范文一:微生物絮凝剂的研究和应用
中国给水排水
2001Vol.17 CHINAWATER&WASTEWATER No.6
述评与讨论
朱晓江1, 尹双凤2, 3
(1.深圳市天健化学工业清洗有限公司,广东;化学系,北京
100084;3.清华大学100084)
摘 要: 、絮凝的机理及其在水处理中的应用,并预示了今。 关键词:; 絮凝机理; 水处理
中图分类号:X17 文献标识码:B 文章编号:1000-4602(2001)06-0019-04 微生物絮凝剂就是利用生物技术,从微生物或其分泌物提取、纯化而获得的一种安全、高效、且能自然降解的新型水处理剂,包括糖蛋白、多糖、纤维素、蛋白质和DNA等[1]。由于微生物絮凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂本身固有的缺陷,既可生物降解又安全可靠,最终实现无污染排放,因此越来越受到关注。
1 微生物絮凝剂的研究进展111 产生絮凝剂的微生物种类
表1 具有絮凝性的微生物种类[2]
Alcaligenescupidus
Nocardinrhodnii
协腹产碱杆菌
Aspergillussojae
红色诺卡氏菌
Paecilomycessp.
酱油曲霉
Aspergillusochraceus
拟青霉属菌
Pseudomonasaeruginosa
棕曲霉
Aspergillusparasiticus
铜绿假单胞菌
Pseudomonasfluorescens
寄生曲霉
Brevibacteriuminsectiohilium
荧光假单胞菌
Pseudomonadfaecalic
嗜虫短杆菌
Brownrotfungi
粪假单胞菌
Rhodococcuserythropolis
具有分泌絮凝剂能力的微生物称为絮凝剂产生菌,至今发现的具有絮凝性的微生物已经超过17种,包括霉菌、细菌、放线菌和酵母菌等[2](见表1)。最早发现的絮凝剂产生菌是Butterfield于1935年从活性污泥中筛选得到的,至今最具代表性的微生物絮凝剂有以下三种:NakamuraJ发现的酱油曲霉(Aspergillussojae)产生的絮凝剂AJ7002;TakagiH用
棕腐真菌
Corynebacteriumbrevicale
红平红球菌
Schizosaccharomycespombe
棒状杆菌
Geotrichumcandidum
粟酒裂殖酵母
Slaphytococcusaureus
白地霉
Monacusanks
金黄色葡萄球菌
Streptomycesgrisens
赤红曲霉
Nocardinrestricta
灰色链霉素
Streptomycesvinacens
拟青霉素(Paecilomycessp.I—1)产生的微生物絮凝剂PF101,它对枯草杆菌、大肠杆菌、啤酒酵母、血红细胞、活性污泥、硅藻土、纤维素粉、活性炭、氧化铝等有良好的絮凝效果;Kurane利用红平红球菌(Rhodococcuserythropolis)研制成功微生物絮凝剂NOC—1,对大肠杆菌、酵母、泥浆水、河水、粉煤灰
椿象虫诺卡氏菌
Nocardincalcarea
酒红色链霉素
Whiterootfungi
石灰壤诺卡氏菌白腐真菌
112 微生物絮凝剂的性质及制取
Mckinney发现了积累在细胞外的多糖类物质和
细菌絮凝作用之间的关系,随后Buch、Pavoni也从废水中发现了絮凝物质。一般来说,微生物产生的絮凝物质的分子质量多在1×105以上,如Sakka的
Pseudomonassp.C—120产生的絮凝物质是分子质量
水、活性炭粉水、膨胀污泥、纸浆废水等均有极好的絮凝和脱色效果,是目前发现的最好的微生物絮凝剂。
2001Vol.17 中国给水排水 No.6>2×106的天然双链DNA。
不同的絮凝剂产生菌产生絮凝剂的条件不同,主要影响因素为培养基的碳源、氮源、培养温度、初始pH值、通气速度等。如产多糖蛋白类絮凝剂的Rhodococcuserythropolis的最适碳源为葡萄糖、果糖等水溶性糖类,最适氮源为尿素和硫酸铵。而Pae2cilomycessp.I—1的最适碳源为淀粉,最适氮源为多肽和酪胺酸。培养基的初始pH值对微生物产生絮凝剂有影响,最适宜的pH值一般为中性到偏碱性,并且在培养过程中pH的过程。在培养过程中,25左右,,培养响,Sakka等人观察到Ca2+对酵母菌产生絮凝剂有诱导作用。在有些情况下,通气量对细菌的生长及产絮凝剂的能力是一个不可忽略的影响因素,培养初期大量通气,一方面满足了生物生长的需求,另一方面也能防止菌体絮凝成较大的颗粒。
从发酵液中提取和纯化微生物絮凝剂的方法有多种,一般采用抽滤或离心的方法去除菌体,然后根据发酵液的组分及絮凝物质的种类、性质而采用乙醇、硫酸铵盐析、丙酮、盐酸胍等沉淀获得。对于结构较为复杂的絮凝剂的提取,则需用酸、碱或有机溶剂反复溶解、沉淀以得到粗品。絮凝剂的纯化一般采用将粗品溶于水或缓冲溶液中,通过离子交换、凝胶色谱纯化,也有把粗品溶解、去除不溶物、透析纯化的。113 絮凝剂产生菌的基因控制
絮凝剂产生的基因控制是一个复杂的过程,涉及定位基因与抑制基因的相互作用、定位基因的表达、絮凝剂的合成和分泌等。目前人们只对某些细菌、酵母菌中与絮凝有关的基因及其产物、絮凝微生物细胞壁的成分、结构进行了研究,以期揭开微生物产生絮凝剂的机制。目前至少发现了14个絮凝基因,据报道,FL01、FL05、FL08、tupl都是定位于染色体上与絮凝有关的基因。FL01和FL05絮凝基因都在1号染色体上,FL08在3号染色体上,这三个絮凝基因分子克隆已获成功。FL05絮凝基因有显性表达絮凝性的功能,但其表达受到亲株细胞结合型(MAT)遗传信息的控制。由FL05絮凝基因构建出的新菌株所分泌的絮凝素成分不同于FL01,FL05不
会因所在的染色体遭到破坏而失活,但是对热处理敏感,FL01絮凝基因正好与此相反。FL05表达产物对糜蛋白酶稳定,FL01表达产物却易被糜蛋白酶降解。FL08/f10的表达受MATa/MATa的抑制。
Saito等人的研究表明,絮凝微生物与絮凝剂产生菌之间有一定关系K处理絮凝,,但该,怎样在细胞壁上定位以及。
Kakka等人发现絮凝能力是微生物非必需的,从絮凝菌中得到的非絮凝突变子在生长程度、形态、生理上与絮凝亲本均相同。Henry报道了一株由质粒控制絮凝性状的细菌,质粒消除后絮凝能力丧失,菌生长良好。而王镇等[1]报道了其所筛选的四种絮凝剂产生菌均不含质粒,因而认为产生絮凝性的性状不是由质粒控制的。
2 微生物絮凝剂的絮凝机理
关于微生物絮凝剂的作用机理先后提出过很多学说,如Butterfield的粘质假说,Grabtree的PHB(poly-β-hydroxybutyricacid)酯合学说,Friedman的菌体外纤维素纤丝学说等。目前较为普遍接受的是“桥联作用”机理,该机理认为絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力,同时吸附多个胶体颗粒,在颗粒间产生“架桥”现象,从而形成一种网状三维结构而沉淀下来。该学说可以解释大多数微生物絮凝剂引起的絮凝现象,以及一些因素对絮凝的影响并为一些实验所证实。例如Levy等人以吸附等温线和ζ电位测定表明,环圈项圈藻PCC—6720所产絮凝剂确实是以“桥联”机制为基础的。电镜照片显示的聚合细菌之间由细胞外聚合物搭桥相连,正是这些桥使细胞丧失了胶体的稳定性而紧密地聚合成凝聚体在液体中沉淀下来[3]。
