CN101144076A - 一种生物型污泥调理剂的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明特别涉及一种生物型污泥调理剂的制备方法及其应用。以酱油曲霉(Aspergillus sojae)为原料制备生物型污泥调理剂，制备得到的污泥调理剂可应用在污泥脱水中。本发明的调理剂絮凝活性高，成本低，产剂量高，稳定性强，适用范围广，具有生物可降解性和环境友好性，不会产生二次污染。

Description

一种生物型污泥调理剂的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于污泥脱水技术领域，特别涉及一种生物型污泥调理剂的制备方法及其应用。

背景技术

污水处理厂的浓缩污泥中所含的水分可分为四类：颗粒间的空隙水，约占总水分的70％；颗粒间毛细管内的水约20％；附着水和微生物颗粒体内的内部水，约占总水分的10％。加入污泥调理剂的目的是通过静电吸附、电性中和、桥联网捕等作用去除颗粒的间隙水，使细小松散的污泥颗粒相互聚集成密度较大的颗粒沉淀下来。

目前常用的污泥调理剂主要有无机调理剂、有机高分子调理剂和天然高分子调理剂。无机聚合物调理剂主要是铝盐和铁盐的聚合物，如聚合氯化铝、聚合硫酸铝，聚合氯化铁、聚合硫酸铁，这些调理剂通过粘附、架桥、交联以及卷扫作用，表现出很高的絮凝能力。但是用量大、具有一定的腐蚀性和毒性、对环境有二次污染。人工合成有机高分子絮凝剂主要为聚丙烯酰胺及其同系物、衍生物等线型高分子物质，是目前应用范围最广的调理剂。但随着石油产品价格不断上涨，这类调理剂价格普遍偏高，且其单体毒性大，残留物不易被生物降解，威胁生态安全。目前使用的天然有机高分子调理剂主要是碳水化合物类(多聚糖类、壳聚糖类、甲壳素类、微生物调理剂类)，其产量约占高分子絮凝剂总量的20％左右。改性天然高分子调理剂(如淀粉衍生物类、纤维素衍生物类、改性植物胶类以及蛋白质类等)的原料只要来自植物，一般没有毒性，可以防止出现二次污染。相对于传统的无机和有机调理剂而言，天然高分子调理剂具有原料来源广泛、价格低廉、无毒、絮凝速度快、易于生物降解、对生态环境无不良影响等特点。微生物调理剂是一类由微生物产生的有絮凝活性的代谢产物，组成为糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素和DNA以及有絮凝活性的菌体等。此类微生物来源非常广泛，在霉菌、酵母菌、放线菌、细菌中都有。

随着城市和工业的发展，大批污水处理厂在全国相继建成并投入运行。2006年2月6日，国家环保总局印发《“十一五”国家环境保护标准规划》提出，城镇污水处理率要大于60％。根据该水平，全国每年要处理的各类废水将高达300亿吨，产生24000万吨需脱水的浓缩污泥。这些污泥的含水率高达96％～99％，含有大量亲水性的胶体物质，沉淀性能和脱水性能都很差，使污泥脱水成为污泥处理最困难的一环。体积庞大的污泥对其最终处置极其不利，大大提高了污泥的处理费用，增加了污水处理厂的运行成本。在污泥脱水前进行调质处理是提高污泥脱水效果的有效方法，但常规的无机和有机调理剂价格较高、用量大、易带来二次污染。因此，开发和应用新型的环保型污泥脱水调理剂，改善污泥脱水性能，实现对污泥的廉价处理和资源化具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于针对常用的污泥调理剂用量大、具有一定的腐蚀性和毒性、对环境有二次污染，人工合成有机高分子絮凝剂价格普遍偏高，且其单体毒性大，残留物不易被生物降解，威胁生态安全等方面的问题，提供一种高效、节能、环保的污泥调理剂的制备方法及其在污泥脱水中的应用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

