微生物絮凝劑的污泥脫水性能研究

摘要：采用醬油曲霉發(fā)酵制備的微生物絮凝劑對廣州市獵德污水處理廠濃縮污泥的脫水性能進行研究，實驗結(jié)果表明，醬油曲霉分泌的微生物絮凝劑對濃縮污泥有較好的脫水效果，調(diào)理后的污泥比阻可降至8.9×10¹¹m·kg^-1，顯著地改善了污泥的脫水性能，與對照樣相比，脫水率提高了7％，含水率降低了6％，當絮凝劑的投加量為污泥體積的5％、干重質(zhì)量濃度為5.8mg·l^-1時，污泥的脫水效果最佳，污泥脫水率從75.6％提高到82.6％，污泥含水率從82.4％降到76.4％，微生物絮凝劑和聚丙烯酰胺(PAM)復合使用有助于改善污泥的脫水性能，當10mL 116 mg·l^-1微生物絮凝劑和6mL 1g·l^-1PAM復合使用時，污泥的脫水率為82.9％，脫水后污泥的含水率為76.1％。

關鍵詞：醬油曲霉，微生物絮凝劑，污泥。

城市污水廠的濃縮污泥含水率高，脫水性能差，不利于儲藏、運輸和消納，因此，污泥的脫水技術和脫水效果直接決定了污泥的處置容積和污泥資源化的價值，脫水前，通過投加絮凝劑進行調(diào)理是改善污泥脫水性能最常用的方法，聚丙烯酰胺(PAM)和聚合氯化鋁(PAc)等常用的無機和有機高分子絮凝劑，具有生物毒性、難以被生物降解，微生物絮凝劑(MBF)是利用生物技術從微生物體或其分泌物中提取、純化而獲得的一類安全、高效，且能自然降解、無二次污染的新型水處理劑和污泥調(diào)理劑，在污泥無害化脫水中，具有廣闊的應有前景。

本文采用醬油曲霉(Aspergillus sojae)發(fā)酵制備的MBF，對廣州市獵德污水處理廠濃縮污泥的脫水性能進行研究，將有助于拓展MBF的研究和應用，增強污泥的資源化利用價值。

1 實驗方法

將醬油曲霉(Aspergillus sojae)菌體接種于250ml培養(yǎng)液中，置于32℃恒溫搖床培養(yǎng)箱內(nèi)，以150r·min^-1振蕩培養(yǎng)3d，培養(yǎng)物于3000r·min^-1離心機中離心5min，然后進行污泥絮凝脫水實驗，

取離心后的發(fā)酵液以真空干燥法濃縮至原體積的20％左右，放置在4℃冰箱中預冷，然后用2倍體積預冷至4℃的無水乙醇沉淀提取，在冰箱中放置16 h后離心，棄去上清液，用75％的乙醇洗滌沉淀，將沉淀真空冷凍干燥，得到生物絮凝劑，確定絮凝劑的質(zhì)量濃度(質(zhì)量濃度=生物絮凝劑質(zhì)量／發(fā)酵液體積)。

取200ml濃縮污泥置于燒杯中，投加定量微生物絮凝劑，以150r·min^-1快速攪拌3min，再以50r·min^-1慢速攪拌6min，將絮凝調(diào)理后的污泥倒入裝有濾布的離心管中，以3000r·min^-1離心7min，然后取濾布上的污泥稱重，計算污泥脫水率，脫水率=(脫水前污泥質(zhì)量一脫水后污泥質(zhì)量)／脫水前污泥質(zhì)量。

將離心后的污泥于103～105℃烘箱中烘干至恒重，測含水率，含水率=(烘干前污泥質(zhì)量一烘干后污泥質(zhì)量)／烘干前污泥質(zhì)量。

2 微生物絮凝劑投加量對污泥脫水效果的影響

于2007年7月至10月，采集廣州市獵德污水處理廠的濃縮污泥池的污泥，污泥的含水率、比阻和沉降比分別為97.3％±0.7％(0，7％)，5.7×10¹³m·kg^-1±1.7×10¹³m·kg^-1(29.8％)和41％±3.1％(7.6％)，由于污泥比阻高達(5.7±1.7)×10¹³m·kg^-1，所以獵德污水處理廠的濃縮污泥脫水難度較大，經(jīng)本研究開發(fā)的微生物絮凝劑調(diào)理后，污泥比阻可降至8.9×10¹¹m·kg^-1，顯著地改善污泥的脫水性能。

分別投加2ml，4ml，6ml，7ml，8ml，10ml，13ml，16ml和20ml絮凝劑于200ml濃縮污泥中，另取不投加絮凝劑的等量污泥進行同步對照實驗，實驗結(jié)果如圖l所示，絮凝劑的投加可以改善污泥的脫水性能，而且脫水效果總的變化趨勢較平穩(wěn)，當絮凝劑的投加量為10ml，即絮凝劑與污泥的體積比為5％時，污泥脫水效果最佳，以下實驗均采用該投加量進行污泥調(diào)理。

根據(jù)微生物絮凝劑提取實驗，發(fā)酵液中微生物絮凝劑的質(zhì)量濃度為116 mg·l^-1，當體積比為5％時，處理1L污泥所需的微生物絮凝劑為5.8mg，另取提純后的微生物絮凝劑進行污泥脫水實驗，其對污泥的脫水效果是發(fā)酵液中絮凝劑脫水效果的82.5％，證實提純后絮凝劑的性能較穩(wěn)定。

