微生物絮凝劑與化學絮凝劑的復配研究

王小琴，李日強，王愛英，曲睿娟

（山西大學環境與資源學院，山西太原030006）

微生物絮凝劑與化學絮凝劑的復配研究

王小琴，李日強，王愛英，曲睿娟

（山西大學環境與資源學院，山西太原030006）

通過PY-M3微生物絮凝劑和PY-F6微生物絮凝劑與無機絮凝劑（AlCl3和PAC）的復配試驗，考察了處理高嶺土懸濁液的絮凝效果，并采用正交試驗研究了PAC投加量、PY-F6微生物絮凝劑投加量、絮凝劑投加順序和廢水pH值對熒光增白劑生產廢水處理效果的影響。結果表明，復配可以明顯減少二者的投加量，提高絮凝率，其中，PY-F6微生物絮凝劑與PAC復配效果最佳，當PY-F6微生物絮凝劑投加量為15 mL/L，PAC投加量為20 mL/L時，絮凝率高達99.46%；當廢水pH值為5，PY-F6微生物絮凝劑投加量為40 mL/L，PAC投加量為60 mL/L，投加順序為先投加PAC時，熒光增白劑廢水濁度去除效果最好。

微生物絮凝劑；絮凝率；復配

絮凝法在國內外廢水處理中已得到廣泛的應用[1]。用于廢水處理的主要有3種絮凝劑：有機、無機和生物絮凝劑。單獨使用氯化鋁、聚合氯化鋁等時，會有大量的沉淀污泥，而且耗費的藥量多、處理成本高，還會造成二次污染，人工合成的有機絮凝劑單體往往是“三致”物質且很難生物降解；而微生物絮凝劑不會造成二次污染，而且無毒、高效，能被生物降解，引起了人們的關注[2-5]。

微生物絮凝劑起絮凝作用的物質包括：微生物的代謝產物、微生物細胞提取物或微生物本身，而土壤中的礦物質、養分等環境適合微生物的生長，是微生物最主要的來源。現已有大量關于農田中微生物研究和從農田中分離篩選微生物的報道。江惠華等[6]、LI等[7]、李嬋娟等[8]、馮雅麗等[9]經過分離篩選出微生物絮凝劑并研究絮凝特性，優化絮凝條件，結果表明，最佳條件下絮凝率均達到90%以上，但由于它的絮凝能力有限，考慮到無機絮凝劑本身基團、結構的優勢，如果二者配合使用，就能實現互補。已有研究表明，微生物絮凝劑與無機絮凝劑復配后不僅能明顯提高絮凝率，而且還能大大減少絮凝劑的投加量[10-14]。

廢水灌溉系統就是在保證土地資源的再生能力不被破壞以及不影響農田產量的前提下，綜合利用農田處置廢水系統和農田，實質就是利用微生物和水生生物的作用處理廢水。

本研究采用從土壤中分離出的PY-M3和PYF6微生物絮凝劑分別與AlCl3和PAC進行復配，并通過正交試驗考察不同影響因素對熒光增白劑生產廢水處理效果的影響，旨在找出復配的最佳組合以及處理熒光增白劑廢水的最佳條件，同時也為農業的廢水灌溉問題提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1 菌株來源 菌株為從土壤中分離篩選出的菌株PY-F6和PY-M3。

1.1.2 試驗用水 高嶺土懸濁液（質量濃度為4%）；熒光增白劑生產廢水水質列于表1。

表1 熒光增白劑生產廢水水質

1.1.3 微生物絮凝劑 預發酵液制備：取50 mL發酵培養基，將2株菌株接種到培養基中，振蕩培養24 h（120 r/min，30℃）。

微生物絮凝劑制備：取50 mL發酵培養基，將預發酵液接種到培養基中（接種量為體積的2%），振蕩培養72 h（120 r/min，30℃）。

1.1.4 試劑 氯化鈣（10 g/L）；氯化鋁（0.1 g/L）；氫氧化鈉（1 mol/L）；聚丙烯酰胺（0.1 g/L）；聚合氯化鋁（0.1 g/L）；鹽酸（1 mol/L）。

