一種投加微生物絮凝劑改善活性污泥脫水性能的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種投加微生物絮凝劑改善活性污泥脫水性能的方法，從污水處理廠活性污泥中分離、純化、篩選得可產(chǎn)生微生物絮凝劑的克雷伯氏菌(Klebsiella?pneumoniae)，溫度為25～40℃，轉(zhuǎn)速為100～200r/min振蕩發(fā)酵培養(yǎng)2～3d，采取冷凍乙醇析出法從發(fā)酵上清液中提取絮凝劑樣品。向活性污泥樣品中投加微生物絮凝劑，調(diào)理后的污泥比阻(SRF)和含水率分別降低至4.66×1012m/kg和83.74％，脫水效果優(yōu)于硫酸鋁、聚合氯化鋁(PAC)等化學(xué)絮凝劑。微生物絮凝劑對污泥鹽廢、pH值等特性適應(yīng)性良好，調(diào)理后活性污泥的脫水性能顯著改善，且具有易生物降解、高效無毒等優(yōu)勢。
【專利說明】一種投加微生物絮凝劑改善活性污泥脫水性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種投加微生物絮凝劑改善活性污泥脫水性能的方法，專注于一種產(chǎn)絮菌的分離、純化和篩選，及其在活性污泥脫水中的應(yīng)用，屬于環(huán)境工程和污泥處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]活性污泥是市政污水處理的副產(chǎn)品，隨城市和工業(yè)污水處理規(guī)模的擴(kuò)張，剩余污泥產(chǎn)量逐年增加。2010年我國污水廠產(chǎn)泥約2170萬t(以含水率80%計)，大量污泥的無害化處置日益成為環(huán)保領(lǐng)域的一大難題。剩余污泥含水率高，脫水性能差，含有大量難降解有機(jī)物、重金屬，以及少量病原微生物和寄生蟲卵等，通常達(dá)不到后續(xù)填埋、焚燒處置的要求，導(dǎo)致污泥運(yùn)輸成本和處置難度過高。
[0003]較高的含水率是制約污泥減量化與資源化的主要制約因素，采取物理、化學(xué)或生物方法調(diào)理污泥以改善脫水效果，是減少污泥體積、降低處置和再利用成本的有效途徑。目前已有將電解、酸處理、超聲、微波、冷融等物理手段應(yīng)用于污泥脫水，但物理脫水方法能耗、費(fèi)用過高，限制了其在水處理領(lǐng)域的大規(guī)模推廣。化學(xué)氧化技術(shù)也逐漸應(yīng)用于提高污泥的脫水效果，例如，由Fe2+和H2O2組成的強(qiáng)氧化性溶液Fenton試劑，應(yīng)用于調(diào)理污泥可有效降解有機(jī)物，溶解和破壞EPS結(jié)構(gòu)，釋放細(xì)胞內(nèi)部水。
[0004]投加化學(xué)調(diào)理劑(例如，鋁鹽、聚丙烯酰胺、表面活性劑等)調(diào)理污泥，也能夠改變污泥的絮體結(jié)構(gòu)，達(dá)到改善污泥的脫水性能的目的`污泥化學(xué)調(diào)理操作簡單、效果穩(wěn)定，在實(shí)際污水處理實(shí)踐中被廣泛使用。其中，陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)是使用最廣泛的一種化學(xué)型絮凝劑，但是，CPAM產(chǎn)生難降解的中間產(chǎn)物，且具有神經(jīng)毒性和致癌性，會導(dǎo)致水體的二次污染；無機(jī)絮凝劑如聚合氯化鋁(PAC)等會造成水中鋁濃度升高，誘發(fā)老年癡呆癥等疾病，生態(tài)健康風(fēng)險上升。
