微生物絮凝剂在给水处理中的应用研究

Posted 2023-01-13 絮凝

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微生物絮凝剂因其无毒、可生物降解、无二次污染等独特的性质，近年来受到人们的广泛关注。但目前发现的微生物絮凝剂普遍存在絮凝剂用量大、成本高、对实际废水絮凝性差等问题，限制了其推广应用。本研究经筛选得到了一株高效絮凝剂产生菌，该菌产生的絮凝剂絮凝率高、用量低，展示了良好的应用前景，尤其是该絮凝剂无毒无害，在给水处理中有很好的应用潜力。
1 材料和方法
1.1 菌种来源
从土壤中分离筛选得到经鉴定为硅酸盐芽孢杆菌新变种，该菌产生的絮凝剂命名为MBFA9。
1.2 培养基及培养条件
培养基的组分：可溶性淀粉为1.5%，K2HPO4为0.6%，酵母膏为0.3%，MgSO4.7H2O为0.02%，NaCl为0.01%。接种后在pH为8.0、温度为30℃、转速为140r/min的摇床中培养72h。
1.3 絮凝剂的提纯
培养液稀释10倍，6000r/min的转速下离心10min，去除菌体，然后浓缩、乙醇沉淀、氯仿正丁醇去除游离蛋白，透析后真空冷冻干燥得到絮凝剂MBFA9的提纯液。
1.4 絮凝剂的成分分析
通过糖的Molish反应、蒽酮反应，定性判断絮凝剂MBFA9样品中是否含有糖类成分。多糖经水解可以测出中性糖、酸性糖和氨基糖的含量。中性糖的测定采用酚硫法，己糖醛酸的测定采用咔唑—硫酸法，氨基糖的测定方法见参考文献。
1.5 毒性试验(急性毒性试验测LD50)
按《国家食品卫生法则》要求进行急性毒性试验。取60只小白鼠，体重为(20±2)g，雌雄随机分为两组，一组为试验组，另一组为对照组。将絮凝剂MBFA9溶于水中，以1g/kg的剂量均匀配给各鼠，24h内喝完，饲养15d，观察小白鼠的体态、饮食、运动有无异常反应。
1.6 河水的水质
河水的浊度为106.1NTU，pH为7.06，COD为79.03mg/L，悬浮物主要为微小的泥土颗粒及少量有机物。
1.7 絮凝试验方法
向烧杯中加入500mL水样，加入10mL、2%的Al2(SO4)3溶液，以200r/min快搅1min，而后加入一定量的絮凝剂，再以60r/min慢搅10min，沉降30min后，在250mL处取样测浊度。
2 结果与讨论
2.1 MBFA9与其他絮凝剂的用量比较
高岭土悬浮液常用来作为微生物絮凝剂的絮凝对象，一般微生物絮凝剂处理高岭土悬浮液的用量约为1.0～20mL/L，而且需要添加一定量的CaCl2或Al2(SO4)3作为助凝剂，絮凝率可达到90%以上。絮凝剂MBFA9的突出特点是絮凝效果好、絮凝剂用量少。当絮凝5000mg/L的高岭土悬浮液时，絮凝剂(培养液)的用量仅为0.1mL/L，为一般微生物絮凝剂用量的1/10～1/200，而絮凝率高达99.6%，且不需添加Ca2+及Al3+等助凝剂。表1为各菌株产生的絮凝剂与MBFA9处理高岭土悬浮液的用量比较。

2.2 絮凝剂MBFA9的成分分析
将培养液提纯，对其进行糖、蛋白质的呈色反应，结果表明，絮凝剂MBFA9有明显的糖类颜色反应，即Molish反应在浓硫酸和样品液分界面上有清晰的紫环生成，蒽酮反应呈现为蓝绿色，而没有蛋白质或氨基酸的特征反应。因而，可以定性地判断出该絮凝剂的有效成分为多糖。
多糖是由多种单糖构成的，而单糖又分为中性、酸性和碱性糖。将絮凝剂MBFA9用浓硫酸水解，分别测定絮凝剂中己糖醛酸、氨基糖和中性糖的含量，结果见表2，可见絮凝剂MBFA9主要是由中性糖和己糖醛酸组成。

2.3 絮凝剂MBFA9的急毒试验(急毒LD50)
微生物絮凝剂是微生物在生长过程中分泌的代谢产物，作为水处理药剂，要求无毒无害。因此，对絮凝剂MBFA9进行急毒试验，结果表明，小白鼠一次性吞食1g/kg的絮凝剂MBFA9后，无一死亡，体态、饮食、运动均无异常反应，初步证明絮凝剂MBFA9无急毒反应。
2.4 絮凝剂MBFA9处理河水
以河水作为絮凝对象，用Al2(SO4)3作助凝剂，分别以MBFA9、HPAM(320万)、海藻酸钠、明胶作絮凝剂，以上清液的浊度为絮凝指标，所作比较试验结果见表3。

从试验结果可以看出，采用絮凝剂MBFA9，不仅絮团大、沉降快、上清液浊度低，而且处理后COD值最小；采用HPAM、海藻酸钠、明胶处理后的上清液浊度依次增高，COD值也随之增加。
另外，絮凝剂HPAM和MBFA9的用量试验结果见图1、2。从图中可见MBFA9和HPAM的最佳用量分别为0.10mL/L和2mg/L。

为了观察MBFA9和HPAM的絮凝效果，还进行沉降效果试验，结果见图3。

试验发现，当单独用Al2(SO4)3时，生成微小絮团、沉降缓慢、上清液混浊。当分别加入HPAM和MBFA9时，生成大絮团、沉降加快、上清液清澈，4min后浊度分别达到2.1、5.6NTU，而不加高分子絮凝剂的浊度为56.2NTU。沉降30min后，用MBFA9絮凝剂处理的浊度为0.8NTU，HPAM的浊度为2.8NTU，可见絮凝剂MBFA9的絮凝效果优于HPAM，处理后的上清液更加清澈。
絮凝剂MBFA9(培养液)的产品价格约为800元/t，用其处理河水的成本约为0.04元/t，可见絮凝剂MBFA9应用于给水处理中，无论在处理效果和经济上都是可行的。
3 结论
① 分离筛选得到的硅酸盐芽孢杆菌产生的絮凝剂MBFA9具有用量少、絮凝效果好等特点。絮凝高岭土悬浮液的用量为0.1mL/L，是一般微生物絮凝剂用量的1/10～1/200，且絮凝率高达99.6%。
② 絮凝剂MBFA9由多糖组成，动物急毒试验表明该絮凝剂无急毒反应。
③ 处理河水的试验表明，用絮凝剂MBFA9处理高浊度河水，技术指标优于PAM等常规絮凝剂，处理后河水浊度降至0.8NTU。