褐藻膠生產(chǎn)廢水絮凝處理

隨著(zhù)對海洋資源的開(kāi)發(fā)越來(lái)越廣泛，我國沿海城市出現了許多利用海帶生產(chǎn)褐藻膠的工廠(chǎng)。在生產(chǎn)褐藻膠的過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量的脫鈣廢水，其中含有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-等無(wú)機鹽，主要的大分子污染物為褐藻膠、海帶淀粉、褐藻多糖、蛋白質(zhì)等有機物，水質(zhì)混濁，COD在2000～3000mg/L，隨著(zhù)放置時(shí)間的延長(cháng)廢水會(huì )發(fā)臭。目前，褐藻膠生產(chǎn)廢水多未經(jīng)處理直接排放于環(huán)境中，嚴重地污染了水體和周邊土壤。

目前對于褐藻膠生產(chǎn)廢水的處理方法常見(jiàn)的為絮凝法，選用的絮凝劑主要包括以鋁鹽、鐵鹽及其共聚物為基礎的無(wú)機絮凝劑和以聚丙烯酰胺為代表的合成有機高分子絮凝劑。投加無(wú)機絮凝劑會(huì )對人體產(chǎn)生危害，如長(cháng)期飲用含鋁鹽的水會(huì )引起阿爾茨海默��；而且大量含有鋁鹽的污泥也會(huì )產(chǎn)生二次污染。有機高分子絮凝劑特別是聚丙烯酰胺衍生物在自然環(huán)境中不易降解，且單體丙烯酰胺具有強烈的神經(jīng)毒性和致癌致突變作用。因此，找到可降解、安全、無(wú)二次污染的傳統絮凝劑替代物是目前絮凝劑研究與開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。生物絮凝劑因具有易于降解和對環(huán)境無(wú)害的特點(diǎn)顯示出替代傳統絮凝劑的潛力。

本研究首先分離篩選出一株絮凝劑高產(chǎn)菌株B-12，然后對B-12所產(chǎn)復合型生物絮凝劑BF-12的活性及組成成分進(jìn)行了研究，考察了BF-12在不同條件下對褐藻膠生產(chǎn)廢水的絮凝效果，并由此得出該絮凝劑對褐藻膠生產(chǎn)廢水的最佳處理條件。該研究為褐藻膠生產(chǎn)廢水的無(wú)害化處理提供了新思路。

1材料和方法

1.1材料

1.1.1實(shí)驗用水

實(shí)驗所用褐藻膠生產(chǎn)廢水取自山東尋山水產(chǎn)集團。其水質(zhì)為：CODCr2600mg/L，BOD51200mg/L，SS350mg/L，NH3-N65mg/L，pH7.0~7.5。

1.1.2產(chǎn)絮凝劑菌株的來(lái)源與篩選用培養基

產(chǎn)絮凝劑菌株的來(lái)源：本實(shí)驗中產(chǎn)絮凝劑菌株是從西安市第五污水處理廠(chǎng)提供的活性污泥中分離篩選得到，并于實(shí)驗室保存。

篩選用無(wú)機鹽培養基的成分：葡萄糖40g，（NH4）2SO41g，K2HPO40.5g，NaCl0.05g，FeCl30.01g，MgSO4•7H2O0.5g，CaCl20.5g，酵母提取物0.1g，蛋白胨0.1g。于121℃下高溫滅菌30min后備用。

1.1.3高嶺土懸濁液

稱(chēng)取1g高嶺土放入1L水中，充分攪勻并靜置120min后吸取上清液，該上清液即為所需的高嶺土懸濁液。

1.2實(shí)驗方法

1.2.1產(chǎn)絮凝劑菌株的篩選與初步鑒定

按1.1.2中的配方制備篩選用無(wú)機鹽液體培養基和無(wú)機鹽固體培養基，初始pH調整為7.0。將100mL無(wú)機鹽液體培養基裝于250mL錐形瓶中，然后將采集到的活性污泥樣品制備成懸濁液并接入此液體培養基中。將錐形瓶放入搖床中以180r/min的轉速，于30℃下培養3d。將富集得到的菌液轉接入固體培養基中，于30℃下培養3d。對固體培養基中長(cháng)出的菌株進(jìn)行絮凝活性測定，挑選出絮凝活性最高的菌株。通過(guò)菌體形態(tài)和生理生化反應對篩選出的菌株作初步的鑒定。

1.2.2復合生物絮凝劑的純化

為得到純化的絮凝劑首先將培養菌用的發(fā)酵液用同體積的蒸餾水稀釋?zhuān)�然后�?000r/min下離心15min除去菌體；向上清液中加入4倍體積的0℃乙醇沉淀，然后于3000r/min下離心15min，收集沉淀并將其再次溶于蒸餾水中。重復3次。然后用去離子水透析12h以上，凍干，即獲得純化的復合生物絮凝劑。