[0005]微生物絮凝劑(Microbial flocculants,MBF)指微生物代謝過程中分泌的具有絮凝活性的天然高分子物質(zhì)，包括酸性多糖、蛋白質(zhì)、脂肪和核酸等成分。相對傳統(tǒng)的有機(jī)和無機(jī)絮凝劑，微生物絮凝劑由于具有成本低廉、高效安全等優(yōu)勢，成為近年來受到普遍關(guān)注的環(huán)境友好型水處理劑。諸多研究借助光譜、色譜等分析化學(xué)手段，研究微生物絮凝劑的純化、官能團(tuán)及組分鑒定，并對其絮凝機(jī)理作出推測，或以絮凝劑發(fā)酵動力學(xué)特征為切入點(diǎn)，探討微生物絮凝劑生產(chǎn)和活性優(yōu)化。微生物絮凝劑在重金屬廢水，厭氧廢水，低溫廢水、印染廢水等的應(yīng)用均達(dá)到良好處理效果，但在改善污泥脫水方面的涉及較少，且鮮有克雷伯氏菌產(chǎn)微生物絮凝劑調(diào)理污泥的報道。
[0006]已有專利CN101367597A公開了一種用于污泥脫水的絮凝劑及污泥脫水方法，涉及的絮凝劑為聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)復(fù)合而成，為典型的無機(jī)-有機(jī)復(fù)合絮凝劑，應(yīng)用于調(diào)理污泥脫水時生產(chǎn)成本高，又無法避免傳統(tǒng)絮凝劑應(yīng)用中帶來的二次污染和健康風(fēng)險等問題。微生物絮凝劑與有機(jī)高分子絮凝劑CPAM類似，鏈狀結(jié)構(gòu)可有效促進(jìn)架橋的形成，分子上的活性基團(tuán)(-0H-，-COO-, -CONH2-, -NH-等)為懸浮顆粒提供吸附位點(diǎn)，破壞污泥膠體的分散結(jié)構(gòu)，顆粒凝聚并相互結(jié)合成較大絮體。另外，微生物絮凝劑通過范德華力和氫鍵作用，壓縮膠體表面雙電層，在吸附架橋和壓縮雙電層的聯(lián)合作用下，達(dá)到改善剩余活性污泥脫水效果的目的。
[0007]活性污泥含水率高，鹽度高，且微生物群落組成復(fù)雜。污泥鹽度對微生物生長和胞內(nèi)脂類含量密切相關(guān)，間接影響微生物絮凝劑的活性，對污泥脫水效果的影響顯著。已公開專利(CN101225405A)涉及一種微生物絮凝劑的生產(chǎn)和使用方法，以淀粉廢水和復(fù)合氮源培養(yǎng)微生物，所選菌種為純化后光密度為1.5?1.8的克雷伯氏菌屬種子液，并將產(chǎn)生的微生物絮凝劑用于高濁度廢水處理。該專利未涉及克雷伯氏菌產(chǎn)絮凝劑在污泥脫水中的應(yīng)用，且直接擴(kuò)大培養(yǎng)純化后的菌株會受污泥鹽度等特性的影響，其絮凝活性收到一定程度的制約。本發(fā)明涉及的菌種分離、篩選自污水處理廠濃縮池，并將其發(fā)酵產(chǎn)生的微生物絮凝劑用于該污水廠污泥處理，對污泥環(huán)境適應(yīng)性良好，更好地保證改善污泥脫水效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]1.發(fā)明目的
[0009]本發(fā)明專利針對城市和工業(yè)污水處理廠剩余污泥脫水性能差、泥餅后續(xù)處理處置成本較高的現(xiàn)狀，克服傳統(tǒng)無機(jī)和有機(jī)高分子絮凝劑在應(yīng)用中引發(fā)的環(huán)境風(fēng)險，提供一種投加微生物絮凝劑調(diào)理污泥的方法，以改善剩余活性污泥的脫水性能，在避免二次污染等問題的同時，達(dá)到實(shí)現(xiàn)污泥減量化、資源化處置的目的。
[0010]2.技術(shù)方案
[0011]本發(fā)明專利提供一種投加微生物絮凝劑改善活性污泥脫水性能的方法，主要的技術(shù)方案如下:
[0012](I)污泥微生物的分離純化
[0013]污泥樣品稀釋IO 2?IO8的不同濃度梯度后，用涂布平板法將污泥微生物接種于瓊脂培養(yǎng)基。接種后在25?30°C恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)2?3d，在平板培養(yǎng)基上分離得到多種微生物菌落。平板劃線法挑取菌落于培養(yǎng)皿進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。重復(fù)上述步驟，經(jīng)3?5次分離純化后得不同菌落形態(tài)的微生物，接種到斜面培養(yǎng)基上，于4°C冰箱儲藏。
