微生物絮凝剂与化学絮凝剂的复配研究

王小琴，李日强，王爱英，曲睿娟

（山西大学环境与资源学院，山西太原030006）

微生物絮凝剂与化学絮凝剂的复配研究

王小琴，李日强，王爱英，曲睿娟

（山西大学环境与资源学院，山西太原030006）

通过PY-M3微生物絮凝剂和PY-F6微生物絮凝剂与无机絮凝剂（AlCl3和PAC）的复配试验，考察了处理高岭土悬浊液的絮凝效果，并采用正交试验研究了PAC投加量、PY-F6微生物絮凝剂投加量、絮凝剂投加顺序和废水pH值对荧光增白剂生产废水处理效果的影响。结果表明，复配可以明显减少二者的投加量，提高絮凝率，其中，PY-F6微生物絮凝剂与PAC复配效果最佳，当PY-F6微生物絮凝剂投加量为15 mL/L，PAC投加量为20 mL/L时，絮凝率高达99.46%；当废水pH值为5，PY-F6微生物絮凝剂投加量为40 mL/L，PAC投加量为60 mL/L，投加顺序为先投加PAC时，荧光增白剂废水浊度去除效果最好。

微生物絮凝剂；絮凝率；复配

絮凝法在国内外废水处理中已得到广泛的应用[1]。用于废水处理的主要有3种絮凝剂：有机、无机和生物絮凝剂。单独使用氯化铝、聚合氯化铝等时，会有大量的沉淀污泥，而且耗费的药量多、处理成本高，还会造成二次污染，人工合成的有机絮凝剂单体往往是“三致”物质且很难生物降解；而微生物絮凝剂不会造成二次污染，而且无毒、高效，能被生物降解，引起了人们的关注[2-5]。

微生物絮凝剂起絮凝作用的物质包括：微生物的代谢产物、微生物细胞提取物或微生物本身，而土壤中的矿物质、养分等环境适合微生物的生长，是微生物最主要的来源。现已有大量关于农田中微生物研究和从农田中分离筛选微生物的报道。江惠华等[6]、LI等[7]、李婵娟等[8]、冯雅丽等[9]经过分离筛选出微生物絮凝剂并研究絮凝特性，优化絮凝条件，结果表明，最佳条件下絮凝率均达到90%以上，但由于它的絮凝能力有限，考虑到无机絮凝剂本身基团、结构的优势，如果二者配合使用，就能实现互补。已有研究表明，微生物絮凝剂与无机絮凝剂复配后不仅能明显提高絮凝率，而且还能大大减少絮凝剂的投加量[10-14]。

废水灌溉系统就是在保证土地资源的再生能力不被破坏以及不影响农田产量的前提下，综合利用农田处置废水系统和农田，实质就是利用微生物和水生生物的作用处理废水。

本研究采用从土壤中分离出的PY-M3和PYF6微生物絮凝剂分别与AlCl3和PAC进行复配，并通过正交试验考察不同影响因素对荧光增白剂生产废水处理效果的影响，旨在找出复配的最佳组合以及处理荧光增白剂废水的最佳条件，同时也为农业的废水灌溉问题提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 菌株来源 菌株为从土壤中分离筛选出的菌株PY-F6和PY-M3。

1.1.2 试验用水 高岭土悬浊液（质量浓度为4%）；荧光增白剂生产废水水质列于表1。

表1 荧光增白剂生产废水水质

1.1.3 微生物絮凝剂 预发酵液制备：取50 mL发酵培养基，将2株菌株接种到培养基中，振荡培养24 h（120 r/min，30℃）。

微生物絮凝剂制备：取50 mL发酵培养基，将预发酵液接种到培养基中（接种量为体积的2%），振荡培养72 h（120 r/min，30℃）。

1.1.4 试剂 氯化钙（10 g/L）；氯化铝（0.1 g/L）；氢氧化钠（1 mol/L）；聚丙烯酰胺（0.1 g/L）；聚合氯化铝（0.1 g/L）；盐酸（1 mol/L）。

