絮凝脫色效果。

1 實驗材料

1.1 實驗儀器

100μL、1 000μL移液槍；恒溫浴鍋；SW-CJ-VS1超凈工作臺；SPX-100B-Z生化培養(yǎng)箱；IS-RDV1恒溫培養(yǎng)搖床；UV-1801紫外可見分光光度計；電子天平等。

1.2 實驗材料

菌種：CFCC2272；發(fā)酵培養(yǎng)基：葡萄糖3%，尿素0.2%，酵母粉0.2%，蛋白胨0.1%，尿嘧啶0.05%，pH調(diào)至7.5；試劑：PAC、PAM、剛果紅、高嶺土（40目）。

2 實驗方法

2.1 培養(yǎng)方法

將菌種接種至發(fā)酵培養(yǎng)基（50 mL）中，于恒溫搖床30℃，180 r/min培養(yǎng)48 h后得到CFCC2272發(fā)酵液。

2.2 生物絮凝劑的制備

將發(fā)酵液于10 000 r/min離心分離15 min，收集上清液并加入3倍體積的無水乙醇溶液，攪拌好后放入4℃冰箱沉淀16 h，再次放入離心機，8 000 r/min離心20 min，收集沉淀物，用70%乙醇洗滌三遍后冷凍干燥，即得到生物絮凝劑CFCC2272-P。

2.3 不同絮凝劑處理高嶺土廢水

取100 mL濃度為2 g/L的高嶺土懸濁液，加入1 mL CaCl（質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%）助凝劑，然后加入2 mL的不同絮凝劑溶液，快速（180 r/min）振蕩30 s，再慢速（60 r/min）振蕩1 min，靜置沉淀5 min后觀察絮體狀況，并取上清液面下1 cm處的水樣，測定其550 nm波長處的吸光度，計算絮凝率：

式中：A-高嶺土懸濁液的初始吸光度；A-絮凝后上清液的吸光度。

2.4 不同絮凝劑處理剛果紅模擬印染廢水

取100 mL濃度為100 mg/L的剛果紅溶液，加入2 mL CaCl（質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%）助凝劑，然后加入不同絮凝劑溶液，快速（180 r/min）振蕩30 s，再慢速（60 r/min）振蕩1 min，靜置沉淀5 min后觀察絮體狀況，并取上清液面下1 cm處的水樣，測定其497 nm波長處的吸光度，計算絮凝率，公式同上。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同絮凝劑處理高嶺土廢水的效果

3.1.1 絮凝劑投加量對絮凝效果的影響

圖1顯示絮凝劑PAC、PAM及生物絮凝劑在2～14 mg/L的不同投加量下，對高嶺土廢水絮凝率的影響。當(dāng)絮凝劑投加量在2 mg/L時，各絮凝劑的絮凝效果均不佳，當(dāng)投加量達到6 mg/L時，PAM的絮凝率上升幅度最為明顯，投加量達到8 mg/L時，PAC的絮凝率達到最大值，PAM的最優(yōu)投藥量為10 mg/L，生物絮凝劑的最佳投藥量為12 mg/L，三種絮凝劑的最高絮凝率均能達到90%以上。

圖1 不同絮凝劑投加量對高嶺土廢水絮凝率的影響Fig.1 Effect of different dosage of flocculant on flocculation rate of kaolin wastewater

3.1.2 初始pH值對絮凝效果的影響

pH值會影響絮凝劑在溶液中的電解性和空間構(gòu)象，圖2顯示PAC、PAM及生物絮凝劑三種絮凝劑在溶液初始pH為2～12時，對高嶺土廢水絮凝率的影響。PAC的最佳pH值范圍在中性附近6～8，PAM的最佳pH值范圍為中性偏堿性8～12，在最佳pH值范圍內(nèi)，其絮凝率均可以達到90%以上，而生物絮凝劑在pH值為4、10時均有較高的絮凝率，絮凝率受pH值影響不大，有較廣的應(yīng)用范圍。

圖2 pH值對高嶺土廢水絮凝率的影響Fig.2 Effect of pH value on flocculation rate of kaolin wastewater

3.2 不同絮凝劑處理剛果紅模擬印染廢水的效果

3.2.1 絮凝劑投加量對絮凝效果的影響

由圖3可見，三種絮凝劑在處理剛果紅模擬印染廢水時，最佳投藥量明顯高于處理高嶺土廢水，且絮凝率也低于高嶺土廢水。PAM的最佳投藥量為60 mg/L，PAC和生物絮凝劑的最佳投藥量均為100 mg/L，這可能與生物絮凝劑在制備時的純化程度有關(guān)。三種絮凝劑的最高絮凝率在90%左右，說明在剛果紅廢水中的絮凝效果略差于高嶺土廢水。

圖3 不同絮凝劑投加量對剛果紅廢水絮凝率的影響Fig.3 Influence of different dosage of flocculant on flocculation rate of dye removal

圖4 pH值對剛果紅廢水絮凝率的影響Fig.4 Effect of pH on flocculation rate of dye removal

3.2.2 初始pH值對絮凝效果的影響

pH值會影響染料分子在溶液中的溶解性，從而影響其去除率。圖4顯示PAC在溶液初始pH值在8左右時，有較好的絮凝率，PAM則是在溶液初始pH值為8～10，達到最優(yōu)絮凝效果，而生物絮凝劑用于剛果紅模擬印染廢水時，在不同pH值情況下，處理效果均較為穩(wěn)定，絮凝率基本都在80%以上，有較廣的應(yīng)用范圍。

4 結(jié)論

（1）對高嶺土廢水的處理，生物絮凝劑的最佳投藥量是12 mg/L，略高于PAC及PAM；最適pH值范圍為4～12，明顯較PAC及PAM適用范圍更廣，絮凝率最高可達到91.3%。

（2）對于剛果紅模擬印染廢水的處理，PAC、PAM及生物絮凝劑的投藥量都大幅度上升，且絮凝率也有所下降。生物絮凝劑的最佳投藥量為100 mg/L，最適pH范圍為6～12，最高絮凝率可達89.5%。