[0014](2)絮凝劑產(chǎn)生菌的篩選
[0015]分離純化后的菌株接種在液體培養(yǎng)基中，接種后的培養(yǎng)液在25?40°C恒溫?fù)u床振蕩培養(yǎng)2?3d，在4000?5000r/min離心15?30min以去除細(xì)胞體，上清液即為液體微生物絮凝劑。以發(fā)酵上清液對2?5g/L高嶺土懸濁液的絮凝率(Fr)為指標(biāo)，篩選得穩(wěn)定的高活性絮凝劑產(chǎn)生菌。
[0016](3)微生物絮凝劑的提取
[0017]取純化、篩選后的產(chǎn)絮凝劑菌株從斜管培養(yǎng)基，接種至裝有50mL液體培養(yǎng)基的錐形瓶，置于25?40°C恒溫?fù)u床發(fā)酵，100?200r/min的轉(zhuǎn)速下振蕩發(fā)酵培養(yǎng)2?3d。發(fā)酵液在4000?5000r/min離心30min，上清液旋蒸后投加2?4倍體積的冷凍的無水乙醇，于4°C冰箱中靜置12?24h。4000?5000r/min離心30min，沉淀粗品溶于去離子水中，投加2%的氯化十六烷基吡啶(CPC)，微生物絮凝劑和十六烷基吡啶的復(fù)合沉淀重新溶解于
0.5mol/L的NaCl溶液，加入2?4倍體積的預(yù)冷的無水乙醇，沉淀析出后用丙酮洗滌2?3次，冷凍干燥得純化后的微生物絮凝劑固體樣品。[0018](4)投加微生物絮凝劑調(diào)理污泥脫水
[0019]上述步驟直接從污泥樣品中純化、篩選得到克雷伯氏菌，考察其應(yīng)用在調(diào)理活性污泥時，在改善污泥脫水性能方面的效果?；钚晕勰鄻悠吠都游⑸镄跄齽┖?，在磁力攪祥器400?500r/min快攬30?60s, 100?200r/min慢攬3?6min,移至污泥比阻儀,在
0.04?0.2MPa的真空度條件下恒壓抽濾。
[0020]3.本發(fā)明的創(chuàng)新性
[0021]本發(fā)明專利涉及的一種投加微生物絮凝劑改善活性污泥脫水性能的方法，與現(xiàn)有的剩余污泥脫水方法、工藝相比，創(chuàng)新性如下:
[0022](I)本發(fā)明直接從污水廠活性污泥篩選微生物絮凝劑產(chǎn)生菌，產(chǎn)絮凝劑菌株來源廣泛，涂布平板法接種后在25?30°C恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)2?3d，重復(fù)純化3?5次即可分離、純化大量不同類型的菌株，菌株生長代謝快，分離純化的周期短，易于操作，可適應(yīng)規(guī)模
化生產(chǎn)。
[0023](2)以菌株對高嶺土懸濁液的絮凝率(Fr)為指標(biāo)，從上述步驟純化后的菌株中，篩選的高活性MBF產(chǎn)生菌對高嶺土懸濁液的絮凝率在90%以上。高嶺土懸濁液與污泥的絮凝脫水結(jié)果保持高度一致性，保證篩選的菌株在實(shí)際應(yīng)用于污泥調(diào)理時對脫水的改善效果。
[0024](3)絮凝率Fr測定時，并未選擇去離子水而是選取新鮮培養(yǎng)基為空白，有效排除液體培養(yǎng)基本身絮凝作用對MBF絮凝活性的干擾，更準(zhǔn)確地反映微生物絮凝劑的活性。
[0025](4)篩選得到的產(chǎn)絮菌在溫度為25?40°C，100?200r/min的轉(zhuǎn)速下振蕩發(fā)酵培養(yǎng)2?3d，微生物絮凝劑培養(yǎng)溫度為`常溫條件，轉(zhuǎn)速和能耗較低而易于實(shí)現(xiàn)，相對化學(xué)絮凝劑的生產(chǎn)成本大大降低。
