CN106434759B - 一种玉米秸秆制备生物絮凝剂的方法 - Google Patents

一种玉米秸秆制备生物絮凝剂的方法 Download PDF

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Abstract

一种玉米秸秆制备生物絮凝剂的方法。提供了一种降低能耗、成本，减少污水排放的玉米秸秆制备生物絮凝剂的方法。包括以下步骤：S1、原料制备：玉米秸秆粉碎、筛分，干燥备用；S2、水热预处理：预处理反应结束后，通过布氏漏斗进行固液分离，固相物料待酶解；S3、酶解：酶解液过滤，滤液用于制备生物絮凝剂；S4、制备絮凝剂发酵液；S5、絮凝活性成分提取及干燥，制得产品。本发明在工作中，水热预处理技术对环境友好，更加经济、绿色、清洁、环保；酶解可提高酶解过程中葡萄糖的收率；节约成本，降低能耗。

Description

一种玉米秸秆制备生物絮凝剂的方法
技术领域
本发明涉及生物絮凝剂，尤其涉及玉米秸秆制备生物絮凝剂的方法。
背景技术
随着我国对环保及生态环境的重视，用于污水处理的絮凝剂产品每年以15-20％的速度增长。但目前市场上主要以化学絮凝剂为主，如无机絮凝剂聚合氯化铝、聚合硫酸铁等，有机絮凝剂聚丙烯酰胺等产品。但这些产品处理污水后易产生毒副作用如：易引起老年痴呆症、水生动物死亡及对人有致癌、致畸、致突变等副作用，同时沉淀产生的污泥会引起二次污染等问题。微生物絮凝剂是利用生物技术，经过微生物发酵、提取、精致从微生物或其分泌物中产生的具有絮凝活性的次生级代谢产物，其主要成分为多糖、蛋白质等生物聚合物。较化学类絮凝剂具有高效、无毒、对人畜无害、易于生物降解、不产生二次污染等优点。在工业污水处理、饮用水净化等领域，具有广阔的应用前景。但生产该絮凝剂产品，需要蛋白胨、酵母膏、淀粉等贵重物料，因生产成本高，其使用成本是化学絮凝剂聚合氯化铝的数倍，致使该产品一直以来得不到推广和应用。
我国是农业大国，秸秆资源丰富，每年秸秆产量约6一7亿吨，其中玉米秸秆3-4亿吨，占比达到50％左右。玉米秸秆作为廉价的可再生性生物质资源，可谓来源丰富。当前，秸秆的利用率不到30％，大量农作物秸秆被废弃，甚至被露天焚烧，导致空气污染和资源浪费。玉米秸秆主要基本成分为纤维素、半纤维素和木质素等。其中纤维素约占32％、半纤维素为27.8％。纤维素是由葡萄糖基结构单元通过β-1，4-糖苷键连接形成的线性高分子聚合物，线性聚合物通过氢键和范德华作用力结合形成的具有晶体结构的纤维束。纤维素、半纤维素和木质素相互交织、连接形成了致密顽固的三维网状空间结构，以及纤维素自身所具有的结晶结构，从而导致秸秆中的可发酵碳水化合物组分很难被微生物直接代谢利用，需要先进行预处理脱除木质素或半纤维素，破坏纤维素的结晶结构。在酸、碱等作用下，可脱除木质纤维素中的半纤维素以及木质素，打破纤维素的结晶结构，为后续纤维素的酶解、发酵过程提供适宜的底物。但传统的酸、碱预处理过程，会产生大量的废水，面临着环境污染严重、处理成本较高等问题。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种降低能耗、成本，减少污水排放、且为可再生资源的玉米秸秆制备生物絮凝剂的方法。
本发明的技术方案是：包括以下步骤：
S1、原料制备：玉米秸秆自然风干后，通过粉碎机将风干的玉米秸秆粉碎、筛分，筛选出粒径为35-40目的部分，放入真空干燥箱中，在温度为100-105℃条件下干燥，将干燥后的原料置于干燥器中储备备用；