與對照實驗相比，此時污泥脫水率從75.6％提高到82.6％；污泥含水率從82.4％降低到76.4％，實驗結(jié)果還表明，并不是微生物絮凝劑的投加量愈大，污泥的脫水效果就愈好，當投加量超過一定值時，脫水效果會有一定程度的降低，其原因可能是微生物絮凝劑與污泥的作用位點有限，隨著其投加量的增加，作用位點達到飽和狀態(tài)；此外，微生物絮凝劑雖然可以通過架橋、網(wǎng)捕和電荷中和等作用使污泥濃縮，便于后續(xù)的機械脫水，但是，隨著濃度的增加，會使微生物絮凝劑在污泥顆粒間形成較穩(wěn)定的屏障，阻礙了污泥的進一步壓縮。

3 醬油曲霉培養(yǎng)時間對污泥脫水效果的影響

分別對培養(yǎng)時間為48h，60h，72h，84h，96h和120h的醬油曲霉發(fā)酵液進行污泥脫水實驗，以不加絮凝劑的等量污泥進行同步對照實驗，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，培養(yǎng)72h后醬油曲霉發(fā)酵液對污泥的脫水效果最佳，和其它微生物一樣，醬油曲霉的生長經(jīng)歷延滯期、對數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期，絮凝活性物質(zhì)作為次級代謝產(chǎn)物。由醬油曲霉在對數(shù)期開始分泌，在穩(wěn)定期達到最大量，不添加絮凝劑進行調(diào)理的污泥的含水率和脫水率分別為82.0％和78.4％，故培養(yǎng)72h后收獲的醬油曲霉發(fā)酵液能有效地降低含水率4.3％，提高脫水率6.6％。

4 污泥溫度對污泥脫水效果的影響

分別控制溫度在15℃，20℃，24℃，28℃，32℃和35℃進行絮凝脫水實驗，實驗結(jié)果如圖3所示，當污泥溫度為20℃和32℃時，微生物絮凝劑能發(fā)揮較好的作用，但是，當溫度偏低或偏高時，經(jīng)微生物絮凝劑調(diào)理后的污泥的脫水性能會受到影響，這主要是由于溫度偏低時，不利于微生物絮凝劑分子鏈的舒展；而當溫度較高時，污泥中的微生物釋放的胞外脂多糖等聚合物增加，從而需要消耗更多的絮凝劑。

5 污泥pH值對污泥脫水效果的影響

由于獵德污水處理廠7月至10月污泥的pH值為6.2～6.4，波動幅度不大，參考該監(jiān)測結(jié)果，把污泥的pH值分別調(diào)節(jié)為5.0，5.5，6.0，6.5和7.0，考察微生物絮凝劑對合理變化范圍內(nèi)pH值變化的適應能力，結(jié)果如圖4所示，總的看來，經(jīng)微生物絮凝劑調(diào)理并脫水后的污泥的含水率均低于80％，為77.9％～80.0％，這說明該絮凝劑對污泥pH值的波動具有較強的適應能力，其中當pH值為6.5時，脫水效果最佳，同時該pH值也是醬油曲霉培養(yǎng)的pH值環(huán)境，因此，在實際應用中，可以不必調(diào)節(jié)污泥pH值和發(fā)酵液pH值，發(fā)酵后制備的液態(tài)微生物絮凝劑可直接應用于污泥脫水中。

6 MBF和PAlM復合使用對污泥脫水效果的影響

分別取0ml，2ml，4ml，6ml，8ml和10ml的1g·l^-1PAM溶液與10mL 116 mg·1^-1MBF調(diào)理200ml濃縮污泥，探討其復合使用的效果，結(jié)果如圖5所示，從總的變化趨勢判斷，PAM單獨投加及其與MBF復合使用，對污泥的脫水效果的影響大致相同，兩者復合使用的性能較為穩(wěn)定，在本實驗的操作條件下，MBF單獨使用的效果稍優(yōu)于PAM，10ml MBF和10ml PAM單獨投加時對污泥的脫水率分別為82.0％和80.6％，當10ml MBF和6ml PAM復合使用時，污泥脫水的效果最佳，脫水率為82.9％，脫水后污泥的含水率為76.1％。

兩者復合使用雖然增加了絮凝劑的使用量，但是實驗結(jié)果沒有出現(xiàn)使用量偏大導致污泥脫水效果變差的現(xiàn)象，污泥的脫水性能反而得到了優(yōu)化，這是由于MBF的分子鏈較短，但是活性基團種類較多，而PAM的分子鏈較長，但是活性基團種類單一，兩種絮凝劑的復合使用可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補。

綜上所述，醬油曲霉分泌的微生物絮凝劑對濃縮污泥有較好的脫水效果，當絮凝劑的投加量為污泥體積的5％，干重質(zhì)量濃度為5.8mg·l^-1時，污泥脫水率從75.6％提高到82.6％，污泥含水率從82.4％降低到76.4％，另外，MBF和PAM復合使用有助于改善污泥的脫水性能，當10mL 116mg·l^-1MBF和6mL 1g·l^-1PAM復合使用時，污泥的脫水率為82.9％，脫水后污泥的含水率為76.1％。