絮凝剂的分子结构、形状、分子质量和所带基团对絮凝剂的活性有影响。大分子上要有线形结构,如果分子是交联的或支链结构,其絮凝效果就差[4]。分子质量对活性也有影响,一般来说,分子质量越大,絮凝活性越高,用蛋白酶处理AspergillussojaeAJ7002产生的絮凝剂活性有所下降就是由于絮凝剂中蛋白质组分水解引起多聚物分子质量降低而致。一些特殊基团由于在絮凝剂中充当颗粒物质的
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吸附部位或维持一定的空间构像,对絮凝剂活性影响很大。研究表明,用高锰酸钾处理Asp絮凝剂的己糖胺多聚物部分,使其氧化而释放出氧,活性就消失。处理水体中胶体离子的表面结构与电荷对絮凝效果也有影响,水体中钙、镁离子的存在能显著降低胶体表面的负电荷,促进“架桥”形成。另外,絮凝剂的加入量对活性也有一定影响,通常有一最佳加入量,过多和过少絮凝剂效果均下降,最佳值大约是固体颗粒表面吸附大分子化合物达到饱和时的一半吸附量,大[4]。
产生影响。作用,性[1]。有人研究了Baker′s酵母细胞的絮凝剂特性,当用半刀豆球蛋白A处理后活性丧失,这是因为豆球蛋白与细胞表面的甘露糖结合,覆盖了细胞表面,阻止了细胞与胶体颗粒的结合。细胞的年龄对絮凝作用也有影响,在培养早期,絮凝性不好,随着发酵的进行,絮凝活性逐渐增加,这可能是因为细胞年龄影响着细胞壁中的甘露聚糖、葡萄糖和蛋白质组分,从而影响絮凝剂效果。
絮凝过程是胶体颗粒与大分子相互靠近、吸附并形成网状结构的过程,因而大分子与胶体颗粒的表面电荷对絮凝效果有很重要的影响。体系的pH值直接影响着絮凝剂大分子和胶体颗粒的表面电荷,从而影响着它们之间的靠近和吸附行为。体系中的离子,尤其是高价异种离子能够显著改变胶体的ζ电位,降低其表面电荷,促进大分子与胶体颗粒的吸附与架桥。阳离子的影响,特别是Ca2+促进作用的报道很多,研究者在研究Ca2+对环圈项圈藻产絮凝剂絮凝膨润土的影响时发现,Ca2+的加入减少了大分子和悬浮颗粒的负电荷,增加了悬浮颗粒对大分子的吸附量,促进了架桥的形成。Ca2+不仅可以促进絮凝的形成,而且高浓度的Ca2+可以有效地保护絮凝剂不受降解酶的作用。但也有报道认为体系中盐的加入会降低絮凝的活性,这可能是由于离子的加入破坏了大分子与胶体之间氢键的形成。有一种生物絮凝剂的活性受缓冲液离子强度的影响,在高离子强度下,大量离子占据了絮凝剂分子的活性位点,并把絮凝剂分子与固体悬浮颗粒隔开而抑制絮凝[5]。高温引起生物大分子的变性使其结构和
功能破坏,如Kurane报道S—1生产的含蛋白质的絮凝剂在不密封条件下,在100℃下加热1s后活性下降50%。有的絮凝剂不含高温变性成分或所含高温变性成分只是对分子质量的贡献,而对高温不敏感。
“架桥”,机理并不能解释所有现象,,需要对特定、结构、电荷、构像及各种。
3微生物絮凝剂在水处理中的应用
与有机或无机合成高分子絮凝剂相比,微生物絮凝剂具有絮凝范围广、活性高、安全无害、不污染环境等特点,而且作用条件粗放,大多不受离子强
6]
度、pH值及温度的影响[1、,因此可以广泛应用于给水和污水处理。
① 畜产废水的处理[7]
畜产废水是含BOD较高的难处理有机废水,采用合成有机絮凝剂虽然有较好的效果,但存在二次污染。猪粪尿废水采用NOC—1加Ca2+处理10min后,废水的上清液变成几乎透明的液体,废水中的TOC由处理前的8200mg/L变为2980mg/L,去除率达63.7%,OD660由处理前的15.7变为0.86,浊度去除达94.5%。
② 可消除污泥膨胀[7]
不少工业废水在采用活性污泥处理过程中,形成的活性污泥容易发生膨胀,从而影响处理效率,若添加微生物絮凝剂,会取得良好效果。如甘草制药废水生化处理过程中形成的膨胀性污泥,当在其中添加NOC—1微生物絮凝剂后,污泥的SVI很快从290下降到50,消除了污泥的膨胀,恢复了活性污泥的沉降能力。
③ 建材废水的处理[8]
含有高悬浮物的建筑材料加工废水也是较难处理的一类废水,例如陶瓷厂废水,主要包括胚体废水和釉药废水两种,前者主要含有较多的粘土颗粒,后者除含粘土颗粒外,还有相当数量的釉药。当添加NOC—1后5min,胚体废水的OD从原来的1.4降低到0.043;釉药废水的OD660从17.2下降到0.35;浊度去除率分别为96.6%和97.9%,可得到几乎透明的上清液。
9]
④ 废水的脱色[8、
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现今的活性污泥法技术除去废水中的BOD并非难事,但对于脱色几乎还没有特效的方法,特别是对于那些可溶性色素很难处理,而采用微生物絮凝剂NOC—1,对墨水、糖蜜废水、造纸黑液、颜料废水等进行的试验表明,处理后上清液变为无色透明。辛宝平用P.alcaligenes8724菌株产生的絮凝剂在实验室对纸浆黑液和氯霉素等颜色较深的废水进行脱色处理,其脱色率分别达95%和98%以上。
⑤ 给水处理[10]
邓述波等人利用含有糖醛酸、的多糖絮凝剂处理河水,剂而言,絮团大、沉降快COD值最小。
4 结语
到常规絮凝剂上,实现生化与絮凝处理的有机结合,
以期在保证出水水质的前提下,缩短生化系统启动和废水在生化系统的停留时间,从而将微生物絮凝剂拓展到概念更广的生物絮凝剂研究范畴。,起步晚,层次低,、王镇等人进行。因,组建较强的科,投入更多的财力,为我国微生物絮凝剂的发展奠定理论和物质基础。参考文献:
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微生物絮凝剂的研制和开发应用方兴未艾,其
特性和优势为水处理技术的发展展示了一个广阔的前景,决定了它在污水处理等众多领域有很大的应用潜力。微生物絮凝剂将可能在未来取代或大部分取代传统的无机高分子和合成有机高分子絮凝剂。今后微生物絮凝剂领域的研究将出现几个重要的发展方向:
① 利用现代分子生物学技术把获得的高效絮凝基因转化到一些有一定可应用酶活化或能降解污染物的微生物中,组建工程菌,找出微生物絮凝剂的最佳应用场所,既明显地提高絮凝效果,还可以大大降低絮凝剂的投加量,从而降低处理成本。
② 优选原料和优化生产路线,降低微生物絮凝剂生产成本。例如在NOC—1的培养基中,作为氮源的酵母浸膏价格比较贵,占NOC—1生产成本的80%。人们研制出用豆饼、水产废水和牛血取代酵母浸膏后,培养基的价格下降了2/3以上。另外有些絮凝剂产生菌还能以自然界中或人工合成的高分子物质作为培养基碳源,如Corynebacteriumhydro2carboclastus可利用煤油生长并产生絮凝剂。
③ 从天然植物中提取出能释放激素的生物絮凝剂,如高等海藻和芦荟。
④ 将酶和激素等促进微生物生长的物质加载
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收稿日期:2001-03-06
本期责任编辑: 江 荣