1.2.3褐藻膠生產(chǎn)廢水絮凝處理方法

于250mL燒杯中加入褐藻膠生產(chǎn)廢水100mL，然后加入一定量的BF-12和質(zhì)量分數為1%的CaCl2，混勻后調節絮凝體系初始pH，在強力電動(dòng)攪拌器上快速攪拌（250r/min）30s，慢速攪拌（70r/min）5min，靜置15min，期間測定絮凝沉淀速率和光密度的變化。根據絮凝沉淀速率和光密度的變化來(lái)衡量絮凝劑BF-12對褐藻膠生產(chǎn)廢水的絮凝性能。

1.3分析及測定方法

1.3.1絮凝劑活性的評估

本實(shí)驗用絮凝率來(lái)評估菌株所產(chǎn)絮凝劑的活性大小，并最終篩選出絮凝活性最大的菌株。具體方法是以高嶺土作為懸浮物來(lái)測定絮凝劑的活性〔3〕。在燒杯中加入1mL質(zhì)量分數為1%的CaCl2溶液和100mL高嶺土懸濁液，磁力攪拌3min（250r/min）；后加入0.1mL的菌液；調整高嶺土懸濁液的pH到7.0，于300r/min下攪拌30s，再于100r/min下攪拌1min，最后在室溫下靜置5min，至絮凝物形成。取上清液用VIS-7220N分光光度計在550nm處測定吸光度，計算絮凝率。

1.3.2復合生物絮凝劑的性質(zhì)分析與成分檢測

總糖含量用苯酚-硫酸法測定〔4〕；己糖含量用蒽酮法測定〔4〕；氨基己糖含量用Elson-Morgan反應測定〔4〕；蛋白質(zhì)含量用Bradford和Lowry法測定〔5〕。用721N紫外分光光度計掃描BF-12中的蛋白質(zhì)含量；用Nicolet380FT-IR型紅外光譜儀掃描分析BF-12中的特征基團。

2結果和討論

2.1高產(chǎn)絮凝劑菌的篩選和鑒定

經(jīng)平板分離純化后共得到152株菌株，從中篩選出16株絮凝率達到85%以上的菌株。其中編號B-12的菌株產(chǎn)生的絮凝物質(zhì)的絮凝率最高,達到94%，選其作為絮凝劑的高產(chǎn)菌株。菌株B-12個(gè)體形態(tài)為革蘭氏陰性短桿菌，極生鞭毛，不產(chǎn)芽孢，有莢膜；經(jīng)LB瓊脂培養基培養，菌落為圓形，邊緣不完整、不透明，表面光滑，根據菌株的生理生化實(shí)驗的鑒定結果（見(jiàn)表1），依照伯杰細菌鑒定手冊，確定該菌歸屬于假單胞菌屬（Pseudomonassp.），命名為B-12。

2.2復合生物絮凝劑的組成分析

將菌株B-12產(chǎn)生的絮凝劑命名為BF-12，此復合型生物絮凝劑的化學(xué)成分分析結果見(jiàn)表2。由表2可知，生物絮凝劑粗提物的灰分為26%，這表明無(wú)機鹽并沒(méi)有用透析完全除去。

對BF-12進(jìn)行紅外光譜分析，結果見(jiàn)圖1。

由圖1可知，在3450cm-1處顯示出羥基的存在，1655～1550cm-1處顯示出氨基的存在。光譜的整體特征峰與幾丁質(zhì)和殼聚糖的紅外譜相類(lèi)似。進(jìn)一步用TLC分析此絮凝劑的水解液得到Rf為0.628，也與幾丁質(zhì)和殼聚糖的Rf（分別為0.635、0.633）相近似，故可初步推斷BF-12為幾丁質(zhì)和殼聚糖結構類(lèi)似物。由于幾丁質(zhì)和殼聚糖均屬于氨基己糖類(lèi)化合物，故將BF-12歸屬為氨基己糖類(lèi)化合物。

2.3絮凝劑BF-12對褐藻膠生產(chǎn)廢水的絮凝性能

2.3.1不同絮凝劑投加量下絮凝劑的絮凝性能

45℃條件下，BF-12投加量對絮凝效果的影響如圖2所示。

由圖2可知，當絮凝劑投加質(zhì)量濃度為150mg/L時(shí)，絮凝效果最佳，此時(shí)沉淀速率為4×10-4m/s，光密度為0.20。隨著(zhù)絮凝劑投加量的繼續增加，沉淀速率反而減小，光密度逐漸升高。因為BF-12的主要成分為高分子多糖，膠體、懸浮物顆粒與高分子化合物的極性基團或帶電荷集團結合，可形成體積龐大的膠體沉淀物。同時(shí)大分子物質(zhì)的極性基團很多，在短時(shí)間內與多個(gè)顆粒結合，因此形成凝聚體速度快，絮凝作用明顯。但絮凝劑投加量過(guò)大，絮凝劑本身的極性基團或帶電荷集團會(huì )被保護起來(lái)無(wú)法與膠體、懸浮物顆粒結合，反而使絮凝性能下降。