1.1.5 试验设备 高压蒸汽灭菌锅（ZDX-35B型，上海申安医疗器械厂）；六连搅拌器（J6-1型，江苏金坛市金城国胜实验仪器厂）；电子分析天平（JA2003型，上海仪器有限公司）；精密pH计（pHS-25型，上海雷磁仪器厂）；恒温振荡培养箱（HZQ-F160型，哈尔滨市东联电子技术开发有限公司）；离心机（LD5-2A型，北京医用离心机厂）；光电浊度仪（WGZ-100型，上海光学仪器制造厂）；分光光度计（721型，上海第三分析仪器厂）。

1.2 试验方法

1.2.1 不同絮凝剂处理高岭土悬浊液的效果 投加5，10，15，20，25，30，40，50 mL/L的PY-M3和PYF6微生物絮凝剂（包含5 mL 1%CaCl2溶液）以及AlCl3，PAC和PAM于高岭土悬浊液中，测定各自絮凝率。重复3次，取平均值。

1.2.2 微生物絮凝剂与AlCl3和PAC的复配 投加5，10，15，20，25，30 mL/L AlCl3或PAC与0，10，15，20 mL微生物絮凝剂进行复配，测定絮凝率。重复3次，取平均值。

1.2.3 微生物絮凝剂与化学絮凝剂的投加顺序对絮凝效果的影响 改变待测微生物絮凝剂和化学絮凝剂的投加顺序（各取2 mL），加到高岭土悬浊液中，测定絮凝率。重复3次，取平均值。

1.2.4 处理荧光增白剂生产废水 依据上述试验，选PY-F6微生物絮凝剂与化学絮凝剂处理荧光增白剂生产废水。在200 mL烧杯中取100 mL荧光增白剂生产废水，根据表2试验设计，以200 r/min搅拌30 s，50 r/min搅拌5 min，再静置10 min测定浊度，研究影响浊度去除的因素。

表2 正交试验设计

1.2.5 测定项目及方法 絮凝率的测定[15]。在100 mL量筒中，分别加入80 mL蒸馏水、5 mL质量分数为l%的CaCl2溶液和不同量微生物絮凝剂粗品或不同量化学絮凝剂，然后加水至100 mL。称取0.40 g高岭土，将量筒中液体倒于200 mL烧杯中，调pH值至8.0左右，用搅拌器快速搅拌30 s（200 r/min），同时在快速搅拌过程中投加絮凝剂，慢速搅拌5 min（50 r/min）；静置10 min后，测定上清液在波长为550 nm处的吸光度，同时以蒸馏水代替菌液和CaCl2或以蒸馏水代替化学絮凝剂作为对照。

式中，A表示对照上清液在550 nm处的吸光度，B表示样品上清液在550 nm处的吸光度。

2 结果与分析

2.1 不同絮凝剂处理高岭土悬浊液的效果

考察了PY-M3微生物絮凝剂，PY-F6微生物絮凝剂，AlCl3，PAC和PAM的不同投加量对高岭土悬浊液絮凝效果的影响，结果如图1所示。

由图1可知，AlCl3对高岭土悬浊液的絮凝率最低，当投加量达到50 mL/L时，絮凝率最高，为84.86%；聚丙烯酰胺的絮凝率最高达98.5%，此时投加量为15 mL/L；当投加量较少时，微生物絮凝剂的絮凝率高于2种无机絮凝剂，其中，PY-F6微生物絮凝剂絮凝效果比PY-M3微生物絮凝剂絮凝效果好；但投加量超过一定的量时，絮凝率均随絮凝剂用量的增加而降低，这可能是因为絮凝剂用量过大，胶粒间会产生斥力，发生再稳现象，致使絮凝效果变差[16-17]。