范文二:微生物絮凝剂的研究及应用
微生物絮凝剂的研究及应用
摘要水处理混凝剂的发展速度很快,新产品层出不穷。第一代絮凝剂为以铝离子为代表的无机盐及其高分子聚合物,第二代为以聚丙烯酰胺为代表的有机高分子絮凝剂,这两代絮凝剂(有机和无机类1均存在不同的缺点。近年来,人们开发出了一类由微生物产生的、具有高效混凝作用的天然高分子有机物(生物树脂),称为微生物絮凝剂,应用效果好、适用范围广、易生物降解、安全可靠。处理后的污水最终能实现无污染排放等特点而被称之为第三代絮凝剂。 关键词 微生物,絮凝剂,絮凝机理,水处理
引言 微生物絮凝剂主要包括利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂,利用微生物细胞壁代谢产物的絮凝剂、直接利用微生物细胞的絮凝剂和克隆技术所获得的絮凝剂。微生物产生的絮凝剂物质为糖蛋白、粘多糖、蛋白质、纤维素、DNA等高分子化合物,相对分子质量在105以上。微生物絮凝剂的研究者早就发现,一些微生物如酵母、细菌等有细胞絮凝现象,但一直未对其产生重视,仅是作为细胞富集的一种方法。近十几年来,细胞絮凝技术才作为一种简单、经济的生物产品分离技术在连续发酵及产品分离中得到广泛的应用。微生物絮凝剂是一类由微生物产生的具有絮凝功能的高分子有机物。主要有糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等。能产生微生物絮凝 剂的微生物种类很多,它们大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中。从其来源看,也属于天然有机高分子絮凝剂,因此它具有天然有机高分子絮凝剂的一切优点。同时,微生物絮凝剂的研究工作已由提纯、改性进入到利用生物技术培育、筛选优良的菌种,以较低的成本获得高效的絮凝剂的研究,因此其研究范围已超越了传统的天然有机高分子絮凝剂的研究范畴。具有分泌絮凝剂能力的微生物称为絮凝剂产生菌。最早的絮凝剂产生菌是Butterfield从活性污泥中筛选得到。1976年,Nakamura j.等人从霉菌、细菌、放线菌、酵母菌等菌种中,筛选出19种具有絮凝能力的微生物,其中以酱油曲霉AJ7002产生的絮凝剂效果最好。1985年,Takagi H等人研究了拟青霉素微生物产生的絮凝剂PF101。PF101对枯草杆菌、大肠杆菌、啤酒酵母、血红细胞、活性污泥、纤维素粉、活性炭、硅藻土、氧化铝等有良好的絮凝效果。1986年,Kurane等人利用红平红球菌研制成功息生物絮凝剂NOC-1,对大肠杆菌、酵母、泥浆水、河水、粉煤灰水、活性碳粉水、膨胀污泥、纸浆废水等均有极好的絮凝和脱色效果,是目前发现的最好的微生物絮凝剂。
1 微生物絮凝剂的理化性能[1]
微生物絮凝剂主要是在菌细胞外分泌的, 是一种具有絮凝功能并且可以被自然降解的高分子有机物,主要含糖蛋白、多糖、多肽、蛋白质、纤维素和DNA等高分子化合物,其分子量一般在10s以上。有些则是直接利用微生物细胞起絮凝作用(比如大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中的细菌、霉菌和放线菌等。还有
一些是从细胞壁提取的,像葡聚糖、甘露聚糖和蛋白质等。至今发现的具有絮凝性的微生物至少有17种 。此外,有的微生物絮凝剂中还有无机金属离子。 改性后的天然高分子絮凝剂与人工合成的有机高分子絮凝剂相比有以下特点:? 比其他絮凝剂产生的絮团大,易于分离,而且形成沉淀物少;? 微生物絮凝剂具有可生化性,易被
微生物降解,无毒无害等安全性,不会导致二次污染,且有絮凝广泛、脱色、除浊效果独特的特点,对大肠杆菌、酵母、泥浆水、畜产废水、染料废水等有极好的絮凝和脱色效果;?
比表有的微生物絮凝剂还有不受pH条件影响、热稳定性强、用量小等特点;? 面积大、转化能力强、繁殖速度快、易变异、分布广等特点。微生物絮凝剂的生产周期短,效率高,投放量相对较少,能实现大面积污水的净化作用。但是微生物絮凝效果易受到有毒物质的干扰,也有一些微生物絮凝剂受絮凝体系pH条件和水体所含金属离子的影响。
2 微生物絮凝剂的絮凝机理[2]
目前较为人们所接受的微生物絮凝剂的絮凝机理,大多还沿用DLVO理论来解释,主要有架桥作用、电性中和作用、网捕作用和化学反应作用,其中架桥作用最易被人们接受。
2(1 架桥作用
该学说可解释大多数微生物絮凝剂引起的絮凝现象,认为絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力同时吸附多个胶体颗粒,在颗粒间产生“架桥”现象,从而形成一种网状三维
结构而沉淀下来 。但絮凝是一个复杂的过程(架桥作用并不能解释所有现象,絮凝剂的广谱活性也证明絮凝机理不是单一的。
2(2 电性中和作用
电性中和作用是指胶体粒子的表面带有负电荷,当带有一定正电荷的链状生物大分子絮凝剂或其水解产物靠近胶粒表面或被吸附到胶粒表面时,将会中和胶粒表面上的一部分负电荷减少静电斥力,从而使胶粒间能发生碰撞而凝聚沉淀 2(3 网捕作用
当微生物絮凝剂投量一定且形成小的粒絮体时,可以在重力作用下迅速网捕、卷扫水中胶粒,而产生沉淀分离。这种作用基本上是一种机械作用,所需絮凝剂量与原水杂质含量成反比。原水胶体杂质含量少时,所需絮凝剂量大,反之亦然。 2(4 化学反应作用
生物大分子中某些活性基团与被絮凝物质相应的基团发生了化学反应,聚集成较大分子而沉淀下来,通过对生物大分子改性处理(使其添加或丧失某些活性基团,其絮凝活性大受
影响。这些絮凝剂的絮凝活性大部分依赖于活性基团E9 3。除上述4种机理外,国内外学者还先后提出过很多学说:如类外源絮凝聚素假说、Grab~ee的PHB酯合学说、Friedman的菌体外纤维素纤丝学说等|10j。但是这些学说不能解释大部分絮凝现象,因此不为人们所接受。由此可见(关于微生物絮凝剂的絮凝机理
很难用一种理论来解释,各种引起絮凝的作用都有可能发生。为了更好地解释絮凝机理,需对特定絮凝剂和胶体颗粒的组成、结构、电荷、构象及各种反应条件的影响做更深入的研究。
3影响微生物絮凝活性的因素[1,2]
3(1 影响絮凝活性的内因
1)絮凝剂分子量。絮凝剂分子量的大小对絮凝活性有很大影响。通常,絮凝剂分子量越大,其分子链越长,所带电荷和活性吸附位点越多,电荷中和能力就越强,架桥作用和卷扫作用越明显,其絮凝活性就越高。2)絮凝剂分子构型。絮凝剂分子在水中的伸展状态直接影响絮凝活性。一般认为,絮凝剂分子呈现无规则线团时,分子的有效长度变短,不利于吸附架桥;而分子充分伸展,呈现柔性线状则有利于絮凝。3)絮凝剂中活性基团的数量与类型。一些特殊基团在絮凝剂中充当颗粒物质的吸附部位或维持一定的空间结构,对絮凝活性有很大影响。大多数MBF的红外光谱表明,在其结构中存在着羧基、羟基、氨基和磷酸根。4)细 胞表面疏水性。絮凝活性也与细胞表面疏水性有关,处于对数生长后期的细胞,表面疏水性增强,其絮凝活性升高。处理污水可降低MBF的细胞表面疏水性,其絮凝性能会明显下降。而聚合阳离子却可增强细胞表面疏水性,故能提高其细胞的絮凝活性。
3(2 影响絮凝活性的外因
1)絮凝剂的投加剂量。每一种絮凝剂都有一个最佳投加剂量,过多或过少絮凝效果均会下降。2)温度。有些微生物絮凝剂易受温度的影响,主要是因为高温可使某些生物高分子(如蛋白
