一種微生物絮凝劑、制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微生物絮凝劑及其制備和在廢水處理中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]紅薯加工生產(chǎn)淀粉過程中排放大量的廢水，屬于高濃度有機廢水，C0D濃度高達5000mg/L以上，SS濃度高達1000mg/L以上，目前，我國每年產(chǎn)生此類廢水約2000萬m3，廢水中高濃度的有機物進入水體迅速消耗水體中的溶解氧，造成水體缺氧，廢水中高濃度的SS則易在厭氧環(huán)境中產(chǎn)生惡臭，惡化水質(zhì)，由此可見，紅薯加工廢水的恣意排放，會給水體環(huán)境造成嚴重的污染。絮凝技術(shù)可以顯著提高懸浮物質(zhì)的沉降效果和水質(zhì)處理效率，其核心是絮凝劑，目前常用的絮凝劑主要是無機和有機合成高分子絮凝劑。
[0003]據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，我國累計建成市政污水處理廠每年污泥產(chǎn)生量3500萬噸以上，其中80%沒有得到妥善處理，污泥隨意堆放所造成的環(huán)境污染問題愈發(fā)凸顯出來，引起了社會的關(guān)注。從環(huán)境效益角度出發(fā)，提高污泥脫水率逐漸成為污泥減量化、資源化處理的關(guān)鍵。目前常用的污泥調(diào)理劑主要有無機和有機合成高分子絮凝劑。
[0004]無機和有機合成高分子絮凝劑在廢水處理和調(diào)理污泥脫水過程中均有著較為廣泛的應(yīng)用。無機絮凝劑主要是鋁鹽和鐵鹽聚合物，價格相對較低，但鋁鹽具有毒性，可通過食物鏈和飲用水危害人類健康，鐵鹽對金屬具有腐蝕性，使水帶色，且使用過程中耗量較大。有機合成高分子絮凝劑，如:聚丙烯酰胺，具有用量少，絮凝速度快等優(yōu)點，應(yīng)用廣泛，但其在水體中產(chǎn)生的丙烯酰胺單體，具有強烈的神經(jīng)毒性。由此可見，開發(fā)易生物降解、環(huán)境友好的絮凝劑顯得極為迫切，且具有現(xiàn)實意義。
[0005]微生物絮凝劑是微生物在代謝過程中分泌的聚合物，具有高效的絮凝性能、且易降解、降解產(chǎn)物對生態(tài)環(huán)境無害，可以克服無機和有機合成高分子絮凝劑本身固有的不安全性和環(huán)境污染方面的缺陷，在絮凝劑研究領(lǐng)域，微生物絮凝劑的研究逐漸成為當(dāng)今世界的重要課題，例如:中國發(fā)明專利CN101503709A公開了一種利用地衣芽孢桿菌制備微生物絮凝劑的方法，中國發(fā)明專利CN1616358A公開了一種發(fā)酵培養(yǎng)秸桿菌制備絮凝劑的方法，中國發(fā)明專利CN102181483A公開了一種以污泥為菌源的微生物絮凝劑制備方法。雖然微生物絮凝劑有著其突出的優(yōu)越性，但由于傳統(tǒng)培養(yǎng)基物料昂貴，微生物絮凝劑合成效率低，使得微生物絮凝劑制備成本居高不下，大多數(shù)研究仍處在實驗室研發(fā)階段，基于此，國內(nèi)外學(xué)者為了降低微生物絮凝劑的制備成本，選用了味精廢水、醬油廢水等作為培養(yǎng)基，但效果仍不理想。截至目前，微生物絮凝劑并未得到推廣應(yīng)用，其中繁瑣的培養(yǎng)過程、較長的發(fā)酵周期、較高的制備成本，是難以推廣的主要原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種微生物絮凝劑及其制備方法，具體是利用紅薯加工廢水制備微生物絮凝劑，并應(yīng)用于紅薯加工廢水的處理和污泥脫水。
[0007]本發(fā)明的微生物絮凝劑的制備方法，包括以下步驟:
[0008]1.制備微生物絮凝劑的菌株選定為紅球菌和芽孢桿菌中的至少一種；
[0009]2.發(fā)酵培養(yǎng)基的制備:選用紅薯加工廢水作為發(fā)酵培養(yǎng)基，其中紅薯加工廢水C0D 含量為 5000 ?20000mg/L、SS 含量為 1000 ?1500mg/L 的；
[0010]3.發(fā)酵液的制備:將上述菌株直接接種于紅薯加工廢水培養(yǎng)基1?2環(huán)，在25?28 °C、100?120rpm的條件下發(fā)酵培養(yǎng)，發(fā)酵培養(yǎng)6?12h后，補充0.2?0.5g/LK2HP0jP0.1?0.2g/LKH2P04，繼續(xù)發(fā)酵6?12h，補充2?5g/L硫酸氫銨，繼續(xù)發(fā)酵12?18h，補充100?200mL/L紅薯加工廢水，繼續(xù)發(fā)酵12?18h，得到發(fā)酵液；
[0011]4.微生物絮凝劑的提取:采用發(fā)酵液經(jīng)濃縮后加冰浴丙酮沉淀得到沉淀物微生物絮凝劑方法。具體是:發(fā)酵液中加入2?4倍體積蒸餾水稀釋，2000?3000rpm離心10?20min收集上清液，將上清液采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在40?50°C條件下濃縮至0.3?0.5倍體積，濃縮液中加入1?2倍體積的冰浴丙酮，靜置6?12h，4000?5000rpm離心10?20min收集沉淀物，懸于含重量百分比濃度0.1?0.2%的DTT并于4°C預(yù)冷的丙酮中，然后在-15?-20°C條件下靜置30?50min后，4000?5000rpm離心10?20min收集沉淀物，40?60°C真空干燥得到微生物絮凝劑；所述冰浴丙酮是丙酮中添加重量百分比0.02?