S2、水热预处理：
S2.1：取20-21g干燥后的原料加入至400-410mL的去离子水中，再加入催化剂FeCl31.0-1.1g和20-21ml浓度为6mg/mL的高温渗透剂JFC-M溶液，混合后加入到反应釜中，并密封反应釜；
S2.2：通过磁力搅拌器进行搅拌，将磁力搅拌器的转速调至260-280r/min，开始加热，当温度为160-165℃时，恒温保持20-25min，进行水热预处理；
S2.3：预处理反应结束后，通过布氏漏斗进行固液分离，固相物料待酶解；
S3、酶解：称8.0-8.2g固相物料，置于酶解瓶,依次加入40-50ml浓度为O.lmol/L的HAc-NaAc缓冲液、0.2-0.4ml浓度为lOmg/ml的盐酸四环素溶液、3-5ml浓度为6mg/mL的Tween80溶液和2-4ml浓度为5mg/mL的JFC-S溶液，同时加入8-10FPU/g底物的纤维素酶和0.5-1.0CBU/g底物的纤维二糖酶,补加蒸馏水至液体总体积为lOOml,再加入玻璃球，盖上瓶塞；
混合均匀后,将酶解瓶放入摇床内进行酶解,温度设为49-50℃、转速180r/min、酶解时间72-75h，酶解液过滤，滤液用于制备生物絮凝剂；
S4、制备絮凝剂发酵液：
絮凝菌发酵培养基：取S3中滤液1000mL，加入KH2PO41-1-2g、K2HPO4 3-5g、NaCl0.1-0.3g、尿素0.5-0.7g以及酵母膏0.2-0.3g，调节pH至7.0-7.5；混匀后分别量取250mL装入四只三角瓶中，盖上瓶塞，在110-120℃下灭菌25-30min；
取灭菌好的上述培养基250mL，在无菌条件下接入絮凝剂产生菌，置于恒温摇床上于30-31℃、145-150r/min下振荡培养30-32h，即为絮凝剂发酵液；
S5、絮凝活性成分提取及干燥：
将制取的絮凝剂发酵液在转速10000-12000r/min、温度2-4℃下离心20min,使菌体和分泌物分离,收集上清液；
将上清液通过旋转蒸发仪真空浓缩至体积减少一半；浓缩后的上清液中加入2-3倍上清液体积、2-4℃预冷的无水乙醇,振荡至出现白色丝状絮体；
将上述醇提液体在常温、转速4000-5000r/min条件下离心分离10-15min,用无水乙醇洗涤沉淀,收集沉淀；
将所得沉淀溶于蒸馏水中,加入2-3倍体积、2-4℃预冷的无水乙醇,振荡后于常温、转速4000-5000r/min条件下离心10-15min,收集沉淀,反复2次；
将沉淀分别用丙酮、乙醚洗涤一次，于30-40℃真空干燥，即为生物絮凝剂产品。
步骤S3中，缓冲液的pH为4.8，其配制方法为：量取冰醋酸6mL,用蒸馏水定容至lOOOmL,配制成O.lmol/L的HAc溶液；
称取8.2g无水醋酸钠,溶解后定容至lOOOmL,配成O.lmol/L的NaAc溶液；
HAc溶液和NaAc溶液按体积比4:6混合均匀即可。
步骤S3中，盐酸四环素溶液的配制方法为：称取O.lg盐酸四环素,蒸馏水定容至lOmL,摇匀,待用。
步骤S3中，Tween80溶液的配制方法为:称取1.2g Tween80,溶于200ml水,摇匀,待用。
步骤S3中，JFC-S溶液的配制方法为：称取1.0g渗透剂JFC-S，溶于200ml水,摇匀,待用。
步骤S2中，高温渗透剂JFC-M溶液的配制方法为：称取1.2g JFC-M，溶于200ml水,摇匀,待用。