质絮凝剂)变性及空间结构改变,某些活性基团不再与悬浮颗粒结合,因而表现出絮凝活性下降。3)絮凝环境的pH值。微生物絮凝剂的絮凝能力与絮凝环境的pH值有关,主要是因为酸碱度的变化影响微生物絮凝剂及其被絮凝物表面电荷的性质、数量及中和电荷的能力。不同的微生物絮凝剂对不同的被絮凝物具有不同的初始pH值要求,这种差异主要是由絮凝剂的化学成分决定的。4)金属离子的种类和浓度。金属离子的种类和浓度对微生物絮凝剂的影响很大。一定浓度的金属离子可以使微生物絮凝剂分子与悬浮颗粒以离子键结合,从而促进絮凝,因此对于提高微生物絮凝剂的絮凝活性有重要意义。5)通气量。通气量对絮凝活性有一定影响。MBF产生菌的培养是好氧过程,当其他条件确定时,氧气的供应速度明显影响絮凝率,加大通气量可提高絮凝活性。6)胶粒表面电荷和表面结构。胶粒表面电荷亦影
响絮凝活性,同一絮凝剂对不同胶粒会表现出不同的絮凝活性。MBF所带电荷多数为负电荷,在处理阳离子型废水时,加入的生物高聚物吸附在带电胶粒上,将中和胶粒的表面电荷,这就降低了胶粒的Zeta电位而使其聚沉,提高了絮凝活性。
4 微生物絮凝剂的应用[3,4]
4(1 给水处理
在用含有糖醛酸、中性糖和氨基糖的多糖絮凝剂处理河水和湖泊水时发现,絮凝
后所形成的胶团大、密实度高、沉降快,上清液的剩余浊度低,对COD的去除率比海藻酸钠明胶絮凝剂高得多。在给水的生物氧化预处理时,原水经微生物氧化分解后,在后续的加药混凝中,矾耗量减少,去除色度的能力增强,形成的絮凝颗粒大且密实,沉降陕
4(2 废水处理(主要是印染废水的脱色)
有人在80ml废水中加入2ml Alcaligenes latus培养物和1(5ml 1,聚氨基葡萄糖,即可在废水中形成肉眼可见的絮凝体,脱色率为94(6,,下层清液的外观与自来水相近。微生物絮凝剂对废水中的悬浮颗粒也有相当好的去除效果。在含有大量极细微的悬浮固体颗粒的焦化废水悬浮液中,加入2,的Alcaligenes latus培养物,并加入钙离子,即形成肉眼可见的絮凝体,ss去除率达78,,比聚合铁有效得多(47,) 。
4(3 应用于活性污泥法
在浓缩后的污泥中加入R(erythropolis培养物和1,的钙离子溶液,可使污泥体积在20rain内浓缩为原来的92,,上清液的OD 值小于0(05。不少工业废水在采用活性污泥处理时,形成的活性污泥容易发生膨胀,从而影响处理效率,若添加微生物絮凝剂,会取得良好的效果。
4(4 处理建材废水
含有高悬浮物的建筑材料加工废水也较难处理,例如陶瓷厂废水,主要包括胚体废水和釉药废水,前者含较多的黏土颗粒,后者除含黏土颗粒外,还有相当数量的釉药。当添加NOC(1后5min。胚体废水的0D鲫从原来的1(4下降到0(043;釉药废水的0D枷从l7(2下降到0(35;浊度去除率分别为96(6,和97(9,,可得到几乎透明的上清液。
4(5 用于乳化液的油水分离
用Alcaligenes latus培养物可以很容易地将棕榈酸从其乳化液中分离出来。试验表明,向100ml的0(25,乳化液中加入10ml Alcaligenes latus培养液和1ml聚合氨基葡聚糖,乳化液中形成明显可见的油滴并浮于表面,下清液的COD去除率为48,,远好于无机絮凝剂和人工合成的高分子絮凝剂。 4(6 对畜产废水的处理
畜产废水是含有BOD较高的难处理有机废水,采用合成有机絮凝剂虽然有较好的效果,但存在二次污染。畜类粪便废水使用NOC 1加钙离子处理10min后,废水的上清液几乎透明,TOC去除率达到63(7,;OD660由原来的l5(7降为0(86,浊度去除率达到94(5,。R(erythropolis培养物与一定浓度的钙离子溶液混合后,对该种废水的TOC去除率将会更高,同时对总氮也有显著的去除作用。 5 生物絮凝剂的发展方向[5]
生物絮凝剂以其安全无毒、无二次污染、絮凝效果好等优良特性,在水处理中有着广阔的应用前景。今后的发展方向是:
(1)对生物絮凝剂絮凝机理作深入研究。生物絮凝剂具有独特的高分子结构,能否取得优良絮凝效果与许多因素有关。因此采用现代测试方法检测生物絮凝剂结
构和理化性质,对其在絮凝过程中胶体化学研究、控制条件及水力条件研究还有待于进一步深入;
(2)加强复合型生物絮凝剂的研制。生物絮凝剂与传统絮凝剂复合,能够发挥各自的性能优势。在生物和传统絮凝剂的结合应用方面有必要进行更多的研究和探讨,以开发出能广泛应用的新型产品;
(3)进行微生物絮凝剂的应用研究,探索优化工业化生产条件。由于微生物产生絮凝剂的性状可以稳定遗传,所以微生物絮凝剂日益受到研究人员的关注。培养微生物絮凝剂的营养成分有碳源、氮源、无机离子、水、生长因子及其他物质。不同菌对培养基中的营养成分要求不一样。目前研究焦点集中是降低培养基成本,提高菌产率,以便能推广至工程实际应用。此外,利用基因和生物工程技术提高微生物絮凝剂的絮凝性能也是研究的重要方向。
6 结语
微生物絮凝剂以其无毒、高效、无二次污染、使用方便等特点展示了广阔的应用前景,大有取代传统絮凝剂的趋势。因其具有超强的絮凝性能,可使一些难处理的高浓度废水得到絮凝,并明显降低、色度等指标,是一种有着良好发展前景的新型絮凝剂。随着人们环保意识的不断加强,微生物絮凝剂的应用将会越来越广,尤其是在食品、医药和生物制品领域。同时,水处理技术本身受到环境资源以及能源的制约和挑战,也存在着生产成本高、活体絮凝剂保存困难、絮凝剂处理功能单一等难题。尽管微生物絮凝剂独特的优越性已经显示了其广阔的应用前景,但到目前为止,微生物絮凝剂在实际生产中尚未得到推广应用。生产成本过高一直成为障碍其推广的主要原因。
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范文三:微生物絮凝剂的制备与应用
第2l卷第12期2005年12月
CHINA
中国给水排水
WATER&WASTEWATER
VoI.21No12
Dec2005
微生物絮凝剂的制备与应用
金漫彤1,楼飞永1,
张利刚2
(1浙江工业大学生物与环境工程学院,浙江杭,一I,I310014;2.嘉信力舍
环境技术有限公司,北京100044)
摘要:取杭州四堡污水厂的活性污泥和浙江工业大学校内上塘河边的污泥,用GCI培养基分离纯化后筛选出了能产生絮凝剂的菌种两株(记为L:和T:),并以对高岭土悬液的絮凝效果为基准,研究了产生微生物絮凝荆的优化条件。结果表明:在温度为30℃、pH为5~7、L:和L的
培养时间分别为60h和36h、菌种发酵液的投量为1mlMl00mL时絮凝效果最好。应用该絮凝荆
处理印染废水的试验结果表明,对ss、色度的去除率较高,并使活性污泥的沉降性能得到了明显改
善。
关键词:微生物絮凝剂;菌种;优化中图分类号:X703.1
文献标识码:C
文章编号:1000—4602(2005)12—0056—03
PreparationandApplicationof
JINMan—ton91,LOU
f1.School
Fei—yon91,
MicrobialFlocculant
ZHANGLi—gan92
ofBiological
Activated