本发明的一种生物型污泥调理剂的制备方法包括以下步骤：

(1)以酱油曲霉(Aspergillus sojae)为原料，接种新鲜的霉菌孢子于发酵培养基中，在生物反应器中发酵，搅拌器转速200～400rpm，发酵温度30～35℃，发酵时间30～35h，收集培养液，用纱布将菌体过滤除去，获得发酵液；

(2)将步骤(1)中所得发酵液预冷，然后用无水乙醇或丙酮沉淀提取，在冰箱中放置16～24h，弃去上清液，用乙醇洗涤沉淀，将沉淀真空冷冻干燥，得到粗产品；粗产品溶于蒸馏水中，并加入氯仿正丁醇的混合液，振荡，离心，反复3～6次，将上清液透析；最后在聚乙二醇中浓缩，真空冷冻干燥后得到污泥调理剂的纯品。

上述方法中所述预冷是放置在4℃冰箱中，所述无水乙醇或丙酮的所用体积为发酵液的2倍，所述乙醇浓度为75％，所述氯仿正丁醇的混合液中氯仿与正丁醇体积比为5∶2，其所用体积为发酵液的0.5倍。

所述发酵培养基的各组分浓度分别为：葡萄糖：1～2％，NaCl：0.1～0.3％，K₂HPO₄：0.06～0.10％，，KCl：0.05～0.10％，MgSO₄：0.05～0.10％，FeSO₄：0.001％。

本发明的一种用上述方法制备的污泥调理剂在污泥脱水中的应用包括以下步骤：

(1)污泥调理：取浓缩污泥，调节pH7.0～9.0，按0.1％～0.3％体积比加入污泥调理剂，于混凝搅拌器下以200rpm速度搅动1min，然后以50rpm速度搅动2min，，静置5min后，絮体下沉，上层液澄清。

(2)污泥脱水：将步骤(1)中调理后的污泥置于袋式离心筒中，2500rpm离心5min后，105℃下烘至恒重，计算污泥含水率。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明采用的菌种培养成本低、产剂量高。所采用的发酵培养基中，蔗糖的用量为1％，仅为普通查氏培养基的1/3，且不受初始pH的限制；产剂量较高，可达到1.5g/L(干重)。这些可以大大降低调理剂的生产成本。

(2)本发明的调理剂絮凝活性高，可大大提高污泥的脱水效率，用量则远低于聚合氯化铁、聚丙烯酰胺等传统的调理剂。

(3)本发明的调理剂稳定性强，在4～80℃温度范围内不会失去絮凝活性；同时适用范围广，针对石化厂、印染厂、城市生活污水处理厂等不同性质的污泥都具有良好的调理效果。

(4)本发明的调理剂为微生物的代谢产物，具有生物可降解性和环境友好性，不会产生二次污染。

具体实施方式

实施例1

以酱油曲霉(Aspergillus sojae)为原料按以下步骤制备一种生物型污泥调理剂：

(1)接种新鲜的霉菌孢子于发酵培养基中，在生物反应器中发酵，搅拌器转速200rpm，发酵温度30℃，发酵时间30h，收集培养液，用纱布将菌体过滤除去，获得发酵液；其中霉菌发酵培养基中各组分浓度分别为葡萄糖：1％，NaCl：0.1％，K₂HPO₄：0.06％，，KCl：0.05％，MgSO₄：0.05％，FeSO₄：0.001％。

(2)将步骤(1)中的发酵液放置在4℃冰箱中预冷，然后用2倍体积在4℃冰箱中预冷的无水乙醇沉淀提取，在冰箱中放置16h，弃去上清液，用75％的乙醇洗涤沉淀，将沉淀真空冷冻干燥，得到粗产品；粗产品溶于蒸馏水中，并加入0.5倍氯仿正丁醇(氯仿正丁醇体积比为5∶2)混合液，振荡，离心，反复3次，将上清液透析2天；最后在聚乙二醇中浓缩，真空冷冻干燥后得到调理剂的纯品。