[0026](5)純化后的絮凝劑產(chǎn)生菌對pH值、溫度等保持良好的絮凝穩(wěn)定性，在pH值為4?8范圍內(nèi)絮凝活性在80%以上，在溫度為20?60°C的范圍內(nèi)保持在60%以上，對外界條件如污泥PH負(fù)荷等表現(xiàn)良好的耐受性，微生物絮凝劑具有廣泛的應(yīng)用范圍。
[0027](6)本專利涉及的微生物絮凝劑樣品提取采取冷凍乙醇析出法，簡便易行且耗時較短，絮凝劑產(chǎn)量高，IOOOmL發(fā)酵上清液可提取出約1.68g的絮凝劑粗品。
[0028](7)投加克雷伯氏菌絮凝劑調(diào)理活性污泥后，污泥比阻(SRF)和含水率分別降低至4.66X IO1Vkg和83.74%,污泥脫水性能顯著改善，且微生物絮凝劑的脫水效果優(yōu)于無機(jī)絮凝劑硫酸鋁、聚合氯化鋁(PAC)等，脫水后污泥運(yùn)輸和處理費(fèi)用減少。
[0029](8)本專利首次將克雷伯氏菌生產(chǎn)的微生物絮凝劑(MBF)應(yīng)用于活性污泥脫水，并對污泥脫水效果具有顯著改善作用，該污泥脫水方法投資運(yùn)行成本低廉，可為剩余污泥處理處置提供新的思路。。
[0030](9)篩選的產(chǎn)絮凝菌對污泥鹽度、pH值等適應(yīng)性良好，更好地保證改善污泥脫水效果。且具有易生物降解、高效無毒等突出優(yōu)點(diǎn)，可避免化學(xué)絮凝劑的二次污染等問題，是具有廣闊的應(yīng)用前景的新型高效絮凝劑。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]附圖1為絮凝劑產(chǎn)生菌株的掃描電鏡(SEM)形態(tài)。
[0032]附圖2為微生物絮凝劑的pH和熱穩(wěn)定性。[0033]附圖3為污泥比阻測定裝置示意圖。
[0034]附圖4為微生物絮凝劑(MBF)調(diào)理對污泥脫水效果的影響。
[0035]附圖5為微生物絮凝劑(MBF)與常規(guī)絮凝劑的污泥脫水效果比較。
【具體實(shí)施方式】
[0036]本發(fā)明所述的一種投加微生物絮凝劑以改善剩余活性污泥脫水性能的方法，具體實(shí)施運(yùn)行時，供試污泥樣品取自長三角地區(qū)某城市生活污水廠濃縮池，該污水廠采用A2/0脫氮除磷處理工藝，設(shè)計流量為10萬t/d，實(shí)際進(jìn)水為6萬t/d，剩余廢棄污泥產(chǎn)量40?45t/d。廢水主要為生活污水(70%?80% )，工業(yè)廢水主要是電子廠、銅鋅電鍍廠、蓄發(fā)電池生產(chǎn)廠產(chǎn)生的廢水，濃縮池污泥脫水工藝:投加聚丙烯酰胺(PAM)調(diào)理后，進(jìn)行帶式壓濾脫水。供試污泥基本特征如表I。
[0037]表I供試污泥樣品基本特征
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種投加微生物絮凝劑改善活性污泥脫水性能的方法，其特征在于:從污水處理廠活性污泥中分離、純化、篩選得高活性微生物絮凝劑產(chǎn)生菌，溫度為25?40°C，轉(zhuǎn)速為100?200r/min振蕩發(fā)酵培養(yǎng)2?3d，發(fā)酵液在4000?5000r/min離心30min，采取冷凍乙醇析出法從發(fā)酵上清液中提取絮凝劑樣品。投加微生物絮凝劑于活性污泥樣品，磁力攪祥器400?500r/min快攬30?60s, 100?200r/min慢攬3?6min,微生物絮凝劑調(diào)理后的污泥脫水性能顯著改善。
2.權(quán)利要求1中高活性微生物絮凝劑產(chǎn)生菌的分離、純化，其特征在于:直接將污水處理廠活性污泥樣品稀釋至不同濃度梯度，接種至瓊脂培養(yǎng)基培養(yǎng)污泥中的微生物，25?30°C恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)2?3d。重復(fù)上述步驟3?5次，反復(fù)分離、純化得不同形態(tài)的菌株，接種到斜面培養(yǎng)基上，于4°C冰箱儲藏。菌株來源廣泛，分離純化的周期短，易于操作，可適應(yīng)規(guī)?；a(chǎn)。