andEnvironmentalEngineering,ZhejiangUniversity∥Technology,
Hangzhou310014.China:2.GS-LICONEnvirotechAbstract:
sluageandsihwere
INC.,Beqing100044,China)
fromHangzbouSibaoWastewa把r
ofTechnology.Twostrainsofmi—
takenrespectively
TreatmentPlantandtheShangtm『19Riverlocatedincrobial
ZhejiangUniversity
Out
floeeulant(markedbykandL)werescreened
ofthesludgeandsiltwhichwereseparated
andpuhfiedbyGCI
Theoptimizationconditionsforproducingmicrobialfloceulantwerestudiedbytak—
on
ingthefloeculationeffect
ture
suspendedliquidofkaoline
as
reference.Theresultshowsthat
at
tempera—
of30℃andpH0f5—7,theculturingperiodofL2andT2of60hand36hrespectively,thebest
on
floccuIationeffectisobtainedatzymolyticliquiddosageof1mL/100mL.Theexperimentwasmade
theprintinganddyeing
wastewater
treatmentbyusingthisflocculant.Theresultshowsthatthehigher
re—
movalrateofSSandcolorisachiered.andsettleabilityofactivatedsludgeisalsoimprovedremarkably.
KeyWOrds:
microbialfloeculant;
strain;optimization
随着工业和科学技术的发展,无机和有机合成高分子絮凝剂越来越广泛地被应用于水处理领域,但其使用过程中的不安全性和给环境造成的二次污染也引起r人们的再视。于是开发一种安全、可牛物降解、对环境和人类健康无害的新型絮凝剂成为了研究热点。微生物絮凝剂就具有这种特性””。,它是利用生物技术,通过发酵、抽提、精制得到的一种新型处理剂。
1试验部分
1
1菌种的采集
选用杭州四堡污水处理厂的活性污泥和浙汀工
业大学校内上塘河(运河支流)河边污泥作为筛选菌种的材料,分别得L系列和r11系列菌种。1.2培养基的配制
采用GCI培养基,其配方:葡萄糖为20K2HP04为5g,NaCl为0.1g,(NH。)2S04为0.2
g,g,
万方数据
第12期金漫彤,等:微生物絮凝荆的制备与应用
第2l卷
脲为0.5g,酵母膏为0.5g,H:O为1L。葡萄糖在
5.49
x
rain,静置10rain后测上清液的吸光度。
104
Pa下灭菌30min,其他成分在1.30×105
rain。
2结果与讨论
2.1菌种的筛选
菌种的筛选结果见表1和表2。
表1
Tab.1
Pa下灭菌30
1.3筛选程序
筛选程序见图1。
I
L系列菌种的复筛结果
ScreeningresultofL-serlesstrainsLl
1々
L3
广_初筛一发酵培养一单胞分离一挑选菌落(斜面)__J
k发酵培养一复筛(得到絮凝活性较高的MBF产生蔺)
图1菌种筛选程序
Fig.1
Strainscreeningprogram
l菌种
l吸光度曛凝率/%
原水
0
L4
L5
kk
364101000.055
0.108]0159b.225D143b.17“
703
563
38
2
60
7
72584.952.2
l注:原水足指未经处理的高岭土恳液,F同。
表2
Tab.2
T系列菌种的复筛结果
①增殖培养
分别取四堡污水处理厂的活性污泥和上塘河边的土壤泥并置于锥形瓶中,加水和玻璃珠后振荡lOmin以打散细胞;配制增殖培养基并灭菌;将3
r/min),两天后细菌大量增殖。②纯化
制作平板培养基(原增殖培养基加琼脂),做菌种的分离。将增殖好的菌种拿出,在平板上划线后放入30℃恒温培养箱内培养,几天后菌种大量生长(在平板上形成若干菌落),根据其形态筛选出若干单一菌株。制作斜面培养基,将所有菌株分别接种于斜面后放入培养箱(30℃)保存。
③发酵培养
配制发酵培养基,将各菌株接人并放摇床培养两天。发酵培养好的菌种及其培养液即为微生物絮凝剂。
④筛选
分为初筛与复筛。吸取适量菌液于待处理水中,用眼睛观察将絮凝效果明显的菌种选出,此即为初筛过程;将初筛得到的菌种继续发酵培养,然后用与初筛相同的方法将培养液加入待处理水中,测定各菌种的絮凝率,然后选出絮凝率最高的菌种,即完成复筛。
在筛选过程中,经初筛选出菌种L,~L,和T,~T。再进行复筛,选出絮凝率最高的菌种。
絮凝率=(Ao—A,)/Ao×100%
术_5{L
ScreeningremitofT-seriesstrains
菌种
原水
0
Tl023337
4
T20036903
T30.30418
3
T4
0.3389l
T5
O.18550.3
Tl。
吸光度
絮凝-:g/%菌种吸光度
372
mL
菌液接入50mL培养基中,放人摇床培养(30℃,
200
原水
0.372
T6
0.29720.2
T,0.14860.2
T8
L
O.09275.3
O.06981.5
0.11070.4
絮凝率/%
根据表1、2,选择k和T:作为絮凝剂产生菌种。
2.2培养时间对絮凝效果的影响
k和T:经不同时间的培养后,对高岭土悬液的絮凝效果见图2。
鞋骚
培养时间/h
图2培养时间对絮凝效果的影响
Fig.2
Effectofculturetime
On
flocculafion
由图2可知,对于菌种1。培养60h时的絮凝效果最好;而对于T2菌种,培养36h就可使絮凝效果达到最佳。由此可见,对于不同菌种,达到最佳絮凝效果所需的培养时间大不相同。
2
3培养基pH值对絮凝效果的影响
不同pH值培养基条件下,微生物絮凝剂的絮
式中A。——未经处理高岭土悬液的吸光度
A.——处理后的高岭土悬液吸光度
试验时用100mL小烧杯盛放高岭土悬液,加入
2
凝率见图3。
由图3可知,L2在pH为5~6的培养基中培养后絮凝率最高,而T:在pH为6~7的培养基中培养后絮凝效果最佳。
mL絮凝剂后先快速搅拌1rain,再慢速搅拌2
万方数据
?57
第12期
中国给水排水
表3印染废水的处理效果
Tab.3
Removaleffectforprintinganddyeingwastewater
誉
斟姑群
Ill
|
3
4
5
6ptt
7
8
9
lO
项目
COD/(mg?I.。)SS/(mg?1.。)
L:出水
465
3
T:出水
6757300100
3870
80
色度/倍
2
7对污泥沉降性能的影响试验结果见表4。
图3培养基pH值对絮凝率的影响
Fig.3