本发明在工作中，依次包括以下步骤：原料制备、水热预处理、酶解、制备絮凝剂发酵液和絮凝活性成分提取及干燥；
其中，水热预处理具有以下优点：
1)水热预处理技术对环境友好，更加经济、绿色、清洁、环保；
2)预处理液循环回用可提高预处理液的酸度，强化玉米秸秆原料预处理的效果，此过程无需额外添加化学试剂，不会对产品分离等后续工艺造成负担。且将预处理液回用能降低过程能耗和工艺废水的排放；
3)Fe3+对半纤维素的溶出率有很强烈的催化作用，可大幅提高酶水解转化率和葡萄糖得率，和未添加FeCl3时对比,分别提高了酶水解转化率和葡萄糖得率为48.6％和66.5％；
4)高温渗透剂JFC-M的加入，利于热水及催化剂Fe3+渗透纤维素的结晶结构，更好地脱除半纤维素及木质素；
水热预处理能够有效地水解玉米秸秆中的半纤维素和木质素，使秸秆结构变得疏松，但是并不能有效的脱除、降解木质素，大部分木质素和纤维素一起滞留在预处理后的玉米秸秆中，残留的木质素不利于酶解过程的纤维素酶解糖化的顺利进行。酶解中，通过向酶解液中添加表面活性剂Tween80，使其包裹在木质素表面，降低了木质素对纤维素酶的无效吸附，提高纤维素酶的酶活性和稳定性；渗透剂JFC-S的加入，可提高纤维素酶渗透性及对纤维素的酶解效果，能提高酶解过程中葡萄糖的收率；
再制备絮凝剂发酵液，最后实现絮凝活性成分提取、干燥制得成品。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
本发明如图1所示，
实施例一：包括以下步骤：
S1、原料制备：玉米秸秆自然风干后，通过粉碎机将风干的玉米秸秆粉碎、筛分，筛选出粒径为35目的部分，放入真空干燥箱中，在温度为100℃条件下干燥，将干燥后的原料置于干燥器中储备备用；
S2、水热预处理：
S2.1：取干燥后的20g原料加入至400mL的去离子水，再加入催化剂FeCl31.0g和20ml浓度为6mg/mL的高温渗透剂JFC-M溶液，混合后加入到反应釜中，并密封反应釜；
S2.2：通过磁力搅拌器进行搅拌，将磁力搅拌器的转速调至260r/min，开始加热，当温度为160℃时，恒温保持时间20min，进行水热预处理；
S2.3：预处理反应结束后，通过布氏漏斗进行固液分离，固相物料待酶解；液项返回级预处理当做水继续使用；
S3、酶解：称8.0g固相物料，置于酶解瓶,依次加入40ml浓度为O.lmol/L的HAc-NaAc缓冲液、0.2ml浓度为lOmg/ml的盐酸四环素溶液、3ml浓度为6mg/mL的Tween80溶液和2ml浓度为5mg/mL的JFC-S溶液，同时加入8FPU/g底物的纤维素酶和0.5CBU/g底物的纤维二糖酶,补加蒸馏水至液体总体积为lOOml,再加入玻璃球，盖上瓶塞；
混合均匀后,将酶解瓶放入摇床内进行酶水解,温度设为49℃、转速180r/min、酶解时间72h，酶解液过滤，滤液用于制备生物絮凝剂；
S4、制备絮凝剂发酵液：
絮凝菌发酵培养基：取S3中滤液1000mL，加入KH2PO41g、K2HPO4 3g、NaCl 0.1g、尿素0.5g以及酵母膏0.2g，培养基的pH调节为7.0；混合均匀后分别量取250mL装入四只三角瓶中，盖上瓶塞，在110℃下灭菌25min；
取灭菌好的上述培养基250mL，在无菌条件下接入絮凝剂产生菌，置于恒温摇床上于30℃、145r/min下振荡培养30h，即为絮凝剂发酵液；
S5、絮凝活性成分提取及干燥：
