胞外多糖生物絮凝剂与化学絮凝剂复配处理印染废水的效果*

2022-10-31刘明源沙赟颖

化学与粘合 2022年5期

刘明源，钱佳，沙赟颖

（泰州职业技术学院药学院，江苏泰州 225300）

引言

微生物胞外多糖是微生物在生长繁殖过程中产生并分泌至细胞外的有机高分子碳水化合物。胞外多糖是微生物的次级代谢产物，随着对其生物学功能认知的深入，胞外多糖被广泛应用于食品、医药、环保等各个行业。在水处理领域，一些胞外多糖具有絮凝和吸附的能力，能够显著降低污水的浊度、色度、重金属离子含量，同时，相较于化学絮凝剂和吸附剂，胞外多糖生物絮凝剂具有易降解、无毒、无二次污染等优点，因此，诸多学者聚焦于胞外多糖在生物絮凝剂、重金属吸附剂等领域的开发与应用研究。[1～3]

生物絮凝剂在絮凝效果、使用成本等方面较化学絮凝剂仍然不具备明显的竞争优势，因而未能在生产应用中广泛推广。将生物絮凝剂与化学絮凝剂复配使用，往往可以达到既提高絮凝效率[4]，又减少絮凝剂使用量的效果，降低了化学絮凝剂残留对水体的不良影响，也节约了生物絮凝剂的使用成本。

本文以一株根瘤菌CFCC2272为研究对象，将其所产的胞外多糖粗提并制备成生物絮凝剂，并与化学絮凝剂聚合氯化铝（PAC）、聚合氯化铝铁（PAFC）、聚丙烯酰胺（PAM）复配，联合处理印染废水，考察最优工况条件，为生物絮凝剂的应用推广提供数据参考。

1 实验材料

1.1 实验仪器

PHS-25酸度计，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，JJ-4A六联搅拌器，移液枪，电子天平等。

1.2 实验材料

印染废水：取自某毛纺厂的印染废水，黑褐色，浊度208～512；

液体菌种培养基：葡萄糖1%，酵母粉0.5%，胰蛋白胨0.5%，pH值调至7.0；

发酵培养基：蔗糖5%，酵母粉0.1%，天冬氨酸0.05%，尿嘧啶0.05%，pH值调至7.4。

2 实验方法

2.1 培养与发酵方法

将菌种接种至液体菌种培养基（50mL）中，在28℃，180 rpm条件下培养24h后得到菌液。取菌液按2%的接种量接种至发酵培养基，在30℃，180 rpm条件下培养48h后获得发酵液。

2.2 生物絮凝剂的制备

将发酵液于4℃、10000rpm离心分离20min，收集上清液并加入3倍体积的4℃无水乙醇溶液，搅拌均匀后放入4℃冰箱静置过夜，再次放入离心机，8000rpm离心20 min，将沉淀物用70%乙醇洗涤三遍后冷冻干燥[5，6]，即得到生物絮凝剂CFCC-P。

2.3 絮凝实验

（1）取100mL浓度为100mg/L的印染废水，加入1mL质量分数为10%的CaCl2溶液作为助凝剂，然后加入不同量的絮凝剂溶液，在六联搅拌器上以180rpm的速度快速搅拌30s，再以60rpm的速度慢速搅拌2min，静置沉淀20min后抽取距液面1cm处的水样，测定其在565nm处的吸光度，与原水的吸光度对比，得出脱色率[7，8]，找到不同絮凝剂的最佳投药量范围。

脱色率=(A-B)/B×100%

A——原水在波长565nm处的吸光度值；

B——絮凝后上清液在波长565nm处的吸光度值。

（2）量取多份100mL浓度为100mg/L的印染废水，加入1mL质量分数为10%的CaCl2溶液作为助凝剂，先在最佳投药量范围内分别加入PAC、PAFC、PAM三种絮凝剂，然后分别与不同量的生物絮凝剂CFCC-P复配，其余步骤参照（1），考察其最佳复配比例。