用上述方法制备的污泥调理剂在污泥脱水中的应用包括以下步骤：

(1)污泥调理：自广州市大坦沙污水处理厂采集浓缩污泥，含水率99.2％。调节pH7.0，每升污泥中投加上述制备的酱油曲霉发酵液1ml(约含调理剂1.5mg)，用自动搅拌器先200rpm速度搅动1min，接着50rpm速度搅动2min，静置5min，絮体下沉，上层液澄清，测得上清夜浊度5NTU。

(2)污泥脱水：将步骤(1)中调理后的污泥置于袋式离心筒中，2500rpm离心5min后，105℃下烘至恒重，计算污泥含水率，含水率降至70％。

实施例2

以酱油曲霉(Aspergillus sojae)为原料按以下步骤制备一种生物型污泥调理剂：

(1)接种新鲜的霉菌孢子于发酵培养基中，在生物反应器中发酵，搅拌器转速400rpm，发酵温度33℃，发酵时间32h，收集培养液，用纱布将菌体过滤除去，获得发酵液；其中霉菌发酵培养基中各组分浓度分别为葡萄糖：2％，NaCl：0.3％，K₂HPO₄：0.10％，，KCl：0.10％，MgSO₄：0.10％，FeSO₄：0.001％。

(2)将步骤(1)中的发酵液放置在4℃冰箱中预冷，然后用2倍体积的在4℃冰箱中预冷的丙酮沉淀提取，在冰箱中放置20h，弃去上清液，用75％的乙醇洗涤沉淀，将沉淀真空冷冻干燥，得到粗产品；粗产品溶于蒸馏水中，并加入0.5倍氯仿正丁醇(氯仿正丁醇体积比为5∶2)混合液，振荡，离心，反复5次，将上清液透析2天；最后在聚乙二醇中浓缩，真空冷冻干燥后得到调理剂的纯品。

用上述方法制备的污泥调理剂在污泥脱水中的应用方法包括以下步骤：

(1)污泥调理：自广州市大坦沙污水处理厂采集浓缩污泥，含水率98.5％。调节pH9.0，每升污泥中投加2ml霉菌发酵液(约含调理剂3mg)，用自动搅拌器先200rpm速度搅动1min，接着50rpm速度搅动2min，静置5min，絮体下沉，上层液澄清，测得上清夜浊度6NTU。

(2)污泥脱水：将步骤(1)中调理后的污泥置于袋式离心筒中离心脱水，2500rpm离心5min后，105℃下烘至恒重，计算污泥含水率，含水率降至69.5％。

实施例3

以酱油曲霉(Aspergillus sojae)为原料按以下步骤制备一种生物型污泥调理剂：

(1)接种新鲜的霉菌孢子于发酵培养基中，在生物反应器中发酵，搅拌器转速300rpm，发酵温度35℃，发酵时间35h，收集培养液，用纱布将菌体过滤除去，获得发酵液；其中霉菌发酵培养基中各组分浓度分别为葡萄糖：1.5％，NaCl：0.2％，K₂HPO₄：0.08％，，KCl：0.07％，MgSO₄：0.08％，FeSO₄：0.001％。

(2)将步骤(1)中的发酵液放置在4℃冰箱中预冷，然后用2倍体积的在4℃冰箱中预冷的无水乙醇沉淀提取，在冰箱中放置24h，弃去上清液，用75％的乙醇洗涤沉淀，将沉淀真空冷冻干燥，得到粗产品；粗产品溶于蒸馏水中，并加入0.5倍氯仿正丁醇(氯仿正丁醇体积比为5∶2)混合液，振荡，离心，反复6次，将上清液透析2天；最后在聚乙二醇中浓缩，真空冷冻干燥后得到纯品。

用上述方法制备的污泥调理剂在污泥脱水中的应用包括以下步骤：

(1)污泥调理：自中国石化广州分公司污水处理厂采集浓缩污泥，含水率为97.6％。调节pH8.0，每升污泥中投加上述制备的调理剂的纯品4.5mg，用自动搅拌器先200rpm速度搅动1min，接着50rpm速度搅动2min，静置5min，絮体下沉，上层液澄清，测得上清夜浊度4NTU。