InfluenceofpHvalue
on
表4处理前、后的污泥沉降性能变化
rate
flocculatlon
Tab.4
2.4絮凝剂投量对絮凝效果的影响
不同絮凝剂投量下的絮凝效果见图4(处理原水100mL)。
l
sV。L:
Variationofsludgesettlingcharacteristicbefore
andafterlzeatment
%
处理前
30
处理后
20
25
T230
从试验现象来看,处理前的沉降污泥结构松散且较细,经处理后则粗大而致密,即沉降性能得到了
提高。
3结论
菌液投加量/mL
①通过试验,筛选出了两株具有絮凝特性的菌种L2和T2,其中k在30℃、pH为5~6、培养时
rate
图4絮凝剂投量对絮凝率的影响
Fig.4
Influenceofdosage
oil
flocculation
间为60h、投量为1mL/100mL时,对高岭土悬液的
由图4可知,微生物絮凝剂的絮凝效率受其浓度的影响,在较低浓度范围内,随着絮凝剂浓度的提高则絮凝率升高,达到最高点后,再增加絮凝剂浓度则絮凝率反而降低。此外,两菌种的絮凝率变化趋势相近,最佳投量均为1—1.5
mL/100mL。
絮凝效果最好;而B在30℃、pH为6~7、培养时问为36h、投量为1
mL/100
mL时絮凝效果最佳。
②添加一定量的阳离子对絮凝效果有显著改善作用,其中添加ca2+比添加K+的改善效果更明
显。
2.5添加阳离子对絮凝率的影响
考察了添加K+、ca2+离子对絮凝率的影响,结果表明,添加一定量的阳离子可改善絮凝效果,在K+、ca“离子添加量较少时,随着其添加量的增加则絮凝率提高,但当添加量达到一定值后,再提高K+、ca“添加量反而阻碍絮凝过程。
对于k,在K+浓度为0.8%时絮凝率最高,对于112最佳的K+浓度为3.o%;对于I。和T2,ca2+最佳添加浓度分别为0.8%和0.6%。
2
.③得到的微生物絮凝剂对印染废水有较好的絮凝效果,并改善了活性污泥的沉降性能。参考文献:
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分别采用L2和T2处理COD为849.4
mg/L、SS
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为1表3。
105.7
mg/L、色度为400倍的印染废水,结果见
由表3可知,微生物絮凝剂对印染废水处理效果较好,k和T2对COD、SS、色度的去除率分别为
45.2%、65.O%、80.0%和20.5%、72.9%、75.O%。
E—mail【:jmtking@163.COIll收稿日期:2005一08—0l
万方数据
?58
微生物絮凝剂的制备与应用
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
金漫彤, 楼飞永, 张利刚, JIN Man-tong, LOU Fei-yong, ZHANG Li-gang
金漫彤,楼飞永,JIN Man-tong,LOU Fei-yong(浙江工业大学,生物与环境工程学院,浙江,杭州,310014), 张利刚,ZHANG Li-gang(嘉信力合环境技术有限公司,北京,100044)中国给水排水
CHINA WATER & WASTEWATER2005,21(12)7次
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本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zgjsps200512016.aspx
范文四:微生物絮凝剂的研究与应用
【摘 要】 絮凝剂是混凝水处理工艺的核心,然而传统的无机及有机絮凝剂存在着用药量大,并易产生二次污染的缺点;相比之下,微生物絮凝剂主要成分为多糖或蛋白质,具有可生物降解及较高的絮凝活性,因而成为了絮凝剂领域研究的热点。本文通过对微生物絮凝剂的介绍,阐述了微生物絮凝剂的絮凝机理,分析了影响其絮凝活性的相关因素,此外给出了其在水处理当中的应用,并对其未来的发展进行了展望。
【关键词】 水处理 微生物絮凝剂 絮凝机理 影响因素
为满足水质标准和环境排放要求,在给水和污、废水处理过程中,一般向水中先加入一定量的絮凝或助凝剂,改变胶体颗粒的表面特性、破坏其稳定性,使分散的胶体颗粒相互聚集进而形成较大的颗粒物,最终从水中沉淀或上浮,以实现固液分离,达到水质净化的目的。
作为第三代絮凝剂,微生物絮凝剂是一种利用生物技术,通过细菌、真菌等微生物经发酵、抽提、精制而成的物质,主要成分为多糖、多肽、蛋白质、脂类及其复合物。按其来源进行分类,微生物絮凝剂大致可分为:(1)直接利用为生物细胞的絮凝剂,如大量存在于土壤、活性污泥中的细菌、真菌及发酵菌等;(2)以细胞壁提取物(如细胞壁中的甘露聚糖及蛋白质等)为主要成分的絮凝剂;(3)以微生物代谢产物(包括胞外代谢产物及胞内代谢产物)为主要成分的絮凝剂;(4)利用克隆技术所获得的絮凝剂[1]。
1 絮凝机理
1.1 吸附架桥机理
尽管微生物絮凝剂的性质各不想同,但它们对液体中固体悬浮物颗粒的絮凝作用却有相似之处,它们可通过离子键、氢键等作用与固体悬浮物相结合。电镜显微镜下显示:聚合细菌之间是由细胞外聚合物搭桥相连的,也正是这些使得微生物细胞削弱了胶体的絮凝稳定性,进而较为紧密地聚合成絮凝体从液体中沉淀分离出来。微生物絮凝剂的架桥机理如图1所示。
在低浓度微生物絮凝剂环境中,呈链状结构的该类物质可同时附着在多个胶体微粒的表面,形成“胶粒-高分子物质-胶粒”的聚合物,在重力的作用下最终导致絮凝沉淀的出现。吸附架桥的必要条件是在胶体微粒表面存在空白空间。在通常情况下,微生物絮凝剂的絮凝效果随着该絮凝剂分子量的增加而加强,即分子量增加,絮凝效率亦随之提高;在架桥的过程中,倘若出现了微生物絮凝剂链段间的重叠,则亦会产生一定的排斥作用:在这种情况下,过高的絮凝剂分子量会削弱架桥作用,并最终降低絮凝剂的絮凝效果。相反,当用微生物絮凝剂处理相反电性的胶体颗粒时,则往往会加大微生物絮凝剂的解离程度,造成絮凝剂电荷密度的加大,有利于絮凝剂分子的扩展,进而促进了微生物絮凝剂的架桥作用。
1.2 电性中和机理
在使用微生物絮凝剂对水体进行处理的过程中,通过加入一定量的金属离子或对水体pH进行一定调节,可对该絮凝剂的处理效果产生一定的促进或抑制作用。实验研究[2]证明:该操作是通过改变胶体表面的带电性而起作用的。通常情况下,在水体中以絮凝稳定性存在的胶体粒子往往带有负电荷,当带有一定量正电荷的链状高分子微生物絮凝剂或其水解产物靠近这种胶体粒子时,在胶体表面上将会发生正负电荷的相互抵消,进而出现胶体脱稳的现象,使得胶粒之间、胶粒与絮凝剂之间的自由碰撞加剧,并在分子间的力作用下形成一个整体,最终依靠重力的作用从水中沉淀分离出来。
1.3 化学反应机理
絮凝效率与温度关系的研究实验[3]显示:在30℃条件下,微生物的絮凝效率可达到85.2%;相比之下,在15℃条件下,却只有42.1%的絮凝效果。实验研究表明:温度对微生物絮凝剂的作用主要是通过影响其活性基团,进而影响其化学反应,最终起到对微生物絮凝效果的促进或抑制作用。