3 结果与分析

3.1 不同絮凝剂单一处理印染废水

絮凝剂PAC、PAFC、PAM及CFCC-P在不同投加量下，对印染废水絮凝率的影响见图1。随着絮凝剂的投加量增加，脱色率也逐步增大，PAC、PAFC、PAM及CFCC-P分别在投加量为150mg/L、150mg/L、60mg/L及200mg/L时，脱色率达到最大值，投药量超过后，上升幅度减小或去除率降低。PAC、PAFC和PAM主要是通过电中和和吸附架桥作用进行絮凝，因此随投加量增加，架桥作用显现，当投加量过多，会出现电性改变再稳现象，脱色率下降，其中，PAM虽然有较好的沉淀网捕能力，但脱色效果较差[9]；而CFCC-P主要是多糖类物质，以吸附架桥作用为主，过量的絮凝剂分散在水中，使得絮凝剂包裹胶体，架桥作用减弱，脱色率下降。

图1 不同絮凝剂单一处理印染废水的效果Fig.1 Treatment of printing and dyeing wastewater with different flocculants used alone

3.2 CFCC-P与化学絮凝剂复配处理印染废水

3.2.1 CFCC-P与PAC复配

将CFCC-P与PAC复配，对印染废水的脱色效果影响见图2。

图2 CFCC-P与PAC复配处理印染废水的效果Fig.2 Effects of CFCC-P and PAC compound on the treatment of printing and dyeing wastewater

图中，横坐标为PAC的投加量，mc为CFCC-P的投加量。可以看出，两种絮凝剂复配使用，对印染废水的脱色率明显较单独使用PAC时增加。当PAC投加100mg/L，CFCC-P投加150mg/L时，脱色率可达到83.86%。PAC带有正电荷，可以发挥电中和作用，并起到吸附架桥作用，但其形成的絮体较轻，沉淀性能不好，加入CFCC-P后，生物絮凝剂既有吸附架桥作用，同时也有很好的网捕能力，能够增大絮体粒径，加快沉速，提升了脱色效果。但随着PAC和CFCC-P投加量的增加，高分子絮凝剂包裹在胶体颗粒表面，使颗粒不能聚集沉淀，脱色率反而下降。

3.2.2 CFCC-P与PAFC复配

将CFCC-P与PAFC复配，对印染废水的脱色效果影响见图3。

图3 CFCC-P与PAFC复配处理印染废水的效果Fig.3 Effects of CFCC-P and PAFC compound on the treatment of printing and dyeing wastewater

图中，横坐标为PAFC的投加量，mc为CFCC-P的投加量。两种絮凝剂复配使用，较单独使用PAFC或CFCC-P时的脱色率有所增加。当PAFC投加100mg/L，CFCC-P投加100mg/L时，脱色率最大，可达到87.13%。但PAFC溶液本身呈亮黄色，投加量过大，未反应的絮凝剂溶于水中，脱色率反而下降。

3.2.3 CFCC-P与PAM复配

将CFCC-P与PAM复配，对印染废水的脱色效果影响见图4。

图4 CFCC-P与PAM复配处理印染废水的效果Fig.4 Effects of CFCC-P and PAM compound on the treatment of printing and dyeing wastewater

图中，横坐标为PAM的投加量，mc为CFCC-P的投加量。PAM溶液非常粘稠，呈拉丝状，其架桥网捕能力较强，投药量较少，但对于含活性染料的印染废水，脱色效果并不理想。加入CFCC-P后，脱色效果得到很大提升，在单独投加PAM60mg/L时，脱色率最大为54.75%，在PAM投加60mg/L，CFCC-P投加100mg/L时，脱色率可达到75.11%。CFCC-P与PAM复配使用，共同发挥聚集网捕和吸附架桥作用，脱色率高于两者单独使用时的脱色率，絮体增大，沉淀时间明显减短。