多糖生物絮凝劑在污水處理中的應用

劉明源，周琳，陳雨嫣，沈文昌

（泰州職業技術學院藥學院，江蘇泰州225300）

絮凝技術已經在凈水處理、污水處理、污泥處理等水處理行業取得了廣泛的應用。目前，常用的絮凝劑種類主要包括無機絮凝劑、有機絮凝劑，其中有機絮凝劑又分為有機合成高分子絮凝劑及天然高分子絮凝劑。無機絮凝劑及有機合成高分子絮凝劑目前已經形成較為成熟的應用市場，其絮凝效果優良，絮凝工況條件穩定，且使用成本較低。然而，也存在出水殘留、二次污染等問題，限制了其應用，如鐵鹽絮凝劑出水殘留鐵超標，色度偏高；鋁鹽絮凝劑形成的絮體較輕，沉淀性能較差，殘留物對人體有害；聚丙烯酰胺的單體具有神經毒性和三致效應等。

微生物絮凝劑屬于天然高分子絮凝劑，其由微生物產生或分泌的多糖、蛋白質、核酸等物質組成，具有應用范圍廣、安全無毒、易生物降解、無二次污染等優點。根據微生物產絮凝劑的方式可分為微生物細胞絮凝劑、微生物細胞壁絮凝劑以及微生物代謝產物絮凝劑。本文將根瘤菌CFCC2272所產的胞外多糖制備的生物絮凝劑CFCC2272-P，分別應用于高嶺土模擬廢水、剛果紅模擬印染廢水的絮凝處理，并比較其與聚丙烯酰胺（PAM）、聚合氯化鋁（PAC）的絮凝脫色效果。

1 實驗材料

1.1 實驗儀器

100μL、1 000μL移液槍；恒溫浴鍋；SW-CJ-VS1超凈工作臺；SPX-100B-Z生化培養箱；IS-RDV1恒溫培養搖床；UV-1801紫外可見分光光度計；電子天平等。

1.2 實驗材料

菌種：CFCC2272；發酵培養基：葡萄糖3%，尿素0.2%，酵母粉0.2%，蛋白胨0.1%，尿嘧啶0.05%，pH調至7.5；試劑：PAC、PAM、剛果紅、高嶺土（40目）。

2 實驗方法

2.1 培養方法

將菌種接種至發酵培養基（50 mL）中，于恒溫搖床30℃，180 r/min培養48 h后得到CFCC2272發酵液。

2.2 生物絮凝劑的制備

將發酵液于10 000 r/min離心分離15 min，收集上清液并加入3倍體積的無水乙醇溶液，攪拌好后放入4℃冰箱沉淀16 h，再次放入離心機，8 000 r/min離心20 min，收集沉淀物，用70%乙醇洗滌三遍后冷凍干燥，即得到生物絮凝劑CFCC2272-P。

2.3 不同絮凝劑處理高嶺土廢水

取100 mL濃度為2 g/L的高嶺土懸濁液，加入1 mL CaCl（質量分數1%）助凝劑，然后加入2 mL的不同絮凝劑溶液，快速（180 r/min）振蕩30 s，再慢速（60 r/min）振蕩1 min，靜置沉淀5 min后觀察絮體狀況，并取上清液面下1 cm處的水樣，測定其550 nm波長處的吸光度，計算絮凝率：

式中：A-高嶺土懸濁液的初始吸光度；A-絮凝后上清液的吸光度。

2.4 不同絮凝劑處理剛果紅模擬印染廢水

取100 mL濃度為100 mg/L的剛果紅溶液，加入2 mL CaCl（質量分數1%）助凝劑，然后加入不同絮凝劑溶液，快速（180 r/min）振蕩30 s，再慢速（60 r/min）振蕩1 min，靜置沉淀5 min后觀察絮體狀況，并取上清液面下1 cm處的水樣，測定其497 nm波長處的吸光度，計算絮凝率，公式同上。

3 結果與討論

3.1 不同絮凝劑處理高嶺土廢水的效果

3.1.1 絮凝劑投加量對絮凝效果的影響

圖1顯示絮凝劑PAC、PAM及生物絮凝劑在2～14 mg/L的不同投加量下，對高嶺土廢水絮凝率的影響。當絮凝劑投加量在2 mg/L時，各絮凝劑的絮凝效果均不佳，當投加量達到6 mg/L時，PAM的絮凝率上升幅度最為明顯，投加量達到8 mg/L時，PAC的絮凝率達到最大值，PAM的最優投藥量為10 mg/L，生物絮凝劑的最佳投藥量為12 mg/L，三種絮凝劑的最高絮凝率均能達到90%以上。

圖1 不同絮凝劑投加量對高嶺土廢水絮凝率的影響Fig.1 Effect of different dosage of flocculant on flocculation rate of kaolin wastewater

3.1.2 初始pH值對絮凝效果的影響

pH值會影響絮凝劑在溶液中的電解性和空間構象，圖2顯示PAC、PAM及生物絮凝劑三種絮凝劑在溶液初始pH為2～12時，對高嶺土廢水絮凝率的影響。PAC的最佳pH值范圍在中性附近6～8，PAM的最佳pH值范圍為中性偏堿性8～12，在最佳pH值范圍內，其絮凝率均可以達到90%以上，而生物絮凝劑在pH值為4、10時均有較高的絮凝率，絮凝率受pH值影響不大，有較廣的應用范圍。

圖2 pH值對高嶺土廢水絮凝率的影響Fig.2 Effect of pH value on flocculation rate of kaolin wastewater

3.2 不同絮凝劑處理剛果紅模擬印染廢水的效果

3.2.1 絮凝劑投加量對絮凝效果的影響

由圖3可見，三種絮凝劑在處理剛果紅模擬印染廢水時，最佳投藥量明顯高于處理高嶺土廢水，且絮凝率也低于高嶺土廢水。PAM的最佳投藥量為60 mg/L，PAC和生物絮凝劑的最佳投藥量均為100 mg/L，這可能與生物絮凝劑在制備時的純化程度有關。三種絮凝劑的最高絮凝率在90%左右，說明在剛果紅廢水中的絮凝效果略差于高嶺土廢水。

圖3 不同絮凝劑投加量對剛果紅廢水絮凝率的影響Fig.3 Influence of different dosage of flocculant on flocculation rate of dye removal

圖4 pH值對剛果紅廢水絮凝率的影響Fig.4 Effect of pH on flocculation rate of dye removal

3.2.2 初始pH值對絮凝效果的影響

pH值會影響染料分子在溶液中的溶解性，從而影響其去除率。圖4顯示PAC在溶液初始pH值在8左右時，有較好的絮凝率，PAM則是在溶液初始pH值為8～10，達到最優絮凝效果，而生物絮凝劑用于剛果紅模擬印染廢水時，在不同pH值情況下，處理效果均較為穩定，絮凝率基本都在80%以上，有較廣的應用范圍。

4 結論

（1）對高嶺土廢水的處理，生物絮凝劑的最佳投藥量是12 mg/L，略高于PAC及PAM；最適pH值范圍為4～12，明顯較PAC及PAM適用范圍更廣，絮凝率最高可達到91.3%。

（2）對于剛果紅模擬印染廢水的處理，PAC、PAM及生物絮凝劑的投藥量都大幅度上升，且絮凝率也有所下降。生物絮凝劑的最佳投藥量為100 mg/L，最適pH范圍為6～12，最高絮凝率可達89.5%。