1.1.5 試驗設備 高壓蒸汽滅菌鍋（ZDX-35B型，上海申安醫療器械廠）；六連攪拌器（J6-1型，江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠）；電子分析天平（JA2003型，上海儀器有限公司）；精密pH計（pHS-25型，上海雷磁儀器廠）；恒溫振蕩培養箱（HZQ-F160型，哈爾濱市東聯電子技術開發有限公司）；離心機（LD5-2A型，北京醫用離心機廠）；光電濁度儀（WGZ-100型，上海光學儀器制造廠）；分光光度計（721型，上海第三分析儀器廠）。

1.2 試驗方法

1.2.1 不同絮凝劑處理高嶺土懸濁液的效果 投加5，10，15，20，25，30，40，50 mL/L的PY-M3和PYF6微生物絮凝劑（包含5 mL 1%CaCl2溶液）以及AlCl3，PAC和PAM于高嶺土懸濁液中，測定各自絮凝率。重復3次，取平均值。

1.2.2 微生物絮凝劑與AlCl3和PAC的復配 投加5，10，15，20，25，30 mL/L AlCl3或PAC與0，10，15，20 mL微生物絮凝劑進行復配，測定絮凝率。重復3次，取平均值。

1.2.3 微生物絮凝劑與化學絮凝劑的投加順序對絮凝效果的影響 改變待測微生物絮凝劑和化學絮凝劑的投加順序（各取2 mL），加到高嶺土懸濁液中，測定絮凝率。重復3次，取平均值。

1.2.4 處理熒光增白劑生產廢水 依據上述試驗，選PY-F6微生物絮凝劑與化學絮凝劑處理熒光增白劑生產廢水。在200 mL燒杯中取100 mL熒光增白劑生產廢水，根據表2試驗設計，以200 r/min攪拌30 s，50 r/min攪拌5 min，再靜置10 min測定濁度，研究影響濁度去除的因素。

表2 正交試驗設計

1.2.5 測定項目及方法 絮凝率的測定[15]。在100 mL量筒中，分別加入80 mL蒸餾水、5 mL質量分數為l%的CaCl2溶液和不同量微生物絮凝劑粗品或不同量化學絮凝劑，然后加水至100 mL。稱取0.40 g高嶺土，將量筒中液體倒于200 mL燒杯中，調pH值至8.0左右，用攪拌器快速攪拌30 s（200 r/min），同時在快速攪拌過程中投加絮凝劑，慢速攪拌5 min（50 r/min）；靜置10 min后，測定上清液在波長為550 nm處的吸光度，同時以蒸餾水代替菌液和CaCl2或以蒸餾水代替化學絮凝劑作為對照。

式中，A表示對照上清液在550 nm處的吸光度，B表示樣品上清液在550 nm處的吸光度。

2 結果與分析

2.1 不同絮凝劑處理高嶺土懸濁液的效果

考察了PY-M3微生物絮凝劑，PY-F6微生物絮凝劑，AlCl3，PAC和PAM的不同投加量對高嶺土懸濁液絮凝效果的影響，結果如圖1所示。

由圖1可知，AlCl3對高嶺土懸濁液的絮凝率最低，當投加量達到50 mL/L時，絮凝率最高，為84.86%；聚丙烯酰胺的絮凝率最高達98.5%，此時投加量為15 mL/L；當投加量較少時，微生物絮凝劑的絮凝率高于2種無機絮凝劑，其中，PY-F6微生物絮凝劑絮凝效果比PY-M3微生物絮凝劑絮凝效果好；但投加量超過一定的量時，絮凝率均隨絮凝劑用量的增加而降低，這可能是因為絮凝劑用量過大，膠粒間會產生斥力，發生再穩現象，致使絮凝效果變差[16-17]。