高分子微生物絮凝剂中存在一定数量的活性基团,该基团在微生物絮凝过程中扮演着重要的角色。研究显示:微生物絮凝剂中的某些活性基团可与胶体表面上相应的基团产生化学反应,进而凝聚成体积较大的颗粒物质,最终从水体中沉淀分离出来。另有研究显示:通过对微生物絮凝剂进行一定的改性、处理,使其添加、减少或是改变某些活性基团,絮凝效果将会出现很大程度的变化。
2 絮凝效果影响因素
2.1 培养条件的影响
在营养充裕的培养基中,微生物絮凝剂的絮凝特性与培养时间及培养温度有关。实验结果[4]显示:微生物絮凝剂的絮凝活性随着培养时间的延长而有所提高,即在培养的初始阶段,微生物絮凝剂的絮凝活性随培养时间的延长而基本上呈线性增长的趋势,直到达到某一最佳培养时间后,微生物絮凝剂的絮凝活性增长速度开始减弱,最终趋近于某一极限值;此外,温度可影响蛋白质空间结构及化学特性,进而可促进或削弱以蛋白质为主体的微生物絮凝剂的絮凝特性,因而同一种微生物絮凝剂在不同的培养条件下,会产生不同的絮凝特性,但大部分微生物絮凝剂在30℃左右的温度条件下,往往会出现最佳的絮凝特性。
2.2 pH值的影响
pH值是影响微生物絮凝剂絮凝效果的重要因素。不同的pH不仅会影响到微生物絮凝剂的形态结构及电荷性质,而且对胶体颗粒表面物化性质也会产生中的影响。不同的微生物絮凝剂对pH值有不同的敏感程度。实验结果显示:酸性条件可降低、甚至消除微生物絮凝剂的絮凝特性;相比之下,在碱性条件下,不同微生物絮凝剂的絮凝活性却出现了不同程度的提高,例如在使用微生物絮凝剂MBF3-3处理石油化工废水的试验中,在pH>10的条件下微生物絮凝剂才会达到最佳的絮凝效果。
2.3 絮凝剂分子量及浓度的影响
絮凝剂分子量及浓度也会影响到微生物絮凝剂的絮凝特性。试验结果[8]显示:分子量越大,会使得絮凝剂中活性位点增多,进而微生物絮凝剂的处理效果;相反,分子量的减小会削弱微生物絮凝剂的絮凝特性。例如,微生物絮凝剂经蛋白酶或其他相关酶水解处理后,由于微生物絮凝剂分子量的减少,出现了絮凝活性的显著下降。 另外,与其他絮凝剂一样,微生物絮凝剂的处理效果受其浓度而影响,并存在微生物絮凝剂的最佳投加量:在低浓度条件下,微生物絮凝剂的絮凝特性随着絮凝剂投加量的增加而提高;当浓度达到一定程度后,再继续增加微生物絮凝剂,微生物的絮凝效果变化不大,甚至出现了絮凝效果降低的现象。实践证明:当投加量达到覆盖胶体颗粒1/2表面积时,微生物絮凝剂在胶体颗粒上架桥的机率最大,往往会出现最佳的处理效果。
2.4 金属离子的影响
金属离子的种类和浓度对微生物絮凝剂的处理效果也会产生一定的影响。研究结果[5]显示:一定浓度的金属离子可以促使微生物絮凝剂与胶体颗粒以离子键的形式结合,进而提高其絮凝特性。
另外,不同价位的金属离子对微生物絮凝剂的絮凝特性有不同程度的影响:以Na+、K+为代表的一价金属阳离子,对微生物絮凝剂几乎没有促进作用;而以Ca2+、Fe3+等为代表的高价金属离子对微生物絮凝剂均有明显的促进或抑制作用。
为充分发挥微生物絮凝剂的絮凝特性,在实际应用中,通常将微生物絮凝剂伴随一定量的CaCl2,或是将微生物絮凝剂与Al2(SO4)2按一定的比例混合加入,这样可在提高微生物絮凝剂絮凝效果的同时,减少微生物絮凝剂的用量。
3 微生物絮凝剂在实际水处理当中的应用
微生物絮凝剂主要成分是微生物菌体或其次级代谢产物,具有适用范围广、絮凝活性高、安全无害且易生物降解的特性,因此可广泛应用于给水及污、废水的处理。
3.1 在给水及饮用水方面的应用
由于人为或天然方面的原因,给水及饮用水中不可避免的会包含一定量的颗粒甚至是有毒有机物及病原菌。微生物絮凝剂在饮用水除浊及灭菌方面,要比传统的无机盐絮凝剂及有机高分子絮凝剂拥有更高的处理效果,且具有絮凝剂用量少、适用范围广、沉淀物过滤性能好及可生物降解,对人体不会产生毒害作用的特性。
3.2 在富营养化水体处理方面的应用
水体富营养化多年来一直是一个困扰水处理工作者的难题,目前对于该水体污染尚无一个行之有效的办法。然而,有研究显示:微生物絮凝剂对富营养化水体有一定的处理效果。
为了探究微生物絮凝剂对于水体浊度的去除效果,黄玉柳等[6]从食用菌废弃物土壤中分离并筛选出了一株絮凝剂高产菌,并将其应用到富营养化水体的絮凝沉淀试验中,结果显示:在最佳的絮凝条件下,微生物絮凝剂对于富营养化水体光密度OD653的去除率可达到70%,即相当于使水体的澄清度提高了70%;同时,微生物絮凝剂对固体悬浮物可达到的62%的去除效果。
3.3 在印染废水脱色方面的应用
COD浓度高、可生化性差、成分复杂且对环境危害严重,使得应用常规的废水处理技术不能对印染废水产生较为理想的处理效果。实验证明:微生物絮凝剂在印染废水脱色及COD去除方面都具有较好地处理效果。为了检验微生物絮凝剂在处理印染废水脱色方面的可行性,李风琴等[7]利用制的微生物絮凝剂MHXGS2对靛蓝印染废水进行了处理,结果显示:在最佳絮凝条件下,MHXGS2对废水色度的去除率可达到96.5%。
3.4 在消除污泥膨胀方面的应用
利用活性污泥法对工业废水进行处理的过程中,往往会出现污泥膨胀,进而降低废水的净化效果。有研究表明:如果在废水的处理过程中,加入一定量的微生物絮凝剂,就可消除污泥膨胀,最终取得较好地处理效果。如在甘草制药废水的生化处理过程[12]中,就会往往出现污泥膨胀,通过加入一定量的微生物絮凝剂NOC-1,就可使得污泥容积指数SVI很快地由290降到50,即可消除污泥膨胀,最终恢复污泥活性。
4 结语
尽管目前对于微生物絮凝剂的研究,大部分还处于试验阶段,但自然界中天然存在着多种絮凝微生物,且该类微生物具有生长繁殖迅速、易于实现产业化的特点,因而对于微生物絮凝剂的研究正日益引起人们的重视。
目前我国对于微生物絮凝剂的研究尚处于初级阶段,为实现微生物絮凝剂在我国的快速工业化,可着重对以下方面进行研究。
(1)深入对微生物絮凝剂的结构、絮凝机理及影响因素的研究。只有对这些因素的深入研究,才能更好地开发和生产出高效的微生物絮凝剂。(2)着重对各微生物菌种生态位的研究。微生物生态为理论指出:不同微生物菌株共存时,微生物的絮凝特性将会有所提高,并对水质有很好的处理效果;但是并不是任何菌种的混合培养即可提高微生物的絮凝特性,当两菌株之间的生态位出现重叠时,将会导致絮凝活性的显著降低。(3)注重复合型微生物絮凝剂的开发。在废水的净化处理中,依靠单一的絮凝剂很难取得较为理想的处理效果,而通过对各种絮凝剂按一定比例的复配使用,不仅可以提高絮凝效果,而且对可以在一定程度上减少絮凝剂的用量。(4)加强对絮凝剂产生菌在基因控制上的研究。通过应用菌株诱变或现代分子生物学技术对微生物絮凝剂的遗传基因进行改造,构建新的微生物絮凝剂产生菌,以期获得同时具有较高生物活性及絮凝能力的超级工程菌。
随着对微生物絮凝剂研究的逐步深入,相信在不远的将来,将会在给水及工业污、废水处理中得到更为广泛的应用,并最终取代或部分的取代传统的无机盐及有机高分子絮凝剂。
参考文献:
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[7]李锋,杨小俊,等.微生物絮凝剂及其在染料废水处理中的应用[J].广州化工,2010,38(9):12-14.
