复合型微生物絮凝剂处理马铃薯淀粉废水的研究

1、甘肃省的马铃薯总产量位居全国第一1,马铃薯主要被用来生产淀粉。马铃薯淀粉废水是马铃薯淀粉及其相关产品生产过程中产生的废液,废水中含有大量糖类及蛋白质等有机物,COD 在500017000mg·L -1,污染极其严重。废水中大量的蛋白物质造成废水浊度很大,一般在工艺处理前投加絮凝剂沉降废水中的蛋白物质。水处理中常用的絮凝剂有无机铝盐和铁盐及它们的聚合物、有机高分子絮凝剂以及微生物絮凝剂(Microbial flocculants ,MBF 。MBF 是一类由微生物产生的有絮凝活性的代谢产物,成分主要为糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素和DNA 等2,它具有良好的絮凝沉淀性能,安全、高效、无毒

2、、可生物降解,且不产生二次污染,由于它可以克服无机和合成有机高分子絮凝剂固有的絮凝效率低、存在二次污染、对人类的毒性效应等缺陷,它的研究已成为絮凝剂领域的热点问题,在给排水处理等方面有广阔的应用前景3。研究表明,复合型微生物絮凝剂不仅絮凝效果高于单一菌株,而且菌种对环境变化的适应能力也更强4。本研究分离出了具有高絮凝性的两株根霉,分析了其分泌物的絮凝特性,并优化了其对马铃薯淀粉废水的絮凝条件。1材料与方法1.1材料根据马铃薯淀粉生产的一般过程6,实验室简易制取废水。取一定量马铃薯洗净、切丝、捣碎后纱布挤压出细胞液离心,每次加入1倍量水洗涤马铃薯渣、所得淀粉颗粒各两次,取离心上清液和洗涤废水静置

3、1h 后的上清液混合均匀后为废水样。废水水质参数见表1。奥林巴斯CH20生物显微镜,DZKW-D-4型电热恒温水浴锅,YX ·280B 型不锈钢手提式压力蒸汽消毒器,HZQ-X100A 型恒温振荡培养箱,DHG-9145A 型电热恒温鼓风干燥箱,JJ-4A 数显六联电动搅拌器,北京京立LD5-2A 离心机等。复合型微生物絮凝剂处理马铃薯淀粉废水的研究王有乐,张宝茸,范志明,侯坚(兰州大学资源环境学院,甘肃兰州730000摘要:从几种样品中分离出了两株高产絮凝剂的根霉M9和M17,研究了其复配产生的复合型微生物絮凝剂CMBF917的絮凝特性,并优化了其对马铃薯淀粉废水的絮凝条件。CMB

4、F917为两菌分泌物,其具有投药量少、絮凝效果好、废水絮凝条件简易且成本低廉的特点:投药量仅为0.1mL ·L -1,无需调节废水pH ,投加5mL ·L -110%的助凝剂CaCl 2即可使废水浊度和COD 的去除率分别为92.11%和54.09%。通过絮凝可从废水中回收无毒无害的蛋白物质1.1g·L -1,其可用作动物饲料。关键词:马铃薯淀粉废水;复合型微生物絮凝剂;絮凝处理中图分类号:TQ314.253文献标识码:A文章编号:1000-3770(200905-079-04收稿日期:2008-09-12作者简介:王有乐(1955-,男,教授,研究方向为污水处理

5、与资源化联系作者:张宝茸,硕士研究生;联系电话:138*;E-mail :zhangbr07 。COD /mg ·L -1BOD 5/mg ·L -1TN /mg ·L -1TP/mg ·L -1pH 浊度/NTU 色度/倍7965236026.8226.56.071264表1马铃薯淀粉废水水质Table 1Characteristics of potato starch wastewater 第35卷第5期2009年5月水处理技术791.2试验方法采用稀释倍数法进行菌种分离,挑取不同菌种菌丝进行PDA液体发酵培养,28时150r·min-1摇

6、床培养2d后滴几滴发酵液于100mL高岭土悬液(5g·L-1,下同中,搅拌,以其能否将其絮凝沉淀和絮凝程度来进行初筛,测定初筛的菌体发酵液对高岭土悬液的絮凝率,选择絮凝率最高的5种菌种进行两两复配。取上述5种菌的斜面制成菌悬液两两复配,分别接种1mL于50mL液体PDA培养基(为排除不定因素的影响,每组均做两个平行样,培养2d后测定各自在其较佳投加量下对高岭土悬液的絮凝率,选取絮凝率最高的组合作为研究对象。取用PDA培养基培养2d后的菌体发酵液在3000r·min-1下离心10min,测定上清液(A、菌体加等量水(B、菌体洗涤后加等量水(C及未离心发酵液(D对高岭土悬液的絮

