CN101693561B

CN101693561B - 复合型絮凝剂的制备方法

Info

Publication number: CN101693561B
Application number: CN2009101451816A
Authority: CN
Inventors: 邵孝侯; 罗德芳; 金秋; 徐姗姗
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Jiangsu Zhongpeng Environmental Protection Group Co ltd
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2029-10-13
Also published as: CN101693561A

Abstract

复合型絮凝剂的制备方法，制备步骤为：制备生物絮凝剂溶液；将生物絮凝剂溶液与无机絮凝剂溶液复配：将PAC、PFS或两者的混合物溶于去离子水中得到无机絮凝剂，将生物絮凝剂和无机絮凝剂按体积比3∶10～15的比例混合；即得到复合型絮凝剂。本发明提供制备复合型絮凝剂的方法，用该方法生产的复合型絮凝剂既可以获得高絮凝率和少的总投加量，又可以减少水体中残留金属离子的量，克服无机絮凝剂在水处理使用中的不足之处。

Description

复合型絮凝剂的制备方法

技术领域

本发明属于絮凝剂技术领域，特别涉及微生物絮凝剂与无机絮凝剂复配生产复合型絮凝剂的制备方法。

背景技术

1.絮凝技术发展现状及存在问题：絮凝技术被广泛应用在给水、废水絮凝净化、发酵工业、固液分离等方面，絮凝效果取决于选取的絮凝剂的种类。目前，用于水处理行业的絮凝剂主要有两大类：以铝系、铁系及其聚合物为代表的无机絮凝剂和以PAM及其衍生物为代表的有机高分子絮凝剂。它们凭借其在使用过程中絮凝效果好且成本低得到广泛的应用，但是它们对环境存在不安全性已引起人们足够的重视。铝系絮凝剂中铝离子易引起老年性痴呆症；铁系絮凝剂中铁离子对金属有腐蚀作用，容易引起处理后水中带有颜色，增加污泥处理负荷；PAM的单体有很强的神经毒性，有很强的致癌性。因此，目前众多学者专家开发研究新型被称为第三代絮凝剂的微生物絮凝剂。微生物絮凝剂是一类由微生物产生的具有絮凝活性的高分子物质，具有生物分解性和环境安全性的一种新型、高效的水处理剂，主要由蛋白质、多糖、纤维素、脂类和DNA等组成。

2.微生物絮凝剂生产开发中存在的难题：其一，絮凝剂产生菌的获得：目前应用的絮凝剂微生物分别属于细菌、放线菌、杆菌和酵母菌等，絮凝菌不同，产生的絮凝剂的分子结构也不同。因此，获得能高效产生絮凝剂的菌株是微生物絮凝剂开发研究的中心。微生物絮凝菌通常从活性污泥、土壤、废水中筛选得到，大多是单一菌株，这一定程度上限制了微生物絮凝剂的推广应用。因此，开发复合型絮凝剂代替单一菌株，可以很好解决这个矛盾。其二，絮凝剂的生产：目前，不同微生物絮凝剂生产均需要相应的培养基，培养基的组成包括氮源、碳源、能源、生长因子、无机盐和水等，培养基的成本高，提纯时使用化学药品量大，利用微生物处理水，投加絮凝剂费用在1.5～2.0元/吨水，而无机絮凝剂如PAM处理费用约在0.1～0.2元/吨水范围内。因此，尽管微生物絮凝剂为绿色水处理剂，安全无毒，但是不具备经济优势，导致微生物絮凝剂难以大规模工业化生产和使用。EM菌的发酵采用的多糖，能够达到很好的发酵效果。同时，培养基的温度、初始pH值、通气状况、搅拌速度、助凝剂的种类和强度等也影响着微生物絮凝剂的生产，对于发现的不同絮凝菌，对应的条件应该是有差别的，这需要大量的实验去考察验证。一般不同的水质对絮凝剂的絮凝条件都会有一定的影响。

3.关于EM菌的组成及其絮凝特性研究现状：早在1986年，EM菌就已经引起国际学术界的关注。EM是复合型微生物菌剂，其中主要包括光合菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌、发酵系的丝状菌等微生物，各自发挥着重要作用，形成共生共存的关系。EM凭借其复合优势，被广泛应用在水处理方面。EM菌既可以消耗水体中的有机物质，如N、P，同时依靠微生物产生的天然高分子化合物，使得水体中不易降解的固体悬浮颗粒及胶体粒子等凝集、沉淀。目前还未看到利用EM菌与无机絮凝剂复配生产复合型絮凝剂的报道。

