活性污泥生物絮凝劑絮凝效果研究

易 誠， 周雅雯， 鄧景衡， 龍九妹

(衡陽師范學(xué)院 生命科學(xué)與環(huán)境學(xué)院，湖南 衡陽 421001)

活性污泥生物絮凝劑絮凝效果研究

易 誠， 周雅雯， 鄧景衡， 龍九妹

(衡陽師范學(xué)院 生命科學(xué)與環(huán)境學(xué)院，湖南 衡陽 421001)

為充分利用剩余污泥，利用堿法從污水處理廠二沉池取回的沉降污泥提取生物絮凝劑，以濁度及COD去除率參考，通過生物絮凝劑的投加量(A)、攪拌速度(B)、攪拌時(shí)間(C)、污泥濃度(D)4個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，結(jié)果表明：濁度去除試驗(yàn)中，正交表最大去除率63.21%，最佳組合A2B1C3D1濁度去除率可達(dá)66.71%，COD去除率為61.13%；COD去除試驗(yàn)中，正交表最大去除率71.20%，最佳組合A3B3C2D3COD去除率可達(dá)75.57%，濁度去除率為60.48%.說明活性污泥提取生物絮凝劑具有較理想的絮凝效果，可以推廣應(yīng)用.表4，參15.

生物絮凝劑；濁度；COD

生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生的，可使液體中不易降解的固體懸浮顆粒凝聚、沉淀的特殊高分子代謝產(chǎn)物[1].一般由多糖、蛋白質(zhì)、DNA、纖維素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物質(zhì)構(gòu)成，其相對(duì)分子質(zhì)量多為105以上，分子中含有多種官能團(tuán)，能使水中膠體懸浮物相互凝聚、沉淀[2].與傳統(tǒng)的化學(xué)絮凝劑(鋁鹽、鐵鹽和聚丙烯酰胺等)相比，微生物絮凝劑安全無毒生物可降解，無二次污染，所以越來越被人們重視，并成為絮凝劑研究發(fā)展的方向.我國對(duì)生物絮凝劑的研究起步較晚,開發(fā)研制的生物絮凝劑數(shù)量和種類均相藥劑的開發(fā).康建雄[3-5]等以淀粉水解或葡萄糖為原料發(fā)酵產(chǎn)生的普魯蘭絮凝劑，尹華等[6]從污水處理廠活性污泥中篩選出10株微生物菌，發(fā)現(xiàn)GS7的絮凝效果最好.易誠等以濁度去除效果及絮凝顆粒結(jié)構(gòu)為考察因子[7]，研究聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺及活性污泥絮凝劑的絮凝效果.

該文擬進(jìn)行活性污泥生物絮凝劑絮凝效果的研究，為探尋高效微生物絮凝劑菌株、降低微生物絮凝劑成本研究、活性污泥生物絮凝劑絮凝效果優(yōu)化研究[8-10]，為活性污泥開發(fā)生物絮凝劑打下基礎(chǔ).

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

剩余污泥：衡陽市城西污水處理廠的二沉池污泥作，污泥置于室溫下靜置8～24 h后傾去上清液，得到的重力濃縮污泥，其濃度為：15.0～22.0 g/l，VSS/SS為60.0%～80.0%，PH值為：6.0～7.5.

(1)實(shí)驗(yàn)試劑.鹽酸、氫氧化鈉、聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺等均為分析純，重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液、硫酸亞鐵溶液(指示劑)

(2)實(shí)驗(yàn)儀器.TS六聯(lián)攪拌儀(武漢恒嶺科技公司) 、TS-1 型濁度儀( 武漢恒嶺科技公司).

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 絮凝劑的提取

稀鹽酸處理的具體步驟：量取5.0 ml的18%(V/V)的鹽酸溶液作為絮凝劑的提取劑，稱取10.0 g脫水污泥，加入95.0 ml的去離子水，攪拌分散15 min(700 rmp),取破碎之后的濁液離心15 min(8 000 rpm)，離心后上清液即為酸提取的粗絮凝劑.

1.2.2 生物絮凝劑絮凝效果比較實(shí)驗(yàn)

(1)混凝試驗(yàn). 在TS-六聯(lián)攪拌儀中加入1 000 ml不同廢水，邊攪拌邊加入混凝劑，轉(zhuǎn)速按設(shè)計(jì)需要，調(diào)節(jié)pH值，混凝時(shí)間根據(jù)設(shè)計(jì)需要，再慢速攪拌2 min，靜止10 min后取其上清液，測定COD值及其濁度.

