復(fù)合型微生物絮凝劑處理馬鈴薯淀粉廢水的研究

1、甘肅省的馬鈴薯總產(chǎn)量位居全國第一1,馬鈴薯主要被用來生產(chǎn)淀粉。馬鈴薯淀粉廢水是馬鈴薯淀粉及其相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢液,廢水中含有大量糖類及蛋白質(zhì)等有機物,COD 在500017000mg·L -1,污染極其嚴重。廢水中大量的蛋白物質(zhì)造成廢水濁度很大,一般在工藝處理前投加絮凝劑沉降廢水中的蛋白物質(zhì)。水處理中常用的絮凝劑有無機鋁鹽和鐵鹽及它們的聚合物、有機高分子絮凝劑以及微生物絮凝劑(Microbial flocculants ,MBF 。MBF 是一類由微生物產(chǎn)生的有絮凝活性的代謝產(chǎn)物,成分主要為糖蛋白、多糖、蛋白質(zhì)、纖維素和DNA 等2,它具有良好的絮凝沉淀性能,安全、高效、無毒

2、、可生物降解,且不產(chǎn)生二次污染,由于它可以克服無機和合成有機高分子絮凝劑固有的絮凝效率低、存在二次污染、對人類的毒性效應(yīng)等缺陷,它的研究已成為絮凝劑領(lǐng)域的熱點問題,在給排水處理等方面有廣闊的應(yīng)用前景3。研究表明,復(fù)合型微生物絮凝劑不僅絮凝效果高于單一菌株,而且菌種對環(huán)境變化的適應(yīng)能力也更強4。本研究分離出了具有高絮凝性的兩株根霉,分析了其分泌物的絮凝特性,并優(yōu)化了其對馬鈴薯淀粉廢水的絮凝條件。1材料與方法根據(jù)馬鈴薯淀粉生產(chǎn)的一般過程6,實驗室簡易制取廢水。取一定量馬鈴薯洗凈、切絲、搗碎后紗布擠壓出細胞液離心,每次加入1倍量水洗滌馬鈴薯渣、所得淀粉顆粒各兩次,取離心上清液和洗滌廢水靜置1h 后的

3、上清液混合均勻后為廢水樣。廢水水質(zhì)參數(shù)見表1。奧林巴斯CH20生物顯微鏡,DZKW-D-4型電熱恒溫水浴鍋,YX ·280B 型不銹鋼手提式壓力蒸汽消毒器,HZQ-X100A 型恒溫振蕩培養(yǎng)箱,DHG-9145A 型電熱恒溫鼓風干燥箱,JJ-4A 數(shù)顯六聯(lián)電動攪拌器,北京京立LD5-2A 離心機等。復(fù)合型微生物絮凝劑處理馬鈴薯淀粉廢水的研究王有樂,張寶茸,范志明,侯堅(蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,甘肅蘭州730000摘要:從幾種樣品中分離出了兩株高產(chǎn)絮凝劑的根霉M9和M17,研究了其復(fù)配產(chǎn)生的復(fù)合型微生物絮凝劑文獻標識碼:A文章編號:1000-3770(200905-079-04收稿日期:

4、2008-09-12作者簡介:王有樂(1955-,男,教授,研究方向為污水處理與資源化聯(lián)系作者:張寶茸,碩士研究生;聯(lián)系電話:138*;E-mail :zhangbr07 。COD /mg ·L -1BOD 5/mg ·L -1TN /mg ·L -1TP/mg ·L -1pH 濁度/NTU 色度/倍7965236071264表1馬鈴薯淀粉廢水水質(zhì)Table 1Characteristics of potato starch wastewater 第35卷第5期2009年5月水處理技術(shù)TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT Vol.3

5、5No.5May,200979采用稀釋倍數(shù)法進行菌種分離,挑取不同菌種菌絲進行PDA液體發(fā)酵培養(yǎng),28時150r·min-1搖床培養(yǎng)2d后滴幾滴發(fā)酵液于100mL高嶺土懸液(5g·L-1,下同中,攪拌,以其能否將其絮凝沉淀和絮凝程度來進行初篩,測定初篩的菌體發(fā)酵液對高嶺土懸液的絮凝率,選擇絮凝率最高的5種菌種進行兩兩復(fù)配。取上述5種菌的斜面制成菌懸液兩兩復(fù)配,分別接種1mL于50mL液體PDA培養(yǎng)基(為排除不定因素的影響,每組均做兩個平行樣,培養(yǎng)2d后測定各自在其較佳投加量下對高嶺土懸液的絮凝率,選取絮凝率最高的組合作為研究對象。取用PDA培養(yǎng)基培養(yǎng)2d后的菌體發(fā)酵液在30