0.07%的β-巰基乙醇后，-20°C過夜制成；所述DTT是二硫蘇糖醇，預(yù)冷丙酮為三氯醋酸與丙酮體積比1:7?1:9配制。
[0012]本發(fā)明還提供了上述微生物絮凝劑在廢水處理和污泥脫水中的應(yīng)用，包括以下步驟:
[0013]1.選取紅薯加工廢水:廢水含有的COD、SS分別為5000?20000mg/L、1000?1500mg/Lo在上述廢水中階段性投加微生物絮凝劑，首先在快速攪拌(130?180rpm)階段投加10?20mg/L微生物絮凝劑，快速攪拌1?3min后，進行慢速攪拌(40?60rpm)，在慢速攪拌開始、開始后1?2min、3?4min、5?7min、8?lOmin分別按廢水體積均投加5?10mg/L微生物絮凝劑，慢速攪拌共計20?30min，靜沉10?20min。經(jīng)過該微生物絮凝劑處理后，上述廢水中含有的COD、SS分別降低至582?743mg/L、63?81mg/L。
[0014]2.選取城市污水處理廠污泥濃縮池污泥:污泥的含水率和比阻分別為98.2?98.6%、2.9X 1013?3.0X 10 13m/kg，污泥上清液中C0D和氨氮的含量分別為400?600mg/L、150?200mg/L。上述污泥中階段性投加微生物絮凝劑，首先在快速攪拌(180?240rpm)階段投加1.5?2.5g/L微生物絮凝劑，快速攪拌3?5min后，進行慢速攪拌(40?50rpm)，在慢速攪拌開始、開始后1?2min、3?4min、5?7min、8?lOmin分別按廢水體積均投加
1.0?1.5g/L微生物絮凝劑，慢速攪拌共計20?30min，靜沉30?40min。經(jīng)過該微生物絮凝劑處理后，上述污泥的含水率和比阻分別為75.8?79.6%、1.4X1013?1.5X10 13m/kg，污泥上清液中C0D和氨氮的含量分別降低至59?73mg/L、43?51mg/L。
[0015]本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有微生物絮凝劑制備成本高和制備過程復(fù)雜的缺陷，提出利用紅薯加工廢水為原料制備微生物絮凝劑，紅薯加工廢水中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，可以作為絮凝微生物生長和代謝的營養(yǎng)基質(zhì)，直接在紅薯加工廢水中接種絮凝微生物，無需實施菌株發(fā)酵培養(yǎng)常規(guī)步驟中的種子液制備步驟，在絮凝微生物生長和代謝的特定過程，有針對性地分段補充所需的磷酸鹽、氮素等，可以減少昂貴物料的使用，并最大限度地促進絮凝微生物代謝產(chǎn)生微生物絮凝劑，這樣既可以縮短發(fā)酵周期、提高微生物絮凝劑的產(chǎn)率，還可以降低微生物絮凝劑的制備成本，減輕紅薯加工廢水的處理壓力，從而實現(xiàn)馬鈴薯淀粉廢水的資源再利用，具有較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0017]1.本發(fā)明以紅薯加工廢水為廉價培養(yǎng)基，制備微生物絮凝劑，價廉易得，來源廣泛，大幅度降低了微生物絮凝劑的制備成本，實現(xiàn)廢物的綜合利用；
[0018]2.發(fā)酵過程中，無需實施菌株發(fā)酵培養(yǎng)常規(guī)步驟中的制備種子液步驟，在特定發(fā)酵時間補充微生物所需的磷源(主要調(diào)節(jié)培養(yǎng)基pH穩(wěn)定)和其它營養(yǎng)物質(zhì)，可以大幅度縮短發(fā)酵時間，減少物料利用量，提高微生物絮凝劑合成效率；
[0019]3.上述制備得到的微生物絮凝劑具有高效的絮凝性能，當(dāng)1.0L高嶺土懸液(4g/L)中投加10mg微生物絮凝劑時，絮凝率高達96.5%以上；在廢水處理和污泥脫水的應(yīng)用中，采用階段性投加微生物絮凝劑的方式，能夠降低微生物絮凝劑的使用量，并有效降低廢水中的污染物含量，大幅提高污泥的脫水效率；由此，降低了無機和有機合成高分子絮凝劑易造成的二次環(huán)境污染；
[0020]4.上述制備的微生物絮凝劑適用溫度為20?120°C，適用pH范圍4?10，具有廣泛的應(yīng)用潛力；
[0021]5.本發(fā)明不需要經(jīng)過繁瑣的加工程序，制備方法簡便易行；
【具體實施方式】
[0022]下面通過實施例對本發(fā)明進行具體的描述，實施例只用于對本發(fā)明進行進一步的說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整也屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0023]1.微生物絮凝劑的制備:
[0024]將菌株接種至紅薯加工