(2)絮凝條件單因素實(shí)驗(yàn).控制好黃泥或活性污泥量、絮凝劑添加量、攪拌速度、攪拌時(shí)間等會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素.

(3)正交試驗(yàn).a因素的選?。和ㄟ^大量的單因素試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中選取生物絮凝劑的投加量(A)、攪拌速度(B)、攪拌時(shí)間(C)、污泥濃度(D)4個(gè)因素為正交試驗(yàn)的因子.其中污泥度為人工配制污水，通過測定其絮凝沉降去除COD、濁度及絮凝顆粒結(jié)構(gòu)判斷絮凝效果.

b水平的選?。簩?duì)上述4個(gè)因素各自水平的選取，依據(jù)單因素試驗(yàn)各因子的水平應(yīng)選定為3個(gè)，盡量使水平覆蓋要考察的范圍.

表1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表Tab.1 Orthogonal design table

(4)COD的測定：利用重鉻酸鉀法測定COD，在強(qiáng)酸性溶液中，準(zhǔn)確加入過量的重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，加熱回流，將水樣中還原性物質(zhì)(主要是有機(jī)物)氧化，過量的重鉻酸鉀以試亞鐵靈作指示劑，用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液回滴，根據(jù)所消耗的重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液量計(jì)算水樣化學(xué)需氧量.

(5)濁度的測定：六次甲基四胺與硫酸肼之間能定量締結(jié)為不溶于水的大分子鹽形成懸浮液，較穩(wěn)定，可作為標(biāo)準(zhǔn)溶液，測其吸光度并繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，測定待測水樣的吸光度并從標(biāo)準(zhǔn)曲線中查出相應(yīng)濁度.

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

生物絮凝劑濁度及COD去除效果，見表2.

表2 生物絮凝劑濁度及COD去除效果Tab.2 Removal efficiency of turbidity and COD with bioflocculant

2.2 生物絮凝劑對(duì)濁度去除的影響

表3 濁度去除極差分析Tab.3 Range analysis removal efficiency of turbidity

從表3中可以看出，影響因素為生物絮凝劑投加量>攪拌時(shí)間>污泥濃度>攪拌速度.通過上表對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析表明：在生物絮凝劑去除濁度的影響中，影響最大的是絮凝劑的添加量，且在添加50 ml的時(shí)候最大，而在添加100 ml時(shí)濁度反而變大，可能是添加的絮凝劑過多，或生物絮凝劑絮凝效果使?jié)岫确炊黾?

在攪拌速度與時(shí)間的影響中，明顯地?cái)嚢钑r(shí)間的影響要大于攪拌速度，且隨著攪拌時(shí)間的增加，去濁效果加大，而在達(dá)到的一定的攪拌速度后，攪拌對(duì)去濁的影響不是太大，說明影響濁度的主要為攪拌時(shí)間.

在污泥濃度的影響中，顯然，隨著污泥濃度的增加，濁度去除率減少，微生物絮凝劑 EPSs 的絮凝動(dòng)力學(xué)[11,12]表明：生物絮凝劑中的多聚糖及蛋白質(zhì)主要是通過吸附架橋及電性中和[13,14]來完成的，而本實(shí)驗(yàn)方法提取的生物絮凝劑中多聚糖含量為23.10% (w/w)，蛋白質(zhì)含量為29.83%(w/w)[15].污泥濃度越大，通過生物絮凝劑吸附架橋及電性中和的去除效果越差.

2.3 生物絮凝劑對(duì)COD去除的影響

表4 COD去除極差分析Tab.4 Range analysis removal efficiency of COD

從表4中可以看出，影響因素為生物絮凝劑投加量>污泥濃度>攪拌時(shí)間>攪拌速度.通過上表對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析表明：在生物絮凝劑去除COD的影響中，隨著生物絮凝劑的增加，COD去除效果顯著增加，說明生物絮凝劑在吸附架橋及電性中的絮凝中去除有機(jī)物效果最好，且生物絮凝劑隨絮凝全部沉降，不影響COD的效果，如果繼續(xù)增加，有可能會(huì)出現(xiàn)COD反而增加的現(xiàn)象.