将制取的絮凝剂发酵液在转速10000r/min、温度2℃下离心20min,使菌体和分泌物分离,收集上清液；
将上清液通过旋转蒸发仪真空浓缩至体积减少一半；
浓缩后的上清液中加入2倍上清液体积、2℃预冷的无水乙醇,振荡至出现白色丝状絮体；
对上述醇提液体在常温、转速4000r/min条件下离心10min,用无水乙醇洗涤沉淀,收集沉淀；
将所得沉淀溶于蒸馏水中,加入2倍体积,2℃预冷的无水乙醇,振荡后于常温、转速4000r/min条件下离心10min,收集沉淀,反复2次；
将沉淀分别用丙酮、乙醚洗涤一次，于30℃真空干燥，即为生物絮凝剂产品。
步骤S3中，缓冲液的pH为4.8，其配制方法为：量取冰醋酸6mL,用蒸馏水定容至lOOOmL,配制成O.lmol/L的HAc溶液；
称取8.2g无水醋酸钠,溶解后定容至lOOOmL,配成O.lmol/L的NaAc溶液；
HAc溶液和NaAc溶液按体积比4:6混合均匀即可。
步骤S3中，盐酸四环素溶液的配制方法为：称取O.lg盐酸四环素,蒸馏水定容至lOmL,摇匀,待用。
步骤S3中，Tween80溶液的配制方法为:称取1.2g Tween80,溶于200ml水,摇匀,待用。
步骤S3中，JFC-S溶液的配制方法为：称取1.0g JFC-S，溶于200ml水,摇匀,待用。
步骤S2中，高温渗透剂JFC-M溶液的配制方法为：称取1.2g JFC-M，溶于200ml水,摇匀,待用。
实施例二：
一、原料制备及水热处理工艺：
玉米秸秆原料自然风干后，通过物料粉碎机将风干的玉米秸秆粉碎、筛分，筛选出粒径40目的部分，放入真空干燥箱中，在温度为105℃条件下干燥，将干燥后的秸秆原料置于干燥器中储备备用。
玉米秸秆水热预处理具体步骤如下：
(1)预处理实验采用的固液比为5％(wt)，即取21g干燥玉米秸秆样品和410mL去离子水，加入催化剂FeCl3 1.1g和高温渗透剂JFC-M溶液21ml(浓度为6mg/mL的JFC-M溶液)，混合后加入到1000mL的反应釜中，并密封反应釜；
(2)依次打开实验装置的总电源、控制器电源、显示器电源，设定预处理目标温度，将磁力搅拌器的转速调至280r/min，打开电加热装置开关，开始加热；
(3)水热预处理：当温度165℃时，恒温保持时间25min，进行水热预处理，分离玉米秸秆中的半纤维素组分，脱除木质素，使秸秆结构变得疏松，预处理反应结束后，通过布氏漏斗进行固液分离，固相物料送至酶解装置；液相物料返回预处理当做水继续使用；
(4)对比：在上述相同条件下，作不加JFC-M的二级水热预处理试验：
第一级预处理：当温度180℃，恒温保持时间30min，进行水解，预处理反应结束后，通过布氏漏斗进行固液分离，固体进行第二级水热预处理；液项返回第一级预处理当做水继续使用；
第二级预处理：一级处理后的固体21g，410mL去离子水，混合后加入到1000mL的反应釜中，并密封反应釜。当温度达到200℃时，恒温30min，二级水热预处理反应结束后，将物料通过布氏漏斗进行固液分离，固项底物送至酶解装置；
分析：
把经过一级预处理和经过二级处理后的秸秆取样，在相同条件下酶解。用高速液相色谱分析酶解液中葡萄糖的收率。结果如下表1：
表1 JFC-M加入对葡萄糖收率影响