2.2 微生物絮凝劑與氯化鋁的復配的絮凝效果

因為化學絮凝劑與微生物絮凝劑有著不同的結構，在絮凝體系中發揮著不同的作用，所以，不同的投加順序會影響分子和顆粒之間相互靠近和吸附的過程，最終影響絮凝效果。

由表3，4可知，投加順序會影響絮凝效果，先投加氯化鋁的絮凝效果好，且PY-M3微生物絮凝劑受投加順序的影響比PY-F6微生物絮凝劑大。在后續復配試驗中，采用先投加AlCl3，充分攪拌后，再投加微生物絮凝劑的投加順序進行復配，結果如圖2，3所示。

表3 不同順序投加AlCl3和微生物絮凝劑PY-M3的絮凝效果

表4 不同順序投加AlCl3和微生物絮凝劑PY-F6的絮凝效果

由圖2，3可知，氯化鋁和微生物絮凝劑復配后，絮凝效果明顯優于單獨使用氯化鋁時的絮凝效果。單獨使用氯化鋁作為絮凝劑時，投加的AlCl3越多，絮凝效果越好，最好時絮凝率達到79.7%；當分別加入10，15，20 mL/L微生物絮凝劑復配，絮凝率明顯增大，當AlCl3投加量為15 mL/L，PY-M3微生物絮凝劑投加量為20 mL/L時，絮凝率最高，達93.24%，當AlCl3投加量為20 mL/L，PY-F6發酵液投加量為20 mL/L時，絮凝率最高，達97.57%。試驗時僅使用AlCl3，生成絮體較小，沉降速度慢，沉降后上清液仍然較混濁，與微生物絮凝劑復配后，絮體明顯增大，沉降速度加快，同時大大減少了AlCl3的投加量，并且PY-F6微生物絮凝劑與氯化鋁復配的絮凝效果比PY-M3微生物絮凝劑與氯化鋁復配的絮凝效果好。此外，復配試驗中不需投加助凝劑CaCl2，可能是由于微生物絮凝劑的絮凝過程不能缺少金屬離子，復配中的無機絮凝劑提供的金屬離子Al3+完全可以替代Ca2+[10]。

2.3 微生物絮凝劑與聚合氯化鋁（PAC）的復配

從表5，6可以看出，投加順序會影響絮凝效果，先投加聚合氯化鋁，形成的絮體大且沉降所用時間短，絮凝效果好，且PY-M3微生物絮凝劑受投加順序的影響比PY-F6微生物絮凝劑大。在后續復配試驗中采用先投加PAC，充分攪拌后，再投加微生物絮凝劑的投加順序進行復配，結果如圖4，5所示。

表5 不同順序投加PAC和微生物絮凝劑PY-M3的絮凝效果

表6 不同順序投加PAC和微生物絮凝劑PY-F6的絮凝效果

由圖4，5可知，聚合氯化鋁和微生物絮凝劑復配后，絮凝效果比只使用聚合氯化鋁時的絮凝效果好。只投加聚合氯化鋁時，投加量為25 mL/L時，絮凝率達到最高，為92.7%。圖4中投加MBF PY-M3分別為0，10，15，20 mL/L時，隨投加量增大，絮凝率逐漸增大，當投加30 mL/L的聚合氯化鋁，PY-M3微生物絮凝劑投加量為20 mL/L時，絮凝率最高，為97.03%。圖5中PY-F6微生物絮凝劑投加量為10 mL/L時，絮凝率隨PAC投加量的增大而增大，PY-F6微生物絮凝劑投加量增加到15 mL/L時，隨著PAC投加量的增大絮凝率先升高后降低，當PAC投加量增加到25 mL/L時，絮凝率有明顯的下降趨勢；繼續增加PY-F6微生物絮凝劑投加量到20 mL/L時，增大投加聚合氯化鋁的量絮凝效果變差。可能是因為當投加的微生物絮凝劑較少時，聚合氯化鋁的作用相當于助凝劑，當二者的投加量都變大后，會使絮體出現再穩不能沉降。當PY-F6微生物絮凝劑投加量為15 mL/L，PAC投加量為20 mL/L時，絮凝率達到最高，為99.46%。試驗過程中僅使用PAC時生成絮體小，沉降速度慢，當與微生物絮凝劑復配時，PAC在較少的投加量時絮體明顯增大，沉降速度加快，并且PY-F6微生物絮凝劑與PAC的復配效果比PY-M3微生物絮凝劑和PAC的復配效果好，PY-F6微生物絮凝劑與PAC復配時，在投加了少量的微生物絮凝劑后，就會出現絮體變大的現象，而且與單獨使用時比較，PY-F6微生物絮凝劑和聚合氯化鋁的用量都明顯減少。