在污泥濃度的影響中，隨著污泥濃度的增加，COD去除率增加，說明添加的污泥濃度被生物絮凝劑吸附架橋及電性中和的去除效果越好，去除COD的效果就越好，但如果污泥濃度繼續(xù)加大到生物絮凝劑不能完全絮凝的時(shí)候，COD濃度會(huì)增加，支除效果會(huì)降低.

在攪拌速度與時(shí)間的影響中，明顯地?cái)嚢钑r(shí)間的影響要大于攪拌速度，但隨攪拌速度的增加對(duì)COD去除效果的增加，攪拌時(shí)間反而以5 min為最佳，說明在攪拌5 min時(shí)，生物絮凝劑就達(dá)到最佳狀態(tài)，快速長時(shí)間的攪拌可能再次打散生物絮凝劑吸附架橋及電性中形成的絮凝體，而使COD的去除反而降低.

2.4 兩組最佳組合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

分別取最佳濁度去除組合A2、B1、C3、D1和最佳COD去除組合A3、B3、C2、D3進(jìn)行去除濁度及COD效果.

實(shí)驗(yàn)表明A2、B1、C3、D1組合濁度去除率為66.71%、COD去除率為61.13%，說明在此時(shí)濁度去除達(dá)到最佳效果，但COD去除并非最高，可能是污泥濃度相對(duì)較少的原故，去除率相對(duì)較好.

實(shí)驗(yàn)表明A3、B3、C2、D3組合COD去除率為75.57%、濁度去除率為60.48%，說明在此時(shí)COD去除達(dá)到最佳效果，但濁度去除并非最高，但高濃度的生物絮凝劑投加量處理高濃度污泥，去除率相對(duì)較好.

3 結(jié) 論

利用堿法從污水處理廠二沉池取回的沉降污泥提取生物絮凝劑，以濁度及COD去除率參考，通過生物絮凝劑的投加量(A)、攪拌速度(B)、攪拌時(shí)間(C)、污泥濃度(D)4個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，結(jié)果表明：濁度去除試驗(yàn)中，正交表最大去除率63.21%，最佳組合A2、B1、C3、D1濁度去除率可達(dá)66.71%，COD去除率為61.13%；COD去除試驗(yàn)中，正交表最大去除率71.20%，最佳組合A3、B3、C2、D3的COD去除率可達(dá)75.57%，濁度去除率為60.48%.

[1] 馬 放,段姝悅,孔祥震,等.微生物絮凝劑的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國給水排水,2012,28(2):14-17.

Ma Fang,Duan Shu-yue,Kong Xiang-zhen,et al.Present Status and Development Trend of Studies on Microbial Flocculants[J].China Water & Wastewater,2012,28(2):14-17.

[2] 付 東,幾種絮凝劑對(duì)化工廢水深度處理效果的研究[D].蘭州:蘭州理工大學(xué),2009.

Fu Dong.Study on Depth Treatment for Chemical Industry Wastewater by using many Flocculants[D].Lanzhou :Lanzhou University of Teehnology,2009.

[3] 安雅敏,邱 建,徐 瑞,等.無機(jī)絮凝劑在水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,30(11):76-79.

An Ya-min,Qiu Jian,Xu Rui,et al.Application of Inorganic Flocculant in Water Treatment Process[J].Journal of Chongqing Technology and Business University(Natural Science Edition),2013,30(11):76-79.

[4] 姜紅波.有機(jī)高分子絮凝劑的作用機(jī)理研究進(jìn)展[J].貴州化工,2011,36(1):23-25,27.

Jiang Hong-bo.Progressin Research of Organic Polymer Flocculant Mechanism [J].Guizhou Chemical Industry,2011,36(1):23-25,27.

[5] 陶 濤,詹德昊,蘆秀青,等.普魯蘭預(yù)處理高濃度味精廢水試驗(yàn)研究[J].給水排水,2001,27(1):39-42.

Tao Tao,Zhan De-hao,Lu Xiu-qing,et al.Study on Treatment of Concentrated Wastewater of Monosodium Glutamate Production [J].Water &Wastewater Engineering,2001,27(1):39-42.

[6] 張 莎.微生物絮凝劑產(chǎn)生菌的篩選和絮凝劑的分離純化及特性研究[D].秦皇島:燕山大學(xué),2014.

Zhang Sha.Screening of Bioflocculant-producing Strains and study of characteristics of Bioflocculant [D].Qinhuangdao: Yanshan University,2014.