2.2 微生物絮凝剂与氯化铝的复配的絮凝效果

因为化学絮凝剂与微生物絮凝剂有着不同的结构，在絮凝体系中发挥着不同的作用，所以，不同的投加顺序会影响分子和颗粒之间相互靠近和吸附的过程，最终影响絮凝效果。

由表3，4可知，投加顺序会影响絮凝效果，先投加氯化铝的絮凝效果好，且PY-M3微生物絮凝剂受投加顺序的影响比PY-F6微生物絮凝剂大。在后续复配试验中，采用先投加AlCl3，充分搅拌后，再投加微生物絮凝剂的投加顺序进行复配，结果如图2，3所示。

表3 不同顺序投加AlCl3和微生物絮凝剂PY-M3的絮凝效果

表4 不同顺序投加AlCl3和微生物絮凝剂PY-F6的絮凝效果

由图2，3可知，氯化铝和微生物絮凝剂复配后，絮凝效果明显优于单独使用氯化铝时的絮凝效果。单独使用氯化铝作为絮凝剂时，投加的AlCl3越多，絮凝效果越好，最好时絮凝率达到79.7%；当分别加入10，15，20 mL/L微生物絮凝剂复配，絮凝率明显增大，当AlCl3投加量为15 mL/L，PY-M3微生物絮凝剂投加量为20 mL/L时，絮凝率最高，达93.24%，当AlCl3投加量为20 mL/L，PY-F6发酵液投加量为20 mL/L时，絮凝率最高，达97.57%。试验时仅使用AlCl3，生成絮体较小，沉降速度慢，沉降后上清液仍然较混浊，与微生物絮凝剂复配后，絮体明显增大，沉降速度加快，同时大大减少了AlCl3的投加量，并且PY-F6微生物絮凝剂与氯化铝复配的絮凝效果比PY-M3微生物絮凝剂与氯化铝复配的絮凝效果好。此外，复配试验中不需投加助凝剂CaCl2，可能是由于微生物絮凝剂的絮凝过程不能缺少金属离子，复配中的无机絮凝剂提供的金属离子Al3+完全可以替代Ca2+[10]。

2.3 微生物絮凝剂与聚合氯化铝（PAC）的复配

从表5，6可以看出，投加顺序会影响絮凝效果，先投加聚合氯化铝，形成的絮体大且沉降所用时间短，絮凝效果好，且PY-M3微生物絮凝剂受投加顺序的影响比PY-F6微生物絮凝剂大。在后续复配试验中采用先投加PAC，充分搅拌后，再投加微生物絮凝剂的投加顺序进行复配，结果如图4，5所示。

表5 不同顺序投加PAC和微生物絮凝剂PY-M3的絮凝效果

表6 不同顺序投加PAC和微生物絮凝剂PY-F6的絮凝效果

由图4，5可知，聚合氯化铝和微生物絮凝剂复配后，絮凝效果比只使用聚合氯化铝时的絮凝效果好。只投加聚合氯化铝时，投加量为25 mL/L时，絮凝率达到最高，为92.7%。图4中投加MBF PY-M3分别为0，10，15，20 mL/L时，随投加量增大，絮凝率逐渐增大，当投加30 mL/L的聚合氯化铝，PY-M3微生物絮凝剂投加量为20 mL/L时，絮凝率最高，为97.03%。图5中PY-F6微生物絮凝剂投加量为10 mL/L时，絮凝率随PAC投加量的增大而增大，PY-F6微生物絮凝剂投加量增加到15 mL/L时，随着PAC投加量的增大絮凝率先升高后降低，当PAC投加量增加到25 mL/L时，絮凝率有明显的下降趋势；继续增加PY-F6微生物絮凝剂投加量到20 mL/L时，增大投加聚合氯化铝的量絮凝效果变差。可能是因为当投加的微生物絮凝剂较少时，聚合氯化铝的作用相当于助凝剂，当二者的投加量都变大后，会使絮体出现再稳不能沉降。当PY-F6微生物絮凝剂投加量为15 mL/L，PAC投加量为20 mL/L时，絮凝率达到最高，为99.46%。试验过程中仅使用PAC时生成絮体小，沉降速度慢，当与微生物絮凝剂复配时，PAC在较少的投加量时絮体明显增大，沉降速度加快，并且PY-F6微生物絮凝剂与PAC的复配效果比PY-M3微生物絮凝剂和PAC的复配效果好，PY-F6微生物絮凝剂与PAC复配时，在投加了少量的微生物絮凝剂后，就会出现絮体变大的现象，而且与单独使用时比较，PY-F6微生物絮凝剂和聚合氯化铝的用量都明显减少。