(2)污泥脱水：将步骤(1)中调理后的污泥置于袋式离心筒中离心脱水，2500rpm离心5min后，105℃下烘至恒重，计算污泥含水率，含水率降至68.3％。

实施例4

以酱油曲霉(Aspergillus sojae)为原料按以下步骤制备一种生物型污泥调理剂：

(1)接种新鲜的霉菌孢子于发酵培养基中，在生物反应器中发酵，搅拌器转速300rpm，发酵温度35℃，发酵时间35h，收集培养液，用纱布将菌体过滤除去，获得发酵液；其中霉菌发酵培养基中各组分浓度分别为葡萄糖：1.2％，NaCl：0.15％，K₂HPO₄：0.07％，，KCl：0.06％，MgSO₄：0.06％，FeSO₄：0.001％。

(2)将步骤(1)中的发酵液放置在4℃冰箱中预冷，然后用2倍体积的在4℃冰箱中预冷的丙酮沉淀提取，在冰箱中放置24h，弃去上清液，用75％的乙醇洗涤沉淀，将沉淀真空冷冻干燥，得到粗产品；粗产品溶于蒸馏水中，并加入0.5倍氯仿正丁醇(氯仿正丁醇体积比为5∶2)混合液，振荡，离心，反复6次，将上清液透析2天；最后在聚乙二醇中浓缩，真空冷冻干燥后得到纯品。

用上述方法制备的污泥调理剂在污泥脱水中的应用方法包括以下步骤：

(1)污泥调理：自广州造纸厂废水处理厂采集浓缩污泥，含水率为96.8％，调节pH9.0，每升污泥中投加1ml霉菌发酵液(约含调理剂1.5mg)，用自动搅拌器先200rpm速度搅动1min，接着50rpm速度搅动2min，静置5min，絮体下沉，上层液澄清，测得上清夜浊度4NTU。

(2)污泥脱水：将步骤(1)中调理后的污泥置于袋式离心筒中，2500rpm离心5min后，105℃下烘至恒重，计算污泥含水率，含水率降至68.5％。

Claims (4)

1.一种生物型污泥调理剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)以酱油曲霉(Aspergillus sojae)为原料，接种新鲜的霉菌孢子于发酵培养基中，在生物反应器中发酵，搅拌器转速200～400rpm，发酵温度30～35℃，发酵时间30～35h，收集培养液，用纱布将菌体过滤除去，获得发酵液；

(2)将步骤(1)中所得发酵液预冷，然后用无水乙醇或丙酮沉淀提取，在冰箱中放置16～24h，弃去上清液，用乙醇洗涤沉淀，将沉淀真空冷冻干燥，得到粗产品；粗产品溶于蒸馏水中，并加入氯仿正丁醇的混合液，振荡，离心，反复3～6次，将上清液透析；最后在聚乙二醇中浓缩，真空冷冻干燥后得到污泥调理剂的纯品。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)中所述预冷是放置在4℃冰箱中，所述无水乙醇或丙酮的所用体积为发酵液的2倍，所述乙醇浓度为75％，所述氯仿正丁醇的混合液中氯仿与正丁醇体积比为5∶2，其所用体积为发酵液的0.5倍。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述发酵培养基的各组分浓度分别为：葡萄糖：1～2％，NaCl：0.1～0.3％，K₂HPO₄：0.06～0.10％，，KCl：0.05～0.10％，MgSO₄：0.05～0.10％，FeSO₄：0.001％。

4.一种用权利要求1所述方法制备的污泥调理剂在污泥脱水中的应用，其特征在于包括以下步骤：

(1)污泥调理：取浓缩污泥，调节pH 7.0～9.0，按0.1％～0.3％体积比加入污泥调理剂，于混凝搅拌器下以200rpm速度搅动1min，然后以50rpm速度搅动2min，静置5min后，絮体下沉，上层液澄清；

(2)污泥脱水：将步骤(1)中调理后的污泥置于袋式离心筒中，2500rpm离心5min后，105℃下烘至恒重，计算污泥含水率。