[7] 易 誠,湛含輝,程勝高.混凝好氧顆粒污泥的絮凝劑選擇[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào).2014,8(10):4 097-4 104.

Yi Cheng,Zhan Han-hui,Cheng Sheng-gao Selection of flocculants for coagulation of aerobic granular sludge[J].Chinese Journal of Environmental Engineering,2014,8(10):4 097-4 104.

[8] 岳艷利,周林成,王耀龍,等.微生物絮凝劑的制備及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].水處理技術(shù),2012,38(1):6-9,16.

Yue Yan-li,Zhou Lin-cheng,Wang Yao-long,et al.A Review on Anaerobic Treatment of Swine Manure[J].Technology of Water Treatment,2012,38(1):6-9,16.

[9] 徐龍君,余榮升,徐宏亮.從污水處理廠活性污泥中分離選育微生物絮凝劑的研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2008,14(1):56-60.

Xu Long-jun,Yu rong-sheng,Xu Hong-liang.On The Selection and Culturing of Microbial Flocculant from The Active Slude of Sewage Disposal Plant [J].Journal of Safety and Environment,2008,14(1):56-60.

[10] 毛艷麗,張延風(fēng),羅世田,等.水處理用絮凝劑絮凝機(jī)理及研究進(jìn)展[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào),2008,25(6):78-81.

Mao Yan-li,Zhang Yan-feng,Luo Shi-tian,et al.advances in flocculat ion mechanisms and research of water-treatment flocculants[J].Journal of Huazhong University of Science and Technology,2008,25(6):78-81.

[11] Sam S,Kucukasik F,Yenigun O,et al.Flocculating performances of exopolysaccharides produced by a halophilic bacterial strain cultivated on agro-industrial waste [J].Bioresource Technol.,2011,102 (2):1 788-1 794.

[12] 孫 杰.污泥絮凝劑的制備及其絮凝性能研究[D].大連:大連理工大學(xué),2013.

Sun Jie.Production and flocculating performance of sludge bioflocculant[D].Dalian:Dalian University of Technology,2013.

[13] Lian Bin,Chen Ye,Zhao Jin,et al.Microbial flocculation by bacillus mucilaginosus: applications and mechanisms [J].Bioresource Technol.,2008,99(11):4 825-4 831.

[14] Liu Weijie,Wang Kai,Li Baozhen,et al.Production and characterization of an intracellular bioflocculant by chryseobacterium daeguense W6 cultured in low nutrition medium[J].Bioresource Technol,2010,101(3):1 044-1 048.

[15] 易 誠,陳 敏,黃 麗,等.酸法提取活性污泥中生物絮凝劑及其成分研究[J].衡陽師范學(xué)院學(xué)報(bào),2016,37(6):97-100.

Yi Cheng,Chen Min,Huang Li,et al.On Bioflocculant Extraction by Acid Method from Activated Sludge and its Components [J].Journal of Hengyang Normal University,2016,37(6):97-100.

Abstract：In order to make full use of the residual sludge,biological flocculant was extracted by alkali method from the secondary settling tank of the sewage treatment plant,referenced by the removal rate of urbidity and COD,through orthogonal test with the dosage of flocculant (A),stirring speed (B),stirring time (C),and sludge concentration (D).The results showed that in orthogonal test of the turbidity removal experiment,the maximum removal rate was 63.21% and the best combination of A2、B1、C3、D1 turbidity removal rate could reach 66.71% and the removal rate of COD was 61.13%.In orthogonal test of COD removal experiment,the maximum removal rate was 71.20% and the best combination of A3、B3、C2、D3 COD removal rate could reach 75.57% and the removal rate of turbidity was 60.48%.The result shows that activated sludge extraction biological flocculant has better flocculation effect and can be popularized and applied.4tabs.,15refs.

Keywords：bioflocculant; turbidity; COD

Biography：YI Cheng,male,born in 1970,doctor,professor,research direction: water pollution control.

StudyonFlocculationEffectofBioflocculantfromActivatedSludge

YICheng,ZHOUYa-wen,DENGJing-heng，LONGJui-mei

(College of life science and environment,Hengyang Normal University,Hengyang Hunan 421008)

Q93

A

2017-07-03

湖南省自然科學(xué)基金(編號(hào)：2015JJ2018)

易 誠(1970-)，男，湖南衡陽人，博士，教授，研究方向：水污染控制.

10.3969/j.issn.2095-7300.2017.03-015