范文五:微生物絮凝剂在污泥脱水中的应用
暨南大学硕士学位论文
题名(中英对照):微生物絮凝剂在污泥脱水中的应用
The application of microbial flocculant in
sludge dewatering
作者姓名: 张 峰
指导教师姓名 尹 华
及学位、职称: 博 士 教 授
学科、专业名称: 工 学 环境科学
论文提交日期: 2014年4月
论文答辩日期: 2014年6月
答辩委员会主席:
论文评阅人:
学位授予单位和日期:
独 创 性 声 明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得 暨南大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名: 签字日期: 年 月 日
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摘 要
研究利用甘蔗渣作为廉价原材料制备微生物絮凝剂并探讨其对城市污泥及印染污泥的脱水性能,并在微生物絮凝剂的扩大培养、其与骨架构建体等辅助手段的复配作用以及处理前后重金属迁移情况等方面进行了较为系统的研究。
按0.5%最佳接种量接种,并利用发酵罐进行批式发酵培养,培养60 h后的发酵液具有最佳絮凝效果,投加量为5.0 mg/L时较优,污泥脱水率从75.60%提高到84.2%,污泥含水率从95.82%降至76.21%,此时絮凝剂粗产量为1.16 g/L。培养108 h后,发酵液仍具有显著的絮凝效果,能使污泥含水率维持在76.81%左右。补料发酵实验表明,恒pH培养会抑制微生物分泌絮凝剂,最佳絮凝效果为72 h的发酵液,投加量5.0 mg/L,污泥含水率降至76.47%。通过补料以及不控制pH后,发酵液絮凝效果迅速上升,投加不同量的发酵液使污泥的含水率保持在76.22%~75.60%之间。综合来说,补料在能减少原料浪费的同时也可以有效地提高絮凝剂的絮凝效果。
微生物絮凝剂单独调理城市污泥时,投加量为45 mg/L,污泥脱水率提高到81.33%;污泥含水率可达到79.91%;利用超声辐射调理污泥时,较高频率的超声并不能促进污泥脱水性能,使用频率较低的超声波调理污泥效果更好;超声破碎时间不宜超过60 s;污泥先经过超声破碎,然后再由微生物絮凝剂调理,可以使得调理后的污泥含水率更低;利用甘蔗渣作为骨架构建体与微生物絮凝剂复配调理污泥,最优复配组合为:微生物絮凝剂58.4 mg/L,甘蔗渣 5 g,氯化钙 0.96 g/L,此时污泥含水率可降到71.76~71.42%。
微生物絮凝剂与Fenton试剂对印染污泥含水率均有一定程度降低,含水率下降4~5%;微生物絮凝剂与Fenton复配得到的最佳降解条件是:微生物絮凝剂投加量52.4 mg/L,H2O2投加量88.2 mg/L,H2O2/Fe2+比值为8,pH为3.5。污泥含水率由之前的87.32%降低到79.72%。经过联合调理可以使Pb、Cu转为稳定的残渣态;使Ni、Zn活化,生物有效性强;而Cd在调理前后的各形态没有很大区别,相应形态之间差异不显著。
关键词:微生物絮凝剂,印染污泥,Fenton试剂,骨架构建体,曲面响应法
Abstract
This thesis studied in using sugarcane bagasse, as the low-cost raw materials, to producing the microbial flocculant, discussed the dehydration property of microbial flocculant to municipal sludge and dyeing sludge and, systematically researched on microbial flocculant enlarge cultivation, the synergism of microbial flocculant with skeleton builder and other auxiliary means also the heavy metals mobilization before and after the treatment, etc.
Through inoculating at the optimum inoculum size of 0.5% and processing batch fermentation cultivation by fermentation tank for 60 hours, the fermentation liquor had the best flocculation effect, especially when the dosage is 5.0mg/L, which raised the sludge dewatering rate from 75.60% to 84.2%, decreased the sludge moisture content from 95.82% to 76.21% with the crude bioflocculant yield of 1.16g/L. In the event of cultivation for 108hours, the fermentation liquor still had significant
flocculation effect, which could keep the sludge moisture content around 76.81%. The experiment of fed-batch fermentation indicated that, cultivation with constant PH would inhibit the secretion of microbial flocculant, the best flocculation effect
happened with the cultivation of 72 hours and the dosage of 5.0mg/L, simultaneously the sludge moisture content fell to76.47%.
The flocculating effect of fermention liquid rose rapidly after feeding new
culture medium and stopping pH control. The sludge moisture rates were kept
between 76.22%~75.60% under different bioflocculant dosages. Generally speaking, feeding new culture could both decrease the waste of raw material and improve the flocculating rate of flocculant efficiently.
In the event of conditioning the municipal sludge only by microbial flocculant and with the dosage of 45 mg/L, the sludge dewatering rate was raised to 81.33% and the sludge moisture content could reach 79.91%; in case of conditioning the sludge with the ultrasonic radiation the low-frequency of which could not promote the sludge
dewatering ability, in order to improve such ability, the high frequency one were needed and the time for ultrasonication shall not exceed 60 seconds. The sludge moisture content could be even lower provided that the sludge was conditioned by microbial flocculant after the ultrasonication. If the sugarcane bagasse as the skeleton builder was compounded with the microbial flocculant to condition the sludge, with the optimum combination of 58.4mg/L microbial flocculant, 5g sugarcane bagasse, 0.96 g/L calcium chloride, the sludge moisture content could be reduced
to71.76~71.42%.
Microbial flocculant and Fenton reagent both could reduce the moisture content of dyeing sludge in a certain extent which is about 4~5%. The best degradation
conditions compounded by microbial flocculant and Fenton reagent were 52.4 mg/L of microbial flocculant dosage, 88.2 mg/L of H2O2 dosage, 8 specific value of H2O2/Fe2+, 3.5 of PH. In such case, the sludge moisture content can be decreased from 87.32% to 79.72%. After co-conditioning, Pb and Cu can be transferred to residual form; Ni and Zn were activated and achieved better bio-availability; at the same time, the corresponding forms of Cd did not show significant difference pre- and post- conditioning.
Keyword: Microbial flocculant, Dyeing sudge, Fenton ragent, Skeleton builder, Response surface methodology
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