多糖生物絮凝剂在污水处理中的应用

刘明源，周琳，陈雨嫣，沈文昌

（泰州职业技术学院药学院，江苏泰州225300）

絮凝技术已经在净水处理、污水处理、污泥处理等水处理行业取得了广泛的应用。目前，常用的絮凝剂种类主要包括无机絮凝剂、有机絮凝剂，其中有机絮凝剂又分为有机合成高分子絮凝剂及天然高分子絮凝剂。无机絮凝剂及有机合成高分子絮凝剂目前已经形成较为成熟的应用市场，其絮凝效果优良，絮凝工况条件稳定，且使用成本较低。然而，也存在出水残留、二次污染等问题，限制了其应用，如铁盐絮凝剂出水残留铁超标，色度偏高；铝盐絮凝剂形成的絮体较轻，沉淀性能较差，残留物对人体有害；聚丙烯酰胺的单体具有神经毒性和三致效应等。

微生物絮凝剂属于天然高分子絮凝剂，其由微生物产生或分泌的多糖、蛋白质、核酸等物质组成，具有应用范围广、安全无毒、易生物降解、无二次污染等优点。根据微生物产絮凝剂的方式可分为微生物细胞絮凝剂、微生物细胞壁絮凝剂以及微生物代谢产物絮凝剂。本文将根瘤菌CFCC2272所产的胞外多糖制备的生物絮凝剂CFCC2272-P，分别应用于高岭土模拟废水、刚果红模拟印染废水的絮凝处理，并比较其与聚丙烯酰胺（PAM）、聚合氯化铝（PAC）的絮凝脱色效果。

1 实验材料

1.1 实验仪器

100μL、1 000μL移液枪；恒温浴锅；SW-CJ-VS1超净工作台；SPX-100B-Z生化培养箱；IS-RDV1恒温培养摇床；UV-1801紫外可见分光光度计；电子天平等。

1.2 实验材料

菌种：CFCC2272；发酵培养基：葡萄糖3%，尿素0.2%，酵母粉0.2%，蛋白胨0.1%，尿嘧啶0.05%，pH调至7.5；试剂：PAC、PAM、刚果红、高岭土（40目）。

2 实验方法

2.1 培养方法

将菌种接种至发酵培养基（50 mL）中，于恒温摇床30℃，180 r/min培养48 h后得到CFCC2272发酵液。

2.2 生物絮凝剂的制备

将发酵液于10 000 r/min离心分离15 min，收集上清液并加入3倍体积的无水乙醇溶液，搅拌好后放入4℃冰箱沉淀16 h，再次放入离心机，8 000 r/min离心20 min，收集沉淀物，用70%乙醇洗涤三遍后冷冻干燥，即得到生物絮凝剂CFCC2272-P。

2.3 不同絮凝剂处理高岭土废水

取100 mL浓度为2 g/L的高岭土悬浊液，加入1 mL CaCl（质量分数1%）助凝剂，然后加入2 mL的不同絮凝剂溶液，快速（180 r/min）振荡30 s，再慢速（60 r/min）振荡1 min，静置沉淀5 min后观察絮体状况，并取上清液面下1 cm处的水样，测定其550 nm波长处的吸光度，计算絮凝率：

式中：A-高岭土悬浊液的初始吸光度；A-絮凝后上清液的吸光度。

2.4 不同絮凝剂处理刚果红模拟印染废水

取100 mL浓度为100 mg/L的刚果红溶液，加入2 mL CaCl（质量分数1%）助凝剂，然后加入不同絮凝剂溶液，快速（180 r/min）振荡30 s，再慢速（60 r/min）振荡1 min，静置沉淀5 min后观察絮体状况，并取上清液面下1 cm处的水样，测定其497 nm波长处的吸光度，计算絮凝率，公式同上。

3 结果与讨论

3.1 不同絮凝剂处理高岭土废水的效果

3.1.1 絮凝剂投加量对絮凝效果的影响

图1显示絮凝剂PAC、PAM及生物絮凝剂在2～14 mg/L的不同投加量下，对高岭土废水絮凝率的影响。当絮凝剂投加量在2 mg/L时，各絮凝剂的絮凝效果均不佳，当投加量达到6 mg/L时，PAM的絮凝率上升幅度最为明显，投加量达到8 mg/L时，PAC的絮凝率达到最大值，PAM的最优投药量为10 mg/L，生物絮凝剂的最佳投药量为12 mg/L，三种絮凝剂的最高絮凝率均能达到90%以上。

图1 不同絮凝剂投加量对高岭土废水絮凝率的影响Fig.1 Effect of different dosage of flocculant on flocculation rate of kaolin wastewater

3.1.2 初始pH值对絮凝效果的影响

pH值会影响絮凝剂在溶液中的电解性和空间构象，图2显示PAC、PAM及生物絮凝剂三种絮凝剂在溶液初始pH为2～12时，对高岭土废水絮凝率的影响。PAC的最佳pH值范围在中性附近6～8，PAM的最佳pH值范围为中性偏碱性8～12，在最佳pH值范围内，其絮凝率均可以达到90%以上，而生物絮凝剂在pH值为4、10时均有较高的絮凝率，絮凝率受pH值影响不大，有较广的应用范围。

图2 pH值对高岭土废水絮凝率的影响Fig.2 Effect of pH value on flocculation rate of kaolin wastewater

3.2 不同絮凝剂处理刚果红模拟印染废水的效果

3.2.1 絮凝剂投加量对絮凝效果的影响

由图3可见，三种絮凝剂在处理刚果红模拟印染废水时，最佳投药量明显高于处理高岭土废水，且絮凝率也低于高岭土废水。PAM的最佳投药量为60 mg/L，PAC和生物絮凝剂的最佳投药量均为100 mg/L，这可能与生物絮凝剂在制备时的纯化程度有关。三种絮凝剂的最高絮凝率在90%左右，说明在刚果红废水中的絮凝效果略差于高岭土废水。

图3 不同絮凝剂投加量对刚果红废水絮凝率的影响Fig.3 Influence of different dosage of flocculant on flocculation rate of dye removal

图4 pH值对刚果红废水絮凝率的影响Fig.4 Effect of pH on flocculation rate of dye removal

3.2.2 初始pH值对絮凝效果的影响

pH值会影响染料分子在溶液中的溶解性，从而影响其去除率。图4显示PAC在溶液初始pH值在8左右时，有较好的絮凝率，PAM则是在溶液初始pH值为8～10，达到最优絮凝效果，而生物絮凝剂用于刚果红模拟印染废水时，在不同pH值情况下，处理效果均较为稳定，絮凝率基本都在80%以上，有较广的应用范围。

4 结论

（1）对高岭土废水的处理，生物絮凝剂的最佳投药量是12 mg/L，略高于PAC及PAM；最适pH值范围为4～12，明显较PAC及PAM适用范围更广，絮凝率最高可达到91.3%。

（2）对于刚果红模拟印染废水的处理，PAC、PAM及生物絮凝剂的投药量都大幅度上升，且絮凝率也有所下降。生物絮凝剂的最佳投药量为100 mg/L，最适pH范围为6～12，最高絮凝率可达89.5%。