由上表1可见：加入高温渗透剂JFC-M后，不仅处理温度下降，处理时间由原来的1小时缩短为25分钟，而且，把繁琐的二级处理工艺，简化为一级处理工艺，既降低设备投资，还提高了劳动生产率、降低了能源消耗和处理成本。而且，通过一级处理后的葡萄糖收率还比二级处理的高10.1％。分析认为：加入由于JFC-M是聚氧乙烯醚化合物，由于醚基和热水自电离产生H3O+和Fe3+通过范德华力等相互作用，有利于热水和催化剂渗透到致密的纤维结晶结构，大幅提高半纤维素和木质素的脱除率，使纤维素活性基团暴露出来，增加了纤维素与纤维素酶接触的面积，从而有利于后续纤维素分解过程。
本发明可使文献中的二级预处理工艺，简化成一级。简化了工艺流程，提高了劳动生产率、降低了设备投资及能源消耗。另外，一级处理工艺，处理温度、时间大幅降低，可使产品生产成本大幅降低。
本发明中水热预处理优点：
针对玉米秸秆结构致密、难于直接被酶水解的特点，目前均采用稀酸、氨水/稀酸、氢氧化钠等方法对玉米秸秆进行预处理。预处理的目的就是降解脱除木质纤维素中的半纤维素以及木质素，打破纤维素的结晶结构，为后续纤维素的酶解、发酵过程提供适宜的底物。但传统的酸、碱预处理过程，会产生大量的废水，面临着环境污染严重、处理成本较高等问题。
本发明开发了一级水热预处理工艺，其优点：
(1)水热预处理技术对环境友好，更加经济、绿色、清洁、环保；
(2)预处理液循环回用可提高预处理液的酸度，强化玉米秸秆原料水热预处理的效果，此过程无需额外添加化学试剂，不会对产品分离等后续工艺造成负担，且将预处理液回用能降低过程能耗和工艺废水的排放；
(3)Fe3+对半纤维素的溶出率有很强烈的催化作用，可大幅提高酶水解转化率和葡萄糖得率，和未添加FeCl3时对比,分别提高了酶水解转化率和葡萄糖得率为48.6％和66.5％；
(4)高温渗透剂JFC-M的加入，利于热水及催化剂Fe3+渗透纤维素的结晶结构中，更好地脱除半纤维素及木质素。
JFC-M是聚氧乙烯醚化合物，由于醚基和热水自电离产生H3O+和Fe3+通过范德华力等相互作用，有利于热水和催化剂渗透到致密的纤维结晶结构，大幅提高半纤维素和木质素的脱除率。可使文献中的二级预处理工艺，简化成一级。简化了工艺流程，提高可劳动生产率、降低了设备投资及能源消耗。预处理温度由未加的180℃、200℃，处理时间30min、30min，下降为160℃,25min，可降低能源消耗和处理成本。因为预处理温度过高，纤维素在预处理过程中损失严重，从而导致酶解过程中葡萄糖的收率下降。为了能够获得较高的葡萄糖收率，控制纤维素在预处理过程中的降解损失是非常有必要的。水热预处理能够有效水解分离玉米秸秆中的半纤维素成分，同时较好的保护纤维素组分不受损失，尤其在较低的预处理温度和较短的预处理时间条件下，能够较好的保护纤维素的完整性，提高酶解转化率和葡萄糖得率。
二、秸秆酶解
水热预处理能够有效地水解玉米秸秆中的半纤维素和木质素，使秸秆结构变得疏松，但是并不能有效的脱除、降解木质素，大部分木质素和纤维素一起滞留在预处理后的玉米秸秆中，残留的木质素不利于酶解过程的纤维素酶解糖化的顺利进行。因为木质素具有很强的吸附性，能够不可逆的吸附纤维素酶，降低纤维素酶的活性，从而降低纤维素酶解反应速率。通过向酶解液中添加表面活性剂Tween80，使其包裹在木质素表面，降低了木质素对纤维素酶的无效吸附，提高纤维素酶的酶活性和稳定性；渗透剂JFC-S的加入，可提高纤维素酶渗透性及对纤维素的酶解效果，能提高酶解过程中葡萄糖的收率。
把水热预处理好的秸秆送至酶解装置，同时向酶解瓶中加入纤维素复合酶、表面活性剂。表面活性剂一方面可以抑制木质素对纤维素酶的无效吸附，另一方面可以提高纤维素酶的活性和稳定性，操作温度为50℃，pH为4.8～5.1，酶解时间为72～75h。