7、凝率。以CMBF对马铃薯淀粉废水的絮凝率为指标,分别以絮凝剂投加量、废水pH、添加阳离子种类、助凝剂投加量、沉降时间等为因素进行废水絮凝条件的优化。废水水质测定:COD采用ET99731多用途微电脑COD测定仪测定,BOD5采用ET99724A-6微电脑BOD测定仪测定,总氮采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定,总磷采用钼酸铵分光光度法测定,pH采用哈纳HI9224pH计测定,浊度采用哈纳HI93703-11浊度仪测定,色度采用稀释倍数法测定。絮凝率测定:于100mL废水中加入一定量的絮凝剂溶液,用六联搅拌器于300r·min-1搅拌0.5 min,150r·min-1搅拌

8、5min,静置10min,以不加絮凝剂的废水为对照,注射器吸取上清液液面下1cm 处液体测其浊度。絮凝率(%=(A-B/A×100式中:A为对照样品的浊度值;B为加入絮凝剂样品的浊度值。2结果与讨论2.1菌种筛选与鉴定从样品中共分离出具有絮凝性的霉菌28株,酵母菌15株。取絮凝率最高的5株进行两两复配,絮凝率最高的复配组合是M9+M17,通过确定其发酵液对高岭土悬液絮凝的较佳投加量可知,投加量为0.2mL·L-1,絮凝率可达到95.46%。M9的菌落呈圆形,菌丝灰白色,絮状,较长,有很重霉味,M17菌落亦呈圆形,白色,菌丝较短,扁平,镜检观察两菌均无隔膜,有假根出现,孢子囊

9、呈圆形,囊内产生孢囊孢子,结合真菌鉴定手册7可知,M9和M17均为根霉,其产生的絮凝剂命名为CMBF917。2.2絮凝活性分布投加稀释10倍后的发酵液0.2mL,絮凝搅拌过程中A和D快速出现大量矾花,随后是B,而C即使投加到5mL也几乎看不到矾花,A、B、C、D对高岭土悬液的絮凝效果分别为93.44%、57%、5%、91.55%。上清液絮凝率最高、洗涤后的菌体几乎没有絮凝性均表明具有絮凝活性的物质主要分布于发酵上清液中,即主要是菌体的分泌物;发酵全液的絮凝率由于悬浮菌体的影响而相对较低。该复合菌产絮凝剂的情况与Klebsiella sp.8,Serratia ficaria9等类似。2.3絮凝

10、剂提纯取10mL上清液,加入20mL预冷乙醇,通过离心可得絮凝剂粗品干重0.0123g,即絮凝剂粗品得率为1.23g·L-1,该絮凝剂为无色透明晶体。2.4复合型微生物絮凝剂废水絮凝条件优化将CMBF917粗品稀释10倍,100mL废水中的投加量与絮凝率的变化关系见图1。由图1可知,在CMBF粗品/L废水-1较佳投60657075808590%mL 100 mLÁÂ图1絮凝剂投加量对絮凝效果的影响Fig.1Effect of flocculant dosage on flocculation rate水处理技术第35卷第5期80加量为0.1mL 时絮凝率高,随着投

11、加量的增大,絮凝率降低,这是由于投药量加大时,废水中含有大量聚合物,会把胶体微粒包围,使它们失去了彼此之间架桥的可能,胶体颗粒仍处于稳定状态。该投加量远低于一些文献中报道的CMBF 投加量废水pH 对絮凝效果的影响见图2。废水pH 在46之间时,絮凝率均在80%以上,在pH 4.5时最高,于100mL 废水中分别添加2mL 浓度为1mol ·L -1的NaCl 和KCl ,1mL 浓度为1mol ·L -1的MgCl 2、CaCl 2、BaCl 2和CuCl 2,0.7mL 浓度为1mol ·L -1的AlCl 3和FeCl 3,絮凝剂对废水的絮凝效果见图3。助凝