4.复合型絮凝剂的研究现状：对微生物絮凝菌的研究大多针对单一菌株，存在菌株筛选困难、培养成本高等缺点，最主要是存在着适用性不足的缺陷。解决这个难题的最有效的途径就是用复合型絮凝剂代替单一菌株絮凝剂。现国内已有大量的相关研究报道发表，大致分为两类：其一，是采用多株菌混合发酵获得复合型絮凝剂，现在研究方向就是寻找更高效的混合菌群。其二，就是采用复合型絮凝剂与化学絮凝剂复配，在大量减少了复合型絮凝剂和化学絮凝剂的情况下，仍然有很高的絮凝率。EM菌也是一种复合的微生物制剂，EM与无机絮凝剂PAC、PFS复配使用，可以明显降低絮凝剂的总投加量以及处理后水中金属离子的残余量，关于EM菌此方面的应用，国内未见相关的研究报道。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于针对上述已有技术的缺陷，提供制备复合型絮凝剂的方法，用该方法生产的复合型絮凝剂既可以获得高絮凝率和少的总投加量，又可以减少水体中残留金属离子的量，克服无机絮凝剂在水处理使用中的不足之处。

技术方案：复合型絮凝剂的制备方法，制备步骤为：制备生物絮凝剂溶液：按体积比，取3％～5％EM、2％～5％的蜂蜜、90％～95％的无菌水混合均匀，在室温下，旋转式摇床速度为120r/min～180r/min的条件下发酵3d，获得EM发酵液；用5000r/min～8000r/min的转速离心发酵液20min，将分离得到的液体在40℃～50℃条件下蒸发浓缩至原体积的1/4，冷却到4℃，加入2倍体积4℃无水冷乙醇，在4℃条件下放置24h，将液体倒出，保留絮凝沉淀底物；再于分离后的液体部分加入等体积质量浓度为80％的乙醇，静置24h，将液体部分倒出，保留絮凝沉淀物，重复该步骤2次，将得到絮凝沉淀物收集；然后用乙醇稀释沉淀物，在10～12pa的条件下真空干燥6～8h，获得生物絮凝剂固体；将生物絮凝剂溶于去离子水中配置成10mg/L生物絮凝剂溶液；将生物絮凝剂溶液与无机絮凝剂溶液复配：将PAC、PFS或两者的混合物溶于去离子水中得到无机絮凝剂，将生物絮凝剂和无机絮凝剂按体积比3∶10～15的比例混合；即得到复合型絮凝剂。

所述PAC溶于去离子水中得到10mg/LPAC无机絮凝剂，再将生物絮凝剂和PAC无机絮凝剂按体积比3∶10的比例混合。

所述PFS溶于去离子水中得到10mg/LPFS无机絮凝剂，再将生物絮凝剂和PFS无机絮凝剂按体积比3∶15的比例混合。

所述PAC、PFS溶于去离子水中得到10mg/LPAC和10mg/L的无机絮凝剂，再将生物絮凝剂和PAC、PFS和无机絮凝剂按体积比3∶3∶10的比例混合。

有益效果：(1)国内关于EM菌有絮凝特性的实验研究，大多采用直接使用EM菌发酵液应用于试验，本发明为国内首次采用提纯的方法浓缩EM菌的发酵液，且产生的微生物絮凝剂絮凝性稳定、絮凝效果好；(2)本发明将提纯的微生物絮凝剂与无机絮凝剂复配生产复合型的絮凝剂，与文献相比，节约了微生物絮凝剂的使用量40％～60％，无机絮凝剂的投加量降低了3～5倍。按照本发明提供的生产絮凝剂方法，处理高岭土悬浊液(5g/L)，在絮凝率达到91％以上的情况下，处理时需要投加絮凝剂的费用约为0.15～0.2元/吨水。与同量的无机絮凝剂投加量相比，可以减少处理后水中残余的Al³⁺、Fe³⁺为10％～15％，削弱了无机絮凝剂对环境产生的二次污染。(3)该絮凝剂适用的温度为20～45℃，适用pH为3.5～9，根据不同的处理对象用量范围为0.3ml/L～3ml/L，突显了其广泛的实际废水应用潜力和较高的絮凝活性，具有很好的推广价值；(4)该复合型絮凝剂生产方法简单，易行，絮凝性能稳定。