1、酶解过程：
称8.2g预处理好的秸秆(绝干底物)，置于250ml酶解瓶中,加入50mlHAc-NaAc缓冲液(pH＝4.8、浓度O.lmol/L)、0.4ml浓度为lOmg/ml的盐酸四环素溶液、5ml浓度为6mg/mL的Tween80溶液和4ml浓度为5mg/mL的JFC-S溶液，同时加入10FPU/g底物的纤维素酶和1.0CBU/g底物的纤维二糖酶,补加蒸馏水至液体总体积为lOOml,最加入2-3颗玻璃球，盖上瓶塞。混合均匀后,将三角瓶放入摇床内进行酶水解,温度设为50℃、转速180r/min、酶解时间75h，酶解液过滤，滤液用于制备生物絮凝剂。
同时做不加渗透剂FC-S的对照试验。(Tween80用量为0.3％，FC-S用量0.2％)。
2、所需溶液的配制方法
(1)缓冲液的配制
纤维素酶水解的最适pH在4.8，此时酶的反应活性最大,因此要在酶水解液中加入缓冲溶液来调节其pH值,使酶水解反应在最佳环境下进行。本实验选用O.lmol/L,pH＝4.8的HAc/NaAc缓冲溶液。
HAc-NaAc缓冲溶液的配制:量取冰醋酸6mL,用蒸馏水定容至lOOOmL,配制成O.lmol/L溶液；称取8.2g无水醋酸钠,溶解后定容至lOOOmL,配成O.lmol/L溶液；以HAc:NaAc(V/V)＝4:6将两者混合均勾,即得到pH＝4.8的HAc/NaAc缓冲溶液。
(2)盐酸四环素的配制
配制浓度为lOmg/mL的盐酸四环素溶液:称取O.lg(精确至O.OOOlg)盐酸四环素,蒸馏水定容至lOmL,摇匀,待用。
(3)Tween80溶液的配制
配制浓度为6mg/mL的Tween80溶液:称取1.2g(精确至O.OOOlg)Tween80,溶于200ml水(加热),摇匀,待用。
(4)渗透剂JFC-S溶液的配制
配制浓度为5mg/mL的JFC-S溶液：称取1.0g(精确至O.OOOlg)JFC-S，溶于200ml水(加热),摇匀,待用。
(5)高温渗透剂JFC-M溶液配制
配制浓度为6mg/mL的JFC-M溶液：称取1.2g(精确至O.OOOlg)JFC-M，溶于200ml水(加热),摇匀,待用。
(6)水解酶
1)纤维素酶活是以滤纸酶活(filter paperactivity)定义的。即1单位的酶活(Filter Paper Unit,FPU).是以Whatman No.l滤纸为底物,在pH值5.50℃的条件卜,每分钟内催化纤维素水解产生1μmol葡萄糖所用的酶量。实验前根据实测试数据，计算出10FPU/g底物的纤维素酶的量。
2)纤维二糖酶：在标准条件下，以生成1mg葡萄糖所用的酶量来计算的纤维二糖酶的酶活。CBU＝0.185/生成1.0mg葡萄糖对应的酶活。其中0.185即为生成1mg葡萄糖时对应的酶活。实验前根据实测试数据，计算出1.0CBU/g底物的纤维二糖酶的量。
3、试验结果
表2为渗透剂JFC-S溶液是否加入的对比试验。
表2 JFC-S加入对葡萄糖收率影响
试验项目 酶水解转化率(％) 葡萄糖收率(％)
未加JFC-S的酶解 67.7 79.5
加人JFC-S的酶解 85.6 91.8
可见加入渗透剂JFC-S，秸秆的酶转化率提高了26.3％，葡萄糖收率增加了15.5％。
三、制备絮凝剂发酵液
