專利名稱：一種利用剩余污泥制備生物絮凝劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用剩余污泥制備生物絮凝劑的方法，具體涉及一種采用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂法從剩余污泥中提取生物絮凝劑的方法。
背景技術(shù)：
絮凝劑是一類可使液體中不易沉降的懸浮顆粒凝聚沉淀的物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)水處理、生活污水處理以及食品生產(chǎn)和發(fā)酵工業(yè)等。絮凝劑一般可分為三類①無(wú)機(jī)絮凝劑，如硫酸鋁、聚合氯化鋁、硫酸亞鐵和明礬等；②人工合成有機(jī)高分子絮凝劑，如聚氧化乙烯、聚苯乙烯磺酸鹽、聚丙烯酰胺衍生物和聚乙烯亞胺等；③天然有機(jī)高分子絮凝劑，如纖維素、淀粉、聚氨基葡萄糖、藻蛋白酸鈉和生物絮凝劑等。許多無(wú)機(jī)絮凝劑由于其良好的絮凝效果和較低成本而被廣泛應(yīng)用，然而人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它們?cè)谑褂眠^(guò)程中存在著較大的不安全性和潛在的二次污染問(wèn)題。人工合成有機(jī)高分子絮凝劑中使用較多的聚丙烯酰胺，因其單體具有強(qiáng)烈的神經(jīng)毒性和致癌性，所以使用受到了限制。此外，大部分天然有機(jī)高分子絮凝劑存在絮凝活性較弱和使用成本較高等缺點(diǎn)。生物絮凝劑是由微生物產(chǎn)生的可使液體中不易沉降的固體懸浮顆粒、菌體細(xì)胞及膠體顆粒等凝聚沉淀的特殊高分子物質(zhì)。生物絮凝劑是通過(guò)微生物發(fā)酵、分離提取而得到的新型、高效、可生物降解的水處理劑，它能夠滿足絮凝劑使用安全、絮凝活性高、無(wú)二次污染的要求，對(duì)改進(jìn)絮凝沉淀法工藝和絮凝劑產(chǎn)品的生產(chǎn)，保護(hù)人類健康和環(huán)境都具有很重要的意義。是一種綠色水處理劑，具有廣闊的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用前景。目前已有一些關(guān)于通過(guò)培養(yǎng)生物絮凝劑產(chǎn)生菌制備生物絮凝劑和利用城市污水處理廠脫水污泥制備微生物絮凝劑的報(bào)道。1984年，F(xiàn)attom A.等利用從排水渠內(nèi)獲得的絲狀藻青菌(Phormidium J-1)研制出對(duì)斑脫土有良好絮凝效果的高分子生物絮凝劑。1986年，Kurane R.等人研究活性污泥法處理酞酚酯廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)紅平紅球菌(Miodococcus erythropolis)，用特定的培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件研制出了微生物絮凝劑N0C-1，該產(chǎn)品可用于畜產(chǎn)廢水處理、膨脹污泥的沉降、瓦廠廢水及紙漿廢水處理，是目前為止推廣的最好的生物絮凝劑。后來(lái)，Nakamura J.等又用醬油曲霉(Aspergillus sojae)制備出了生物絮凝劑AJ7002 ;Takagi H.利用擬青霉屬微生物(Paecilomyces sp. 1-1)研制出了生物絮凝劑PF101。近幾年國(guó)內(nèi)研究者也對(duì)一些產(chǎn)絮菌株進(jìn)行了培養(yǎng)和研究宮小燕從污水處理廠活性污泥中分離篩選到1株具有穩(wěn)定絮凝性狀的菌株，經(jīng)初步鑒定為假單胞菌屬(Paseudomonas sp. GX4-1)，對(duì)影響該菌所產(chǎn)MBF的絮凝活性條件進(jìn)行了初步研究；何寧等研究了谷氨酸棒桿菌(Corynebacterium glutamicum) 產(chǎn)生新型蛋白聚糖類生物絮凝劑REA-Il的途徑。所有利用純菌種進(jìn)行生物發(fā)酵產(chǎn)生生物絮凝劑都需要純菌分離、保藏、接種和擴(kuò)大培養(yǎng)等一系列配套技術(shù)與設(shè)備，因此具有制備成本高，操作性要求高的特點(diǎn)。大連理工大學(xué)的周集體等人以城市污水處理廠的脫水污泥為原料，通過(guò)超聲破碎、丙酮沉淀及冷凍干燥得到微生物絮凝劑。但是，脫水污泥中一般都投加了化學(xué)絮凝劑或人工合成有機(jī)高分子絮凝劑，且混有無(wú)機(jī)成分為主的初沉池污泥。而剩余污泥是由多種微生物形成的菌膠團(tuán)與其吸附的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成的集合體。菌膠團(tuán)是由微生物分泌的天然有機(jī)高分子物質(zhì)將微生物包覆成的黏性團(tuán)塊。