6、00r·min-1下離心10min,測定上清液(A、菌體加等量水(B、菌體洗滌后加等量水(C及未離心發(fā)酵液(D對高嶺土懸液的絮凝率。以CMBF對馬鈴薯淀粉廢水的絮凝率為指標,分別以絮凝劑投加量、廢水pH、添加陽離子種類、助凝劑投加量、沉降時間等為因素進行廢水絮凝條件的優(yōu)化。廢水水質(zhì)測定:COD采用ET99731多用途微電腦COD測定儀測定,BOD5采用ET99724A-6微電腦BOD測定儀測定,總氮采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定,總磷采用鉬酸銨分光光度法測定,pH采用哈納HI9224pH計測定,濁度采用哈納HI93703-11濁度儀測定,色度采用稀釋倍數(shù)法測定。絮凝率測定:于1

7、00mL廢水中加入一定量的絮凝劑溶液,用六聯(lián)攪拌器于300r·min-1攪拌0.5 min,150r·min-1攪拌5min,靜置10min,以不加絮凝劑的廢水為對照,注射器吸取上清液液面下1cm 處液體測其濁度。絮凝率(%=(A-B/A×100式中:A為對照樣品的濁度值;B為加入絮凝劑樣品的濁度值。2結(jié)果與討論從樣品中共分離出具有絮凝性的霉菌28株,酵母菌15株。取絮凝率最高的5株進行兩兩復(fù)配,絮凝率最高的復(fù)配組合是M9+M17,通過確定其發(fā)酵液對高嶺土懸液絮凝的較佳投加量可知,投加量為0.2mL·L-1,絮凝率可達到95.46%。M9的菌落呈圓形,菌

8、絲灰白色,絮狀,較長,有很重霉味,M17菌落亦呈圓形,白色,菌絲較短,扁平,鏡檢觀察兩菌均無隔膜,有假根出現(xiàn),孢子囊呈圓形,囊內(nèi)產(chǎn)生孢囊孢子,結(jié)合真菌鑒定手冊7可知,M9和M17均為根霉,其產(chǎn)生的絮凝劑命名為CMBF917。投加稀釋10倍后的發(fā)酵液0.2mL,絮凝攪拌過程中A和D快速出現(xiàn)大量礬花,隨后是B,而C即使投加到5mL也幾乎看不到礬花,A、B、C、D對高嶺土懸液的絮凝效果分別為93.44%、57%、5%、91.55%。上清液絮凝率最高、洗滌后的菌體幾乎沒有絮凝性均表明具有絮凝活性的物質(zhì)主要分布于發(fā)酵上清液中,即主要是菌體的分泌物;發(fā)酵全液的絮凝率由于懸浮菌體的影響而相對較低。該復(fù)合菌產(chǎn)

9、絮凝劑的情況與Klebsiella sp.8,Serratia ficaria9等類似。取10mL上清液,加入20mL預(yù)冷乙醇,通過離心可得絮凝劑粗品干重0.0123g,即絮凝劑粗品得率為1.23g·L-1,該絮凝劑為無色透明晶體。將CMBF917粗品稀釋10倍,100mL廢水中的投加量與絮凝率的變化關(guān)系見圖1。由圖1可知,在CMBF粗品/L廢水-1較佳投60657075808590%mL 100 mLÁÂ圖1絮凝劑投加量對絮凝效果的影響Fig.1Effect of flocculant dosage on flocculation rate水處理技術(shù)第35卷第5

10、期80加量為0.1mL 時絮凝率高,隨著投加量的增大,絮凝率降低,這是由于投藥量加大時,廢水中含有大量聚合物,會把膠體微粒包圍,使它們失去了彼此之間架橋的可能,膠體顆粒仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。該投加量遠低于一些文獻中報道的CMBF 投加量(17mL ·L -110,25mL ·L -111,與目前認為較好的MBFA9的投加量(0.2mL ·L -112相當,可見,CMBF917投加量少的優(yōu)勢可大大降低其對廢水的處理成本。2.4.2廢水pH 對絮凝效果的影響廢水pH 對絮凝效果的影響見圖2。廢水pH 在46之間時,絮凝率均在80%以上,在pH 4.5時最高,于100mL 廢

11、水中分別添加2mL 濃度為1mol ·L -1的NaCl 和KCl ,1mL 濃度為1mol ·L -1的MgCl 2、CaCl 2、BaCl 2和CuCl 2,0.7mL 濃度為1mol ·L -1的AlCl 3和FeCl 3,絮凝劑對廢水的絮凝效果見圖3。助凝劑10%CaCl 2的投加量對絮凝率的影響見圖4。投加0.51.5mL 的助凝劑對絮凝效果的影響不大,因此本研究選用0.5mL (5mL ·L -110%CaCl 2為較佳值。不同沉降時間下對CMBF917效果的影響見圖5。CMBF917具有良好的沉降性能,在沉降10min時絮凝率即可達到90.