絮凝菌发酵培养基：秸秆酶解液1000mL，分别加入KH2PO41-2g、K2HPO4 5g、NaCl0.3g、尿素0.7g、酵母膏0.3g，调节pH至7.5。混合均匀后量取250mL分别装入四只500mL的三角瓶中，盖上瓶塞，在120℃下灭菌30min。
取灭菌好的上述培养基250mL，在无菌条件下接入絮凝剂产生菌，置于恒温摇床上于31℃、150r/min下振荡培养32h，即为絮凝剂发酵液。
絮凝剂产生菌优选为絮凝剂产生菌BS-3，是由本实验室从污水处理厂的活性污泥中分离、纯化筛选出的生物絮凝剂产生菌--枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，再通过人工选育得到的高絮凝活性的絮凝剂产生菌株。
四、絮凝活性成分提取
将制取的生物絮凝剂发酵液在转速12000r/min、温度4℃下离心20min,使菌体和分泌物分离,收集上清液。将上清液通过旋转蒸发仪真空浓缩至体积减少一半。浓缩后的上清液中加入3倍体积、4℃预冷的无水乙醇,振荡至出现白色丝状絮体。对上述醇提液体在常温、转速5000r/min条件下离心15min,用无水乙醇洗涤沉淀,收集沉淀。将所得沉淀溶于少量蒸馏水中,加入3倍体积,4℃预冷的无水乙醇,振荡后于5000r/min、常温下离心15min,收集沉淀,反复2次。将沉淀用分别用丙酮、乙醚洗涤一次，于40℃真空干燥，即为生物絮凝剂产品。
五、城市生活污水处理试验
从污水处理厂取城市生活污水1000mL，维持温度25℃左右，调节pH＝7，投入20mL生物絮凝剂(浓度0.1％)溶液，在200r/min转速下快
速搅拌5min，然后调节转速为80r/min，慢速搅拌10min，停止搅拌。把处理液投入沉降池中，静置沉降，取澄清液分别测定COD、BOD、SS、色度、pH等指标。放出澄清液，把沉降池底部排出的沉淀物经离心分离后，测定沉淀物质量(湿重)。每次处理重复3次，取平均值。依照上述方法，加入20mL聚合氯化铝(浓度10％)溶液，并测定处理污水后的各项指标，作为对对照。
生活污水处理结果：
分别用生物絮凝剂、聚合氯化铝处理生活污水，检测结果见表3。
表3生活污水处理效果
可以看出：(1)生物絮凝剂处理的城市生活污水，水样各项指标均优于聚合氯化铝处理效果。
(2)生物絮凝剂处理污水后，沉淀物颗粒较大，易于过滤脱水，可缩短沉降处理时间约5倍。
(3)脱色效果比聚合氯化铝处理的提高了6倍，提高污水处理效率和处理后的水质。
(4)生物絮凝剂加入量要比聚合氯化铝少100倍，可节省处理成本。
(5)生物絮凝剂处理污水后，产生的沉淀污泥量少，且能够生物降解，不产生二次污染。

Claims (6)

1.一种玉米秸秆制备生物絮凝剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、原料制备：玉米秸秆自然风干后，通过粉碎机将风干的玉米秸秆粉碎、筛分，筛选出粒径为35-40目的部分，放入真空干燥箱中，在温度为100-105℃条件下干燥，将干燥后的原料置于干燥器中储备备用；
S2、水热预处理：
S2.1：取20-21g干燥后的原料加入至400-410mL的去离子水中，再加入催化剂FeCl31.0-1.1g和20-21ml浓度为6mg/mL的高温渗透剂JFC-M溶液，混合后加入到反应釜中，并密封反应釜；
S2.2：通过磁力搅拌器进行搅拌，将磁力搅拌器的转速调至260-280r/min，开始加热，当温度为160-165℃时，恒温保持20-25min，进行水热预处理；