與脫水污泥相比，剩余污泥的生物活性更高，且由于沒(méi)有投加化學(xué)絮凝劑和人工合成有機(jī)高分子絮凝劑而不影響其生物可降解性。 迄今為止，在國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)利用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂法從剩余污泥中提取生物絮凝劑的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用剩余污泥制備生物絮凝劑的方法。該方法工藝簡(jiǎn)單，易于控制，周期短，無(wú)污染，所產(chǎn)生物絮凝劑具有高效、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于污水生物處理廠產(chǎn)生的污泥再利用。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下工藝A、對(duì)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行預(yù)處理得到氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂將陽(yáng)離子交換樹(shù)脂置于飽和食鹽溶液中浸泡10_20h，再水洗至流出水不帶黃色， 然后用1^-10% NaOH溶液浸泡2- 后水洗至pH = 6. 5-7. 5，最后用-10%的鹽酸浸泡2-8h后水洗至pH = 6. 5-7. 5，待用;B、對(duì)剩余污泥進(jìn)行陽(yáng)離子交換樹(shù)脂處理得到污泥樣品從采用生物處理工藝的污水處理廠取回剩余污泥，在污泥pH = 4-9、氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂投加量為10-100g/g VSS、攪拌速度為200-800rpm條件下連續(xù)攪拌0. 5_6h，得到污泥樣品；C、液態(tài)生物絮凝劑的制備將B步驟得到的污泥樣品在轉(zhuǎn)速3000-12000rpm、離心溫度0_6 °C、離心時(shí)間 10-30min的條件下離心，得到的上清液即為液態(tài)生物絮凝劑，測(cè)定其絮凝率后將其在0 6°C下保藏，備用。所述的測(cè)定絮凝率是，取2個(gè)IOOml比色管，在2個(gè)IOOml比色管中各加入0.4g 高嶺土，3ml的1WT%的&(12溶液，然后在其中一個(gè)比色管中加入2ml生物絮凝劑，再加蒸餾水至100ml，蓋上磨口塞，接著將比色管作10個(gè)上下的自然翻轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速以每次翻轉(zhuǎn)時(shí)氣泡上升完畢為準(zhǔn)，翻轉(zhuǎn)結(jié)束后，靜置5min，然后用移液器吸取5ml于比色管中，用型號(hào)為 HACH, DR2800分光光度計(jì)，在550nm下測(cè)其吸光度(B)，用相同操作條件和方法測(cè)量不加生物絮凝劑的吸光度(A)，以絮凝率(E)來(lái)表示絮凝活性，計(jì)算公式為絮凝率(E) = (A-B)/ AX100%。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果1、由于本發(fā)明從剩余污泥中直接提取生物絮凝劑，避免了對(duì)生物絮凝劑產(chǎn)生菌的培養(yǎng)，較傳統(tǒng)的生物絮凝劑制備方法大大節(jié)省了培養(yǎng)成本，因此本發(fā)明的生物絮凝劑制備成本低廉。2、由于本發(fā)明制備生物絮凝劑的原料為污水廠的剩余污泥，與以脫水污泥為原料、通過(guò)超聲破碎、丙酮沉淀及冷凍干燥得到微生物絮凝劑相比，本發(fā)明的剩余污泥的生物活性更高，且未投加化學(xué)絮凝劑和人工合成有機(jī)高分子絮凝劑，因而不影響其生物可降解性，為剩余污泥的資源化利用提供了一個(gè)方向。3、本發(fā)明操作工藝簡(jiǎn)單，耗時(shí)短，因此，生物絮凝劑制備周期短，可操作性強(qiáng)。
4、本發(fā)明所制備的生物絮凝劑的主要成分為微生物分泌的天然有機(jī)高分子物質(zhì)， 可生物降解，使用后無(wú)二次污染。


圖1為本發(fā)明的氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂投加量為10-100g/g VSS下提取到的生物絮凝劑的絮凝效果曲線2為本發(fā)明的在各種攪拌速度下提取到的生物絮凝劑絮凝效果曲線圖