12、剂10%CaCl 2的投加量对絮凝率的影响见图4。投加0.51.5mL 的助凝剂对絮凝效果的影响不大,因此本研究选用0.5mL (5mL ·L -110%CaCl 2为较佳值。不同沉降时间下对CMBF917效果的影响见图5。CMBF917具有良好的沉降性能,在沉降10min时絮凝率即可达到90.67%,沉降20min 后絮凝率果的影响为减少絮凝剂投加量,降低废水絮凝成本,已有学者使用MBF 与常规化学絮凝剂复配进行废水处理,其结果表明复配后的絮凝效果比单独使用其中ÁÂÃÄÃÅÆÇÃÈ&

13、#194;ÇÃÉÂÇÃÈ ÇÃ Ã Ã020406080100%FeÁÂA l ÁÂCu ÃÂBa ÃÂCa ÃÂM g ÃÂK ÂNa Â图3添加阳离子种类对絮凝效果的影响Fig.3Effect of cation type on flocculation rate657075808590 %pH图2废水pH 对絮凝效果的影响Fig.2Effec

14、t of pH on flocculation rate0.51.01.52.02.5828486889092 %mL 100 m L ÁÂ图4添加助凝剂的量对絮凝效果的影响Fig.4Effect of assistant flocculant on flocculation rate510152025303584858687888990919293 %min图5沉降时间对絮凝效果的影响Fig.5Effect of settling time dosage on flocculation rate王有乐等,复合型微生物絮凝剂处理马铃薯淀粉废水的研究81STUDY ON PO

15、TATO STARCH WASTEWATER TREATMENT WITH COMPLEXMICROBIAL FLOCCULANTWang Youle,Zhang Baorong,Fan Zhiming,Hou Jian(College of Earth and Environmental Science Lanzhou University,Lanzhou 730000,China Abstract:Two strains of complex microbial flocculant (CMBFproducing microorganisms were isolated from samp

16、les,and its flocculation characteris-tics were studied.Its flocculating conditions to potato starch wastewater were also optimized.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

17、optimized flocculating condition of it to potato starch wastewater was dosage of 0.1mL ·Keywords :potato starch wastewater;complex microbial flocculant;flocculating treatment一种絮凝剂效果显著,而且复合型微生物絮凝剂的使用量也可大大降低14。而试验过程中发现投加经过絮凝后的废水COD 3420mg ·L -1,去除率为54.09%,浊度56NTU ,去除率为92.11%。可回收蛋白物质1.1g 

18、3;L -1,由于絮凝剂和废水都无毒无害,所以回收的蛋白物质可作为动物饲料。3结论从几种样品中分离出了两株高产絮凝剂的根霉M9和M17,它们复配培养后的发酵液投加量仅为0.2mL ·L -1,对高岭土悬液的絮凝率可达到95.46%。CMBF917的絮凝活性物质是两菌的分泌物,主要分布在发酵液的上清液中,通过乙醇提取可得絮凝剂粗品干重1.23g ·L -1。CMBF917对的马铃薯淀粉废水的最佳絮凝条件为投药量仅为0.1mL ·L -1、无需调节废水pH 、投加5mL ·L -110%的助凝剂CaCl 2。废水经过絮凝后COD 去除率为54.09%,浊度去

19、除率为92.11%。回收蛋白物质1.1g ·L -1,该蛋白物质无毒无害,可作为动物饲料。CMBF917对马铃薯淀粉废水的处理具有投加量少、无需调节废水pH 而使得废水絮凝条件简易、絮凝效果好、絮凝成本低的特点,具有较高的应用优势。参考文献:1周庆峰.中国马铃薯淀粉产业发展报告J.中国食品添加剂,2007:62-71.2王镇,王孔星,谢玉敏.几株絮凝剂产生菌的特性研究J.微生物学报,1995,35(2:121-129.3肖锦,周勤.天然高分子絮凝剂M.北京:化学工业出版社,2005:332-410.4王伊娜,王向东,张望.制酒废水培养复合型生物絮凝剂产生菌的研究J.中国给水排水,20

20、07,23(1:38-42.5周群英,高廷耀.环境工程微生物学M.高等教育出版社,2000:330.6高嘉安.淀粉与淀粉制品工艺学M.中国农业出版社,2001,9:98-99.7魏景超.真菌鉴定手册M.上海科学技术出版社,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-culant production by culture of Serratia ficaria and its ap