活性污泥生物絮凝剂絮凝效果研究

易 诚， 周雅雯， 邓景衡， 龙九妹

(衡阳师范学院 生命科学与环境学院，湖南 衡阳 421001)

活性污泥生物絮凝剂絮凝效果研究

易 诚， 周雅雯， 邓景衡， 龙九妹

(衡阳师范学院 生命科学与环境学院，湖南 衡阳 421001)

为充分利用剩余污泥，利用碱法从污水处理厂二沉池取回的沉降污泥提取生物絮凝剂，以浊度及COD去除率参考，通过生物絮凝剂的投加量(A)、搅拌速度(B)、搅拌时间(C)、污泥浓度(D)4个因素进行正交试验，结果表明：浊度去除试验中，正交表最大去除率63.21%，最佳组合A2B1C3D1浊度去除率可达66.71%，COD去除率为61.13%；COD去除试验中，正交表最大去除率71.20%，最佳组合A3B3C2D3COD去除率可达75.57%，浊度去除率为60.48%.说明活性污泥提取生物絮凝剂具有较理想的絮凝效果，可以推广应用.表4，参15.

生物絮凝剂；浊度；COD

生物絮凝剂是一类由微生物产生的，可使液体中不易降解的固体悬浮颗粒凝聚、沉淀的特殊高分子代谢产物[1].一般由多糖、蛋白质、DNA、纤维素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物质构成，其相对分子质量多为105以上，分子中含有多种官能团，能使水中胶体悬浮物相互凝聚、沉淀[2].与传统的化学絮凝剂(铝盐、铁盐和聚丙烯酰胺等)相比，微生物絮凝剂安全无毒生物可降解，无二次污染，所以越来越被人们重视，并成为絮凝剂研究发展的方向.我国对生物絮凝剂的研究起步较晚,开发研制的生物絮凝剂数量和种类均相药剂的开发.康建雄[3-5]等以淀粉水解或葡萄糖为原料发酵产生的普鲁兰絮凝剂，尹华等[6]从污水处理厂活性污泥中筛选出10株微生物菌，发现GS7的絮凝效果最好.易诚等以浊度去除效果及絮凝颗粒结构为考察因子[7]，研究聚合氯化铝、聚丙烯酰胺及活性污泥絮凝剂的絮凝效果.

该文拟进行活性污泥生物絮凝剂絮凝效果的研究，为探寻高效微生物絮凝剂菌株、降低微生物絮凝剂成本研究、活性污泥生物絮凝剂絮凝效果优化研究[8-10]，为活性污泥开发生物絮凝剂打下基础.

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

剩余污泥：衡阳市城西污水处理厂的二沉池污泥作，污泥置于室温下静置8～24 h后倾去上清液，得到的重力浓缩污泥，其浓度为：15.0～22.0 g/l，VSS/SS为60.0%～80.0%，PH值为：6.0～7.5.

(1)实验试剂.盐酸、氢氧化钠、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺等均为分析纯，重铬酸钾标准溶液、硫酸亚铁溶液(指示剂)

(2)实验仪器.TS六联搅拌仪(武汉恒岭科技公司) 、TS-1 型浊度仪( 武汉恒岭科技公司).

1.2 实验方法

1.2.1 絮凝剂的提取

稀盐酸处理的具体步骤：量取5.0 ml的18%(V/V)的盐酸溶液作为絮凝剂的提取剂，称取10.0 g脱水污泥，加入95.0 ml的去离子水，搅拌分散15 min(700 rmp),取破碎之后的浊液离心15 min(8 000 rpm)，离心后上清液即为酸提取的粗絮凝剂.

1.2.2 生物絮凝剂絮凝效果比较实验

(1)混凝试验. 在TS-六联搅拌仪中加入1 000 ml不同废水，边搅拌边加入混凝剂，转速按设计需要，调节pH值，混凝时间根据设计需要，再慢速搅拌2 min，静止10 min后取其上清液，测定COD值及其浊度.

(2)絮凝条件单因素实验.控制好黄泥或活性污泥量、絮凝剂添加量、搅拌速度、搅拌时间等会影响实验结果的因素.

(3)正交试验.a因素的选取：通过大量的单因素试验，实验中选取生物絮凝剂的投加量(A)、搅拌速度(B)、搅拌时间(C)、污泥浓度(D)4个因素为正交试验的因子.其中污泥度为人工配制污水，通过测定其絮凝沉降去除COD、浊度及絮凝颗粒结构判断絮凝效果.

b水平的选取：对上述4个因素各自水平的选取，依据单因素试验各因子的水平应选定为3个，尽量使水平覆盖要考察的范围.

表1 正交实验设计表Tab.1 Orthogonal design table

(4)COD的测定：利用重铬酸钾法测定COD，在强酸性溶液中，准确加入过量的重铬酸钾标准溶液，加热回流，将水样中还原性物质(主要是有机物)氧化，过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液回滴，根据所消耗的重铬酸钾标准溶液量计算水样化学需氧量.

(5)浊度的测定：六次甲基四胺与硫酸肼之间能定量缔结为不溶于水的大分子盐形成悬浮液，较稳定，可作为标准溶液，测其吸光度并绘制标准工作曲线，测定待测水样的吸光度并从标准曲线中查出相应浊度.

2 结果与分析

2.1 实验结果

生物絮凝剂浊度及COD去除效果，见表2.