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1A、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂預(yù)處理。首先，取其量約等于被處理陽(yáng)離子交換樹(shù)脂體積3倍的飽和食鹽水，將樹(shù)脂置于食鹽溶液中浸泡20h，然后放凈食鹽水，用清水漂洗至出水不帶黃色；然后，用4%質(zhì)量百分比NaOH溶液，其量與上述飽和食鹽水相同，在其中浸泡4h，放盡 NaOH溶液后，沖洗樹(shù)脂直至排出水pH = 7. 2為止；最后，用5%質(zhì)量百分比HCl溶液，浸泡他，放盡酸液，用清水漂洗至PH = 7 ；得到氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。B、用氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂處理剩余污泥。從采用生物處理工藝的污水處理廠取回剩余污泥，混勻后分裝在250ml燒杯中，約裝150ml ；然后投加80g/g VSS的經(jīng)A步驟預(yù)處理之后的氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，用六連攪拌機(jī)于500rpm的轉(zhuǎn)速下，連續(xù)攪拌4h得到污泥樣

C、液態(tài)生物絮凝劑的制備。將B步驟得到的污泥樣品，轉(zhuǎn)移至50ml離心管中，通過(guò)Thermo Multifuge XlR高速離心機(jī)，選擇轉(zhuǎn)速3000rpm、離心溫度4°C、離心時(shí)間lOmin， 經(jīng)低溫高速離心后得到的上清液即為液態(tài)生物絮凝劑，測(cè)定其絮凝率后將其保藏在冰箱內(nèi) 4°C下，備用；生物絮凝劑的絮凝率(E)檢測(cè)方法向100ml比色管中加入0. 4g高嶺土，3ml的 IWT %的CaCl2溶液和2ml液態(tài)生物絮凝劑(離心上清液)，然后加蒸餾水至100ml，蓋上磨口塞，將比色管作10個(gè)上下的自然翻轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速以每次翻轉(zhuǎn)時(shí)氣泡上升完畢為準(zhǔn)，翻轉(zhuǎn)結(jié)束后，靜置5min，然后用移液器吸取其上清液5ml于比色管中，用分光光度計(jì)(HACH，DR2800) 在550nm下測(cè)其吸光度(B)。以加3ml的IWT%的CaCl2溶液，但不加絮凝劑試樣，相同操作條件下的高嶺土懸濁液的吸光度作對(duì)照(A)，以絮凝率來(lái)表示絮凝活性，計(jì)算公式為絮凝率(E) = (A-B)/AX 100%。測(cè)得液態(tài)生物絮凝劑的絮凝率在樹(shù)脂投加量為80g/g VSS、 攪拌速度為500rpm攪拌4h，所提取的液態(tài)生物絮凝劑試樣對(duì)高嶺土懸濁液的絮凝率約為 50%。實(shí)施例2A、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂預(yù)處理。首先，取其量約等于被處理樹(shù)脂體積3倍的飽和食鹽水，將樹(shù)脂置于食鹽溶液中浸泡18h，然后放凈食鹽水，用清水漂洗至出水不帶黃色；其次， 用3%質(zhì)量百分比NaOH溶液，其量與上相同，在其中浸泡4h，放盡堿液后，沖洗樹(shù)脂直至排出水pH = 6. 8為止；最后，用7%質(zhì)量百分比HCl溶液，浸泡證，放盡酸液，用用清水漂洗至 pH = 7. 3 ；B、剩余污泥陽(yáng)離子交換樹(shù)脂處理。從采用生物處理工藝的污水處理廠取回剩余污泥，混勻后分裝在250ml燒杯中，約裝150ml ；然后投加40g/gVSS的經(jīng)A步驟預(yù)處理之后得到的氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，用六連攪拌機(jī)于650rpm的轉(zhuǎn)速下，連續(xù)攪拌4h得到污泥樣品；C、液態(tài)生物絮凝劑的制備。將B步驟得到的污泥樣品，轉(zhuǎn)移至50ml離心管中，通過(guò)Thermo Multifuge XlR高速離心機(jī)，選擇轉(zhuǎn)速12000rpm、離心溫度4°C、離心時(shí)間lOmin， 經(jīng)低溫高速離心后得到的上清液即為液態(tài)生物絮凝劑，測(cè)定其絮凝率后將其保藏在冰箱內(nèi) 4°C下，備用；生物絮凝劑的絮凝率(E)檢測(cè)方法向IOOml比色管中加入0. 4g高嶺土，3ml的 IWT %的CaCl2溶液和2ml液態(tài)生物絮凝劑(離心上清液)，然后加蒸餾水至100ml，蓋上磨口塞，將比色管作10個(gè)上下的自然翻轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速以每次翻轉(zhuǎn)時(shí)氣泡上升完畢為準(zhǔn)，翻轉(zhuǎn)結(jié)束后，靜置5min，然后用移液器吸取其上清液5ml于比色管中，用分光光度計(jì)(HACH，DR 2800) 在550nm下測(cè)其吸光度(B)。