具体实施方式

本发明采用的发酵罐为DS-Y-10L微生物发酵罐。

本发明采用的微生物培养箱为DHP-9052电热恒温培养箱。

本发明中的无水冷乙醇为在4℃条件下预冷1h以上的无水乙醇。

本发明采用的无菌水为用高压蒸汽灭菌处理的去离子水，处理条件为在121℃，压力0.105Mpa的条件下维持20～30min。

本发明离心所用的设备为TGL·16G型台式高速离心机，工作时温度为10℃。

本发明采用的曝气机设备为ACO-004A，曝气量为80L/min。

EM由南京爱睦乐环保生物技术有限公司提供原液。

实施例1

(1)制备生物絮凝剂溶液：将EM、蜂蜜、无菌水按照体积比5∶5∶90混合均匀，在25℃下，旋转式摇床速度为120r/min的条件下发酵3d，获得EM发酵液；用8000r/min的转速离心发酵液20min，将分离得到的液体在40℃～50℃条件下蒸发浓缩至原体积的1/4，冷去到4℃，加入2倍体积无水冷乙醇，在4℃条件下放置24h，将液体倒出，保留絮凝沉淀底物；再于分离后的液体部分加入等体积质量浓度为80％的乙醇，静置24h，将液体部分倒出，保留絮凝沉淀物，重复该步骤2次，将得到絮凝沉淀物收集；然后用乙醇稀释沉淀物，在10～12pa的条件下真空干燥6～8h，获得生物絮凝剂固体；将生物絮凝剂溶于去离子水中配置成10mg/L生物絮凝剂溶液。(2)将生物絮凝剂溶液与无机絮凝剂溶液复配：将PAC溶于去离子水中得到10mg/LPAC无机絮凝剂，再将生物絮凝剂和PAC无机絮凝剂按体积比3∶10的比例混合。即得到复合型絮凝剂。

采用该复合型絮凝剂对高岭土悬浊液(平均粒径2.1μm，5g/L)进行处理，处理方法为：

在100mL量筒中加入100mL的高岭土悬浊液，然后加入1mL复合型絮凝剂，调节pH至8.0，置于六联搅拌器下，快速(160r/min)搅拌1min，再慢速(40r/min)搅拌5min，静置20min。在紫外分光光度计下，测定上清液在波长550nm处下的吸光度，计算公式是：

其中：A₀：对照上清液吸光光度值；

A_i：样品上清液吸光光度值。

分析结果絮凝率为95％左右。说明本实施方式制得的生物絮凝剂与无机絮凝剂的复配药剂絮凝效果显著。

实施例2

本实施与实施例1的不同点是：将EM、蜂蜜、无菌水按照5∶5∶90的体积比混合后密闭发酵3d，其他步骤及参数与具体实施方式与实施例1相同。也可得到复合型絮凝剂。

实施例3

(1)制备生物絮凝剂溶液：将EM、蜂蜜、无菌水按照体积比5∶5∶90混合均匀，在25℃下，旋转式摇床速度为120r/min的条件下发酵3d；用5000r/min的转速离心发酵液20min，将分离得到的液体在40℃～50℃条件下蒸发浓缩至原体积的1/4，冷去到4℃，加入2倍体积无水冷乙醇，在4℃条件下放置24h，将液体倒出，保留絮凝沉淀底物；再于分离后的液体部分加入等体积质量浓度为80％的乙醇，静置24h，将液体部分倒出，保留絮凝沉淀物，重复该步骤2次，将得到絮凝沉淀物收集；然后用乙醇稀释沉淀物，在10～12pa的条件下真空干燥6～8h，获得生物絮凝剂固体；将生物絮凝剂溶于去离子水中配置成生物絮凝剂溶液。(2)将生物絮凝剂溶液与无机絮凝剂溶液复配：将PFS溶于去离子水中得到10mg/LPFS无机絮凝剂，再将生物絮凝剂和PAC无机絮凝剂按体积比3∶15的比例混合。即得到复合型絮凝剂。

用该实施制得的复合型絮凝剂去处理与实施例1中同样的高岭土悬浊液，投加1mL，调节pH至8.0，置于六联搅拌器下，快速(160r/min)搅拌1min，再慢速(40r/min)搅拌5min，静置20min，絮凝率为88％左右。