表2 生物絮凝剂浊度及COD去除效果Tab.2 Removal efficiency of turbidity and COD with bioflocculant

2.2 生物絮凝剂对浊度去除的影响

表3 浊度去除极差分析Tab.3 Range analysis removal efficiency of turbidity

从表3中可以看出，影响因素为生物絮凝剂投加量>搅拌时间>污泥浓度>搅拌速度.通过上表对实验数据进行极差分析表明：在生物絮凝剂去除浊度的影响中，影响最大的是絮凝剂的添加量，且在添加50 ml的时候最大，而在添加100 ml时浊度反而变大，可能是添加的絮凝剂过多，或生物絮凝剂絮凝效果使浊度反而增加.

在搅拌速度与时间的影响中，明显地搅拌时间的影响要大于搅拌速度，且随着搅拌时间的增加，去浊效果加大，而在达到的一定的搅拌速度后，搅拌对去浊的影响不是太大，说明影响浊度的主要为搅拌时间.

在污泥浓度的影响中，显然，随着污泥浓度的增加，浊度去除率减少，微生物絮凝剂 EPSs 的絮凝动力学[11,12]表明：生物絮凝剂中的多聚糖及蛋白质主要是通过吸附架桥及电性中和[13,14]来完成的，而本实验方法提取的生物絮凝剂中多聚糖含量为23.10% (w/w)，蛋白质含量为29.83%(w/w)[15].污泥浓度越大，通过生物絮凝剂吸附架桥及电性中和的去除效果越差.

2.3 生物絮凝剂对COD去除的影响

表4 COD去除极差分析Tab.4 Range analysis removal efficiency of COD

从表4中可以看出，影响因素为生物絮凝剂投加量>污泥浓度>搅拌时间>搅拌速度.通过上表对实验数据进行极差分析表明：在生物絮凝剂去除COD的影响中，随着生物絮凝剂的增加，COD去除效果显著增加，说明生物絮凝剂在吸附架桥及电性中的絮凝中去除有机物效果最好，且生物絮凝剂随絮凝全部沉降，不影响COD的效果，如果继续增加，有可能会出现COD反而增加的现象.

在污泥浓度的影响中，随着污泥浓度的增加，COD去除率增加，说明添加的污泥浓度被生物絮凝剂吸附架桥及电性中和的去除效果越好，去除COD的效果就越好，但如果污泥浓度继续加大到生物絮凝剂不能完全絮凝的时候，COD浓度会增加，支除效果会降低.

在搅拌速度与时间的影响中，明显地搅拌时间的影响要大于搅拌速度，但随搅拌速度的增加对COD去除效果的增加，搅拌时间反而以5 min为最佳，说明在搅拌5 min时，生物絮凝剂就达到最佳状态，快速长时间的搅拌可能再次打散生物絮凝剂吸附架桥及电性中形成的絮凝体，而使COD的去除反而降低.

2.4 两组最佳组合实验验证

分别取最佳浊度去除组合A2、B1、C3、D1和最佳COD去除组合A3、B3、C2、D3进行去除浊度及COD效果.

实验表明A2、B1、C3、D1组合浊度去除率为66.71%、COD去除率为61.13%，说明在此时浊度去除达到最佳效果，但COD去除并非最高，可能是污泥浓度相对较少的原故，去除率相对较好.

实验表明A3、B3、C2、D3组合COD去除率为75.57%、浊度去除率为60.48%，说明在此时COD去除达到最佳效果，但浊度去除并非最高，但高浓度的生物絮凝剂投加量处理高浓度污泥，去除率相对较好.

3 结 论

利用碱法从污水处理厂二沉池取回的沉降污泥提取生物絮凝剂，以浊度及COD去除率参考，通过生物絮凝剂的投加量(A)、搅拌速度(B)、搅拌时间(C)、污泥浓度(D)4个因素进行正交试验，结果表明：浊度去除试验中，正交表最大去除率63.21%，最佳组合A2、B1、C3、D1浊度去除率可达66.71%，COD去除率为61.13%；COD去除试验中，正交表最大去除率71.20%，最佳组合A3、B3、C2、D3的COD去除率可达75.57%，浊度去除率为60.48%.

[1] 马 放,段姝悦,孔祥震,等.微生物絮凝剂的研究现状与发展趋势[J].中国给水排水,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 东,几种絮凝剂对化工废水深度处理效果的研究[D].兰州:兰州理工大学,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.无机絮凝剂在水处理中的应用现状[J].重庆工商大学学报(自然科学版),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] 姜红波.有机高分子絮凝剂的作用机理研究进展[J].贵州化工,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 涛,詹德昊,芦秀青,等.普鲁兰预处理高浓度味精废水试验研究[J].给水排水,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] 张 莎.微生物絮凝剂产生菌的筛选和絮凝剂的分离纯化及特性研究[D].秦皇岛:燕山大学,2014.

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

[7] 易 诚,湛含辉,程胜高.混凝好氧颗粒污泥的絮凝剂选择[J].环境工程学报.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] 岳艳利,周林成,王耀龙,等.微生物絮凝剂的制备及其应用研究进展[J].水处理技术,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] 徐龙君,余荣升,徐宏亮.从污水处理厂活性污泥中分离选育微生物絮凝剂的研究[J].安全与环境学报,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] 毛艳丽,张延风,罗世田,等.水处理用絮凝剂絮凝机理及研究进展[J].华中科技大学学报,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] 孙 杰.污泥絮凝剂的制备及其絮凝性能研究[D].大连:大连理工大学,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 诚,陈 敏,黄 丽,等.酸法提取活性污泥中生物絮凝剂及其成分研究[J].衡阳师范学院学报,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

湖南省自然科学基金(编号：2015JJ2018)

易 诚(1970-)，男，湖南衡阳人，博士，教授，研究方向：水污染控制.

10.3969/j.issn.2095-7300.2017.03-015