S2.3：预处理反应结束后，通过布氏漏斗进行固液分离，固相物料待酶解；
S3、酶解：称8.0-8.2g固相物料，置于酶解瓶,依次加入40-50ml浓度为0.1 mol/L的HAc-NaAc缓冲液、0.2-0.4ml浓度为10mg /ml的盐酸四环素溶液、3-5ml浓度为6mg/mL的Tween80溶液和2-4ml浓度为5mg/mL的JFC-S溶液，同时加入8-10FPU/g底物的纤维素酶和0.5-1.0CBU/g底物的纤维二糖酶,补加蒸馏水至液体总体积为100ml ,再加入玻璃球，盖上瓶塞；
混合均匀后,将酶解瓶放入摇床内进行酶解,温度设为49-50℃、转速180r/min、酶解时间72-75h，酶解液过滤，滤液用于制备生物絮凝剂；
S4、制备絮凝剂发酵液：
絮凝菌发酵培养基：取S3中滤液1000mL，加入KH2PO41-2g、K2HPO4 3-5g、NaCl 0.1-0.3g、尿素0.5-0.7g以及酵母膏0.2-0.3g，调节pH至7.0-7.5；混匀后分别量取250mL装入四只三角瓶中，盖上瓶塞，在110-120℃下灭菌25-30min；
取灭菌好的上述培养基250mL，在无菌条件下接入絮凝剂产生菌，置于恒温摇床上于30-31℃、145-150r/min下振荡培养30-32h，即为絮凝剂发酵液；
S5、絮凝活性成分提取及干燥：
将制取的絮凝剂发酵液在转速10000-12000r/min、温度2-4℃下离心20min,使菌体和分泌物分离,收集上清液；
将上清液通过旋转蒸发仪真空浓缩至体积减少一半；浓缩后的上清液中加入2-3倍上清液体积、2-4℃预冷的无水乙醇,振荡至出现白色丝状絮体；
将上述醇提液体在常温、转速4000-5000r/min条件下离心分离10-15min,用无水乙醇洗涤沉淀,收集沉淀；
将所得沉淀溶于蒸馏水中,加入2-3倍体积、2-4℃预冷的无水乙醇,振荡后于常温、转速4000-5000r/min条件下离心10-15min,收集沉淀,反复2次；
将沉淀分别用丙酮、乙醚洗涤一次，于30-40℃真空干燥，即为生物絮凝剂产品。
2.根据权利要求1所述的一种玉米秸秆制备生物絮凝剂的方法，其特征在于，步骤S3中，缓冲液的pH为4.8，其配制方法为：量取冰醋酸6mL,用蒸馏水定容至1000mL ,配制成0.1mol/L的HAc溶液；
称取8.2g无水醋酸钠,溶解后定容至1000mL ,配成0.1 mol/L的NaAc溶液；
HAc溶液和NaAc溶液按体积比4:6混合均匀即可。
3.根据权利要求1所述的一种玉米秸秆制备生物絮凝剂的方法，其特征在于，步骤S3中，盐酸四环素溶液的配制方法为：称取0.1 g盐酸四环素,蒸馏水定容至10mL ,摇匀,待用。
4.根据权利要求1所述的一种玉米秸秆制备生物絮凝剂的方法，其特征在于，步骤S3中，Tween80溶液的配制方法为:称取1.2g Tween80,溶于200ml水,摇匀,待用。
5.根据权利要求1所述的一种玉米秸秆制备生物絮凝剂的方法，其特征在于，步骤S3中，JFC-S溶液的配制方法为：称取1.0g渗透剂JFC-S，溶于200ml水,摇匀,待用。
6.根据权利要求1所述的一种玉米秸秆制备生物絮凝剂的方法，其特征在于，步骤S2中，高温渗透剂JFC-M溶液的配制方法为：称取1.2g JFC-M，溶于200ml水,摇匀,待用。
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