实施例4

本实施与实施例3的不同点是：将EM、蜂蜜、无菌水按照5∶5∶90的体积比混合后密闭发酵3d，其他步骤及参数与具体实施方式与实施例3相同。也可得到复合型絮凝剂。

实施例5

(1)制备生物絮凝剂溶液：将EM、蜂蜜、无菌水按照体积比5∶5∶90混合均匀，在25℃下，旋转式摇床速度为120r/min的条件下发酵3d，获得EM发酵液；用8000r/min的转速离心发酵液20min，将分离得到的液体在45℃条件下蒸发浓缩至原体积的1/4，冷去到4℃，加入2.5倍体积无水冷乙醇，在4℃条件下放置24h，将液体倒出，保留絮凝沉淀底物；再于分离后的液体部分加入等体积质量浓度为80％的乙醇，静置24h，将液体部分倒出，保留絮凝沉淀物，重复该步骤2次，将得到絮凝沉淀物收集；然后用乙醇稀释沉淀物，在10pa的条件下真空干燥7.5h，获得生物絮凝剂固体；将生物絮凝剂溶于去离子水中配置成10mg/L生物絮凝剂溶液。(2)将生物絮凝剂溶液与无机絮凝剂溶液复配：将PAC、PFS溶于去离子水中得到10mg/LPAC和10mg/L的无机絮凝剂，再将生物絮凝剂和PAC、PFS无机絮凝剂按体积比3∶3∶10的比例混合，即得到复合型絮凝剂。将本实施方式值得复合型絮凝剂去处理实施例1中的高岭土悬浊液，投加0.7mL复配药剂，然后以160r/min的搅拌速度搅拌1min，再以40r/min的搅拌速度搅拌5min，静置20min，絮凝率为89％左右。

实施例6

本实施与实施例5的不同点是：将EM、蜂蜜、无菌水按照5∶5∶90的体积比混合后密闭发酵3d，其他步骤及参数与具体实施方式与实施例5相同。也可得到复合型絮凝剂。

实施例7

(1)制备生物絮凝剂溶液：将EM、蜂蜜、无菌水按照体积比3∶2∶95混合均匀，在25℃下，旋转式摇床速度为120r/min的条件下发酵3d，获得EM发酵液；用5000r/min～8000r/min的转速离心发酵液20min，将分离得到的液体在45℃条件下蒸发浓缩至原体积的1/4，冷去到4℃，加入2.5倍体积无水冷乙醇，在4℃条件下放置24h，将液体倒出，保留絮凝沉淀底物；再于分离后的液体部分加入等体积质量浓度为80％的乙醇，静置24h，将液体部分倒出，保留絮凝沉淀物，重复该步骤2次，将得到絮凝沉淀物收集；然后用乙醇稀释沉淀物，在10pa的条件下真空干燥7.5h，获得生物絮凝剂固体；将生物絮凝剂溶于去离子水中配置成10mg/L生物絮凝剂溶液。(2)将生物絮凝剂溶液与无机絮凝剂溶液复配：将PAC、PFS溶于去离子水中得到10mg/LPAC和10mg/L的无机絮凝剂，再将生物絮凝剂和PAC、PFS无机絮凝剂按体积比3∶3∶10的比例混合，即得到复合型絮凝剂。将本实施方式值得复合型絮凝剂去处理实施例1中的高岭土悬浊液，投加0.7mL复配药剂，然后以160r/min的搅拌速度搅拌1min，再以40r/min的搅拌速度搅拌5min，静置20min，絮凝率为85％左右。

实施例8

本实施与实施例5的不同点是：将EM、蜂蜜、无菌水按照3∶2∶95的体积比混合后密闭发酵3d，其他步骤及参数与具体实施方式与实施例7相同。也可得到复合型絮凝剂。

Claims

1.复合型絮凝剂的制备方法，其特征在于制备步骤为：

a.制备生物絮凝剂溶液：按体积比，取3％～5％EM、2％～5％的蜂蜜、90％～95％的无菌水混合均匀，在室温下，旋转式摇床速度为120r/min～180r/min的条件下发酵3d，获得EM发酵液；用5000r/min～8000r/min的转速离心发酵液20min，将分离得到的液体在40℃～50℃条件下蒸发浓缩至原体积的1/4，冷却到4℃，加入2倍体积4℃无水冷乙醇，在4℃条件下放置24h，将液体倒出，保留絮凝沉淀底物；再于分离后的液体部分加入等体积质量浓度为80％的乙醇，静置24h，将液体部分倒出，保留絮凝沉淀底物，重复该步骤2次，将得到絮凝沉淀底物收集；然后用乙醇稀释絮凝沉淀底物，在10～12Pa的条件下真空干燥6～8h，获得生物絮凝剂固体；将生物絮凝剂溶于去离子水中配置成10mg/L生物絮凝剂溶液；

b.将生物絮凝剂溶液与无机絮凝剂溶液复配：将PAC、PFS或两者的混合物溶于去离子水中得到无机絮凝剂，将生物絮凝剂和无机絮凝剂按体积比3∶10～15的比例混合；即得到复合型絮凝剂。

2.根据权利要求1所述的复合型絮凝剂的制备方法，其特征在于所述PAC溶于去离子水中得到10mg/LPAC无机絮凝剂，再将生物絮凝剂和PAC无机絮凝剂按体积比3∶10的比例混合。

3.根据权利要求1所述的复合型絮凝剂的制备方法，其特征在于所述PFS溶于去离子水中得到10mg/LPFS无机絮凝剂，再将生物絮凝剂和PFS无机絮凝剂按体积比3∶15的比例混合。