2.4 復配絮凝劑處理熒光增白劑生產廢水濁度的去除效果

在上述試驗基礎上，采用正交試驗考察了PAC投加量、PY-F6微生物絮凝劑投加量、絮凝劑投加順序和廢水pH值對熒光增白劑生產廢水處理效果的影響，結果列于表7。

表7 正交試驗結果

從表7可以看出，對濁度去除影響最大的因素是PAC投加量，嚴格控制PAC投加量是熒光增白劑廢水濁度去除的關鍵；其次是投加順序，先投加無機絮凝劑再投加微生物絮凝劑處理效果好；微生物絮凝劑PY-F6的投加量和pH影響較小。處理效果最好的為A1B1C3D1的組合，即廢水pH值為5，PY-F6微生物絮凝劑投加量為40 mL/L，PAC投加量為60 mL/L，投加順序為先投加PAC。

3 結論

本研究結果表明，在比較不同絮凝劑的絮凝效果試驗中，微生物絮凝劑比氯化鋁和聚合氯化鋁的絮凝效果好。采用不同的投加順序進行復配試驗時，應先投加無機絮凝劑以獲得更好的絮凝效果。

微生物絮凝劑與氯化鋁和聚合氯化鋁的復配，不僅僅減少了2種絮凝劑的投加量，還明顯提高了絮凝率。PY-F6微生物絮凝劑與PAC復配效果最佳，當PY-F6微生物絮凝劑投加量為15 mL/L，PAC投加量為20 mL/L時，絮凝率達99.46%。

PY-F6微生物絮凝劑和PAC的復配對熒光增白劑廢水的濁度去除影響程度由大到小依次是，PAC投加量、投加順序、廢水pH值、PY-F6微生物絮凝劑投加量。當廢水pH值為5，PY-F6微生物絮凝劑投加量為40 mL/L，PAC投加量為60 mL/L，投加順序為先投加PAC時，濁度去除效果最好。

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Study on the Complexation of Microbial Flocculant and Inorganic Flocculant

WANGXiaoqin，LI Riqiang，WANGAiying，QURuijuan

（College ofEnvironmental and Resource Sciences，Shanxi University，Taiyuan 030006，China）

The complexation of MBFPY-M3,MBFPY-F6 and inorganic flocculant AlCl3,PAC were used to study on the flocculation efficiency for treating Kaolin suspension.The orthogonal factors were used to determine the dosage of PAC,the order of flocculation,pH and the dosage of MBFPY-F6 on the degradation of fluorescent whitening agent wastewater.The results showed that the complexation ofmicrobial flocculant and inorganic flocculant could decrease their dosage,increase flocculating rate.The best combination was MBFPY-F6 and PAC,when the dosage of PY-F6 was 15 mL/L and PAC was 20 mL/L,the flocculation efficiency was 99.46%. Fluorescent whitening agent had the best effect on turbidity removal at the conditions:pH was 5,the dosage of MBFPY-F6 was 40 mL/L, the dosage ofPACwas 60 mL/L and PACwere dosed before MBFPY-F6.

microbial flocculant;flocculating rate;complexation

X703.5

A

1002-2481（2017）03-0438-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.03.29

2017-01-11

山西省科技攻關項目（20100321024）

王小琴（1990-），女，山西太原人，在讀碩士，研究方向：廢水處理。李日強為通信作者。