3.權(quán)利要求1中高活性微生物絮凝劑產(chǎn)生菌的篩選過程，其特征在于:以菌株對4g/L的高嶺土懸濁液的絮凝率(Fr)為指標(biāo)，從權(quán)利要求2純化后的菌株中，篩選絮凝活性穩(wěn)定的產(chǎn)絮菌株，其對高嶺士懸濁液的絮凝率在90%以上。高嶺土懸濁液的絮凝結(jié)果與污泥脫水結(jié)果可保持高度一致性，保證篩選的菌株在應(yīng)用于污泥調(diào)理時的脫水效果。
4.權(quán)利要求3中的絮凝率(Fr)測定，其特征在于:測定微生物絮凝劑的絮凝活性時，并未選擇去離子水而是選取新鮮培養(yǎng)基為空白，有效排除液體培養(yǎng)基本身絮凝作用對MBF絮凝活性的干擾，更準(zhǔn)確地反映微生物絮凝劑的活性。
5.權(quán)利要求3中高活性微生物絮凝劑產(chǎn)生菌的特征在于:該菌株產(chǎn)生的絮凝劑對高嶺土懸濁液的絮凝活性為91.70%，在pH值為4?8范圍內(nèi)絮凝活性在80%以上，在溫度為20?60°C的范圍內(nèi)保持在60%以上。菌落呈乳白色，革蘭氏染色陰性，形態(tài)為規(guī)則的短桿狀。經(jīng)16S rDNA基因序列及菌株形態(tài)鑒定為克雷伯氏肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae),GenBank序列號為CP000647,同源度高達(dá)99*%。
6.權(quán)利要求1中冷凍乙醇析`出法，其特征在于:發(fā)酵液在4000?5000r/min離心30min,上清液旋蒸后投加2?4倍體積的冷凍的無水乙醇，于4°C冰箱中靜置12?24h。4000?5000r/min離心30min,沉淀粗品溶于去離子水中，投加2%的氯化十六燒基卩比唳(CPC)，微生物絮凝劑和十六烷基吡啶的復(fù)合沉淀重新溶解于0.5mol/L的NaCl溶液，加入2?4倍體積的預(yù)冷的無水乙醇，沉淀析出后用丙酮洗滌2?3次，冷凍干燥得純化后的微生物絮凝劑固體樣品。冷凍乙醇析出法，簡便易行且耗時較短，絮凝劑產(chǎn)量高，IOOOmL克雷伯氏菌發(fā)酵上清液可提取出約1.68g的絮凝劑粗品。
7.權(quán)利要求1中投加微生物絮凝劑調(diào)理污泥脫水，其特征在于:活性污泥樣品投加微生物絮凝劑后，在磁力攪拌器400?500r/min快攪30?60s, 100?200r/min慢攪3?6min，移至污泥比阻儀，在0.04?0.2MPa的真空度條件下恒壓抽濾。污泥比阻(SRF)和含水率分別由原泥的11.64X IO1Vkg和98.86%,,降低至MBF調(diào)理后的4.66XlO1Vkg和83.74%，污泥脫水性能顯著改善，且微生物絮凝劑的脫水效果優(yōu)于無機(jī)絮凝劑硫酸鋁、聚合氯化鋁(PAC)等，脫水后污泥運(yùn)輸和處理費(fèi)用減少。
8.權(quán)利要求1中投加微生物絮凝劑改善活性污泥脫水性能的方法，其特征還在于:從污泥中分離、篩選的高活性產(chǎn)絮菌，在應(yīng)用于調(diào)理污泥脫水時，對污泥鹽度、PH值等適應(yīng)性良好。且具有易生物降解、高效無毒等突出優(yōu)點(diǎn)，可避免化學(xué)絮凝劑的二次污染和健康風(fēng)險等問題。
【文檔編號】C02F11/14GK103435250SQ201310288991
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月11日
【發(fā)明者】馬俊偉, 劉杰偉, 劉彥忠, 楊婭, 王洪濤, 岳東北 申請人:北京師范大學(xué)