12、67%,沉降20min 后絮凝率為92.11%,此后變化不大。2.4.6CMBF917與AlCl 3、Fe 2(SO 43復(fù)配對絮凝效果的影響為減少絮凝劑投加量,降低廢水絮凝成本,已有學(xué)者使用MBF 與常規(guī)化學(xué)絮凝劑復(fù)配進行廢水處理,其結(jié)果表明復(fù)配后的絮凝效果比單獨使用其中ÁÂÃÄÃÅÆÇÃÈÂÇÃÉÂÇÃÈ ÇÃ Ã Ã020406080100%FeÁÂA

13、 l ÁÂCu ÃÂBa ÃÂCa ÃÂM g ÃÂK ÂNa Â圖3添加陽離子種類對絮凝效果的影響Fig.3Effect of cation type on flocculation rate657075808590 %pH圖2廢水pH 對絮凝效果的影響Fig.2Effect of pH on flocculation rate828486889092 %mL 100 m L ÁÂ圖4添加助凝劑的量對絮凝效果的影響Fig.4Effect of assis

14、tant flocculant on flocculation rate510152025303584858687888990919293 %min圖5沉降時間對絮凝效果的影響Effect of settling time dosage on flocculation rate王有樂等,復(fù)合型微生物絮凝劑處理馬鈴薯淀粉廢水的研究81STUDY ON POTATO STARCH WASTEWATER TREATMENT WITH COMPLEXMICROBIAL FLOCCULANTWang Youle,Zhang Baorong,Fan Zhiming,Hou Jian(College of

15、Earth and Environmental Science Lanzhou University,Lanzhou 730000,China Abstract:Two strains of complex microbial flocculant (CMBFproducing microorganisms were isolated from samples,and its flocculation characteris-tics were studied.Its flocculating conditions to potato starch wastewater were also o

16、ptimized.The CMBF which is a kind of secretion produced by M9and M17has characteristics of lower dosage,better flocculation efficiency and lower cost in wastewater treatment.The optimized flocculating condition of it to potato starch wastewater was dosage of 0.1mL ·L -1,no need to adjust pH,5mL

17、 ·L -110%coagulant aid CaCl 2added.The turbidity and COD re-moval rates after flocculation were 92.11%and 54.09%,respectively.1.1g ·L -1protein substance which can be used for animal feed because of innocu-ity was recycled from wastewater.Keywords :potato starch wastewater;complex microbia

18、l flocculant;flocculating treatment一種絮凝劑效果顯著,而且復(fù)合型微生物絮凝劑的使用量也可大大降低14。而試驗過程中發(fā)現(xiàn)投加0.1mL ·L -1CMBF ,AlCl 3或Fe 2(SO 43投加量在100500mg ·L -1時,絮凝率均低于70%,結(jié)合2.4.3的結(jié)論可知CMBF917與鋁鹽和鐵鹽復(fù)配不會促進絮凝作用。經(jīng)過絮凝后的廢水COD 3420mg ·L -1,去除率為54.09%,濁度56NTU ,去除率為92.11%?？苫厥盏鞍孜镔|(zhì)1.1g ·L -1,由于絮凝劑和廢水都無毒無害,所以回收的蛋白物質(zhì)可作為動

19、物飼料。3結(jié)論從幾種樣品中分離出了兩株高產(chǎn)絮凝劑的根霉M9和M17,它們復(fù)配培養(yǎng)后的發(fā)酵液投加量僅為0.2mL ·L -1,對高嶺土懸液的絮凝率可達到95.46%。CMBF917的絮凝活性物質(zhì)是兩菌的分泌物,主要分布在發(fā)酵液的上清液中,通過乙醇提取可得絮凝劑粗品干重1.23g ·L -1。CMBF917對的馬鈴薯淀粉廢水的最佳絮凝條件為投藥量僅為0.1mL ·L -1、無需調(diào)節(jié)廢水pH 、投加5mL ·L -110%的助凝劑CaCl 2。廢水經(jīng)過絮凝后COD 去除率為54.09%,濁度去除率為92.11%?；厥盏鞍孜镔|(zhì)1.1g ·L -1,該蛋

20、白物質(zhì)無毒無害,可作為動物飼料。CMBF917對馬鈴薯淀粉廢水的處理具有投加量少、無需調(diào)節(jié)廢水pH 而使得廢水絮凝條件簡易、絮凝效果好、絮凝成本低的特點,具有較高的應(yīng)用優(yōu)勢。參考文獻:1周慶峰.中國馬鈴薯淀粉產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告J.中國食品添加劑,2007:62-71.2王鎮(zhèn),王孔星,謝玉敏.幾株絮凝劑產(chǎn)生菌的特性研究J.微生物學(xué)報,1995,35(2:121-129.3肖錦,周勤.天然高分子絮凝劑M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:332-410.4王伊娜,王向東,張望.制酒廢水培養(yǎng)復(fù)合型生物絮凝劑產(chǎn)生菌的研究J.中國給水排水,2007,23(1:38-42.5周群英,高廷耀.環(huán)境工程微生物學(xué)M.高

21、等教育出版社,2000:330.6高嘉安.淀粉與淀粉制品工藝學(xué)M.中國農(nóng)業(yè)出版社,2001,9:98-99.7魏景超.真菌鑒定手冊M.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1979:6263.8YUE Lixi,MA Chunling,CHI Zhenming.Bioflocculant produced by Klebsiella sp.MYC and its application in the treatment of oil-field produced water J.Oceanic and Coastal Sea Research,2006,5:333338.9Wen-Xin Gong,Shu-Guang Wang,XueFei Sun,et al.Biofloc-culan