以加3ml的IWT %的CaCl2溶液，但不加絮凝劑，相同操作條件下的高嶺土懸濁液的吸光度作對(duì)照(A)，以絮凝率來(lái)表示絮凝活性，計(jì)算公式為絮凝率 (E) = (A-B)/AX100%。測(cè)得液態(tài)生物絮凝劑的絮凝率在樹(shù)脂投加量為40g/g VSS、攪拌速度為650rpm攪拌4h，所提取的液態(tài)生物絮凝劑對(duì)高嶺土懸濁液的絮凝率約為40%。對(duì)實(shí)施例1的B步的氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂投加量為10-100g/g VSS下提取到的生物絮凝劑的絮凝效果曲線圖，請(qǐng)看圖1。攪拌轉(zhuǎn)速為500rpm，隨著樹(shù)脂投加量的增大和提取時(shí)間的延長(zhǎng)，所提取的絮凝劑的絮凝率基本呈現(xiàn)出越來(lái)越高的趨勢(shì)。80g/g VSS的樹(shù)脂投加量提取4h，對(duì)高嶺土懸濁液絮凝率達(dá)到50% ；樹(shù)脂投加量為100g/g VSS時(shí)，對(duì)高嶺土懸濁液絮凝率基本都在40%以上。請(qǐng)看圖2。對(duì)實(shí)施例2樹(shù)脂投加量為40g/g VSS,在各種攪拌速度下提取到的生物絮凝劑絮凝效果曲線圖中可以看到，隨著攪拌速度的增大和提取時(shí)間的延長(zhǎng)，所提取的絮凝劑的絮凝率越來(lái)越高。提取時(shí)間為4h，攪拌速度由200rpm增大到500rpm時(shí)，所提取的絮凝劑試樣的絮凝率增幅較大，之后隨著轉(zhuǎn)速的增大絮凝率變化幅度不大。提取時(shí)間為Ih 和池時(shí)，所提取的絮凝劑試樣的絮凝率隨轉(zhuǎn)速的增幅一直較大。攪拌速度為SOOrpm時(shí)，在 lh、2h、4h所提取的絮凝劑試樣的絮凝率分別是200rpm時(shí)的2. 9,2. 3,1. 8倍。
權(quán)利要求
1. 一種利用剩余污泥制備生物絮凝劑的方法，其特征是A、對(duì)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行預(yù)處理得到氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂將陽(yáng)離子交換樹(shù)脂置于飽和食鹽溶液中浸泡10_20h，再水洗至流出水不帶黃色，然后用質(zhì)量百分比為-10%的NaOH溶液浸泡2- 后水洗至pH = 6. 5-7. 5，最后用質(zhì)量百分比為-10%的鹽酸浸泡2-8h后水洗至pH = 6. 5-7. 5，待用；B、對(duì)剩余污泥進(jìn)行陽(yáng)離子交換樹(shù)脂處理得到污泥樣品從采用生物處理工藝的污水處理廠取回剩余污泥，在污泥PH = 4-9、氫型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂投加量為10-100g/g VSS、攪拌速度為200-800rpm條件下連續(xù)攪拌0. 5_6h，得到污泥樣品；C、液態(tài)生物絮凝劑的制備將B步驟得到的污泥樣品在轉(zhuǎn)速3000-12000rpm、離心溫度0_6°C、離心時(shí)間10_30min 的條件下離心，得到的上清液即為液態(tài)生物絮凝劑，測(cè)定其絮凝率后將其在0 6°C下保
全文摘要
一種利用剩余污泥制備生物絮凝劑的方法，涉及一種采用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂法從剩余污泥中提取生物絮凝劑的方法。A、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的預(yù)處理；B、從采用生物處理工藝的污水處理廠取回剩余污泥，在污泥pH＝4-9、樹(shù)脂投加量為5-100g/g VSS、攪拌速度為200-800rpm條件下連續(xù)攪拌0.5-6h，得到污泥樣品；C、將污泥樣品在0-6℃、3000-12000rpm下離心10-30min得到上清液即為液態(tài)生物絮凝劑。本發(fā)明的生物絮凝劑可生物降解，使用后無(wú)二次污染；價(jià)廉，同時(shí)工藝的可控性高，更易滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，可廣泛適用于污水生物處理廠產(chǎn)生的剩余污泥再利用。
文檔編號(hào)C02F11/00GK102336459SQ20111026367
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者夏四清, 張志強(qiáng), 張艷君, 李向蓉 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)