2.4 复配絮凝剂处理荧光增白剂生产废水浊度的去除效果

在上述试验基础上，采用正交试验考察了PAC投加量、PY-F6微生物絮凝剂投加量、絮凝剂投加顺序和废水pH值对荧光增白剂生产废水处理效果的影响，结果列于表7。

表7 正交试验结果

从表7可以看出，对浊度去除影响最大的因素是PAC投加量，严格控制PAC投加量是荧光增白剂废水浊度去除的关键；其次是投加顺序，先投加无机絮凝剂再投加微生物絮凝剂处理效果好；微生物絮凝剂PY-F6的投加量和pH影响较小。处理效果最好的为A1B1C3D1的组合，即废水pH值为5，PY-F6微生物絮凝剂投加量为40 mL/L，PAC投加量为60 mL/L，投加顺序为先投加PAC。

3 结论

本研究结果表明，在比较不同絮凝剂的絮凝效果试验中，微生物絮凝剂比氯化铝和聚合氯化铝的絮凝效果好。采用不同的投加顺序进行复配试验时，应先投加无机絮凝剂以获得更好的絮凝效果。

微生物絮凝剂与氯化铝和聚合氯化铝的复配，不仅仅减少了2种絮凝剂的投加量，还明显提高了絮凝率。PY-F6微生物絮凝剂与PAC复配效果最佳，当PY-F6微生物絮凝剂投加量为15 mL/L，PAC投加量为20 mL/L时，絮凝率达99.46%。

PY-F6微生物絮凝剂和PAC的复配对荧光增白剂废水的浊度去除影响程度由大到小依次是，PAC投加量、投加顺序、废水pH值、PY-F6微生物絮凝剂投加量。当废水pH值为5，PY-F6微生物絮凝剂投加量为40 mL/L，PAC投加量为60 mL/L，投加顺序为先投加PAC时，浊度去除效果最好。

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Study on the Complexation of Microbial Flocculant and Inorganic Flocculant

WANGXiaoqin，LI Riqiang，WANGAiying，QURuijuan

（College ofEnvironmental and Resource Sciences，Shanxi University，Taiyuan 030006，China）

The complexation of MBFPY-M3,MBFPY-F6 and inorganic flocculant AlCl3,PAC were used to study on the flocculation efficiency for treating Kaolin suspension.The orthogonal factors were used to determine the dosage of PAC,the order of flocculation,pH and the dosage of MBFPY-F6 on the degradation of fluorescent whitening agent wastewater.The results showed that the complexation ofmicrobial flocculant and inorganic flocculant could decrease their dosage,increase flocculating rate.The best combination was MBFPY-F6 and PAC,when the dosage of PY-F6 was 15 mL/L and PAC was 20 mL/L,the flocculation efficiency was 99.46%. Fluorescent whitening agent had the best effect on turbidity removal at the conditions:pH was 5,the dosage of MBFPY-F6 was 40 mL/L, the dosage ofPACwas 60 mL/L and PACwere dosed before MBFPY-F6.

microbial flocculant;flocculating rate;complexation

X703.5

A

1002-2481（2017）03-0438-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.03.29

2017-01-11

山西省科技攻关项目（20100321024）

王小琴（1990-），女，山西太原人，在读硕士，研究方向：废水处理。李日强为通信作者。