2.3.2不同溫度下絮凝劑的絮凝性能

在BF-12投加質(zhì)量濃度為150mg/L的條件下，考察了溫度對絮凝效果的影響，結果如圖3所示。

由圖3可知，溫度對BF-12的絮凝效果影響顯著(zhù)，45℃時(shí)出現最大沉淀速率，為3×10-4m/s，此時(shí)光密度為0.06。隨著(zhù)溫度的繼續升高，沉淀速率下降迅速，光密度上升。主要原因是褐藻膠生產(chǎn)廢水的黏稠度、絮凝體系的狀態(tài)和復合型生物絮凝劑的活性都受到溫度的影響，相對較低的溫度可使分子間內部作用力增強，有利于絮凝體的形成；而較高的溫度會(huì )導致所形成的絮凝體不穩定且形成的沉淀易于膨脹。同時(shí)，復合型生物絮凝劑在高溫下容易失活。

2.3.3不同助凝劑對絮凝劑絮凝性能的影響

分別配制質(zhì)量分數為1%的CaCl2、MgSO4、FeCl2、AlCl3、FeCl3和ZnSO4溶液，各取1mL加入到10mL的絮凝體系。在溫度為45℃，BF-12投加質(zhì)量濃度為150mg/L的條件下，考察了助凝劑對絮凝效果的影響，結果見(jiàn)表3。

由表3可知，Ca2+的助凝效果最佳，在加入Ca2+條件下，沉淀速率達2.98×10-4m/s，光密度為0.06，遠優(yōu)于其他助凝劑。說(shuō)明Ca2+的存在可以顯著(zhù)促進(jìn)絮凝過(guò)程，形成凝聚物速率更快，結構致密不易膨脹。

通過(guò)不同Ca2+投加量對絮凝性能的影響實(shí)驗，最終得出Ca2+的最佳投加濃度為0.04mol/L。

2.3.4不同pH條件下絮凝劑的絮凝性能

在溫度為45℃，BF-12投加質(zhì)量濃度為150mg/L，CaCl2投加濃度為0.04mol/L的條件下，考察了pH對絮凝效果的影響。結果表明，pH對褐藻膠生產(chǎn)廢水處理效果的影響較大，沉淀速率隨著(zhù)pH的升高而增大，當pH為8時(shí)，絮凝效果最佳；繼續增大pH，沉淀速率反而減小。這表明該絮凝劑適宜在弱堿性條件下對褐藻膠生產(chǎn)廢水進(jìn)行處理。pH直接影響絮凝劑和廢水中膠體顆粒表面電荷帶電狀態(tài)和電中和能力〔7〕，在堿性條件下絮凝劑分子和廢水中的膠體粒子均帶負電荷，此時(shí)BF-12的絮凝主要是通過(guò)橋聯(lián)作用。同時(shí)BF-12因分子內靜電斥力可使其分子鏈充分伸展，暴露了更多吸附點(diǎn)位，從而有利于絮凝劑與顆粒之間的橋聯(lián)作用，促進(jìn)顆粒沉淀。因此利用該絮凝劑處理褐藻膠生產(chǎn)廢水可在pH為8的條件下進(jìn)行。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

2.4優(yōu)化實(shí)驗結果

在BF-12投加質(zhì)量濃度為150mg/L，溫度為45℃，助凝劑CaCl2投加濃度為0.04mol/L，pH為8的條件下，對褐藻膠生產(chǎn)廢水進(jìn)行絮凝處理，結果如表4所示。

3結論

從活性污泥中分離出一株絮凝劑高產(chǎn)菌B-12，并鑒定其歸屬于假單胞菌屬。此菌產(chǎn)生的復合型生物絮凝劑BF-12是氨基己糖化合物，不含蛋白質(zhì)，是一種多糖類(lèi)的天然高分子絮凝劑。研究發(fā)現，在BF-12投加質(zhì)量濃度為150mg/L，溫度為45℃，助凝劑CaCl2投加濃度為0.04mol/L，pH為8的條件下，其對褐藻膠生產(chǎn)廢水的處理效果較好，CODCr、BOD5、SS、NH3-N的去除率分別達到94.96%、96.10%、82.28%、81.53%。