微生物絮凝剂NII4处理生活污水的研究

刘 祎，权 伟，武贤智，郭安剑

微生物絮凝剂是由微生物细胞本身及其分泌产生的一种高分子物质，该物质具有很好的絮凝、脱色性能，并被作为绿色水处理药剂引起广泛的研究［1］。据文献报道［2］，微生物絮凝剂化学成分主要有:蛋白质，多糖，脂类，DNA。可使液体中不易降解的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体粒子等凝集、沉淀，在废水脱色、高浓度有机物去除等方面有独特效果。微生物絮凝剂由于具有多种其他常规絮凝剂所不具备的优点，故而受到了广泛的关注，目前已经在一些国家取得了较好的研究成果。它是以后絮凝剂发展的方向，对水处理具有重要的意义［3］。

本论文利用NII4微生物絮凝剂对西安市第四污水处理厂进水水样SS及COD进行去除实验研究。通过本次实验研究，摸索出了NII4微生物絮凝剂在处理污水处理厂进水水样时的最佳使用条件，实验证实NII4微生物絮凝剂在水处理方面具有很好的效果，为微生物絮凝剂的推广使用提供了可靠的理论依据及相关的处理效能数据。

1 实验材料与方法

1.1 菌种和材料

微生物絮凝剂产生菌NII4由课题组从环境中分离筛选纯化得到并保存，根据细菌鉴定总图［4］判断出该菌株属克雷伯氏菌属(Klebsiella trevisan)。

测试水样取自西安市第四污水处理厂进水，进水水质见表1。

表1 西安市第四污水处理厂进水水质

1.2 培养基

牛肉膏蛋白胨培养基:牛肉膏3 g，蛋白胨10 g，NaCl 5 g，蒸馏水1 000 mL，pH 7.0～7.5，于121℃、110 kPa高压灭菌30 min，加15～20 g琼脂制成固体培养基，供分离及菌种保藏用［5］。

发酵培养基:蔗糖20 g，蒸馏水1 000 mL，(NH4)2SO41.65 g，1 mol/L MgSO4溶液0.5 mL，1 mol/L CaCl2溶液 0.1 mL，磷酸盐缓冲溶液(NaH2PO433 g，K2HPO462 g，蒸馏水1 000 mL，pH 7.5)25 mL，微量元素溶液(FeSO4·7H2O 4.5 g/L，ZnSO4·7H2O 0.148 g/L，MnCl2·4H2O 0.3 g/L，CoCl2·6H2O 0.024 g/L，NiCl2·6H2O 0.024 g/L，CuCl2· 2H2O 0.017 g/L，Na2MoO4· 2H2O 0.109 g/L，H3BO30.062 g/L，12.1 molHCl 5 mL/L)1 mL，pH 7.5，于121℃下高压灭菌35 min (王真，以废弃碳源和氮源生产微生物絮凝剂及絮凝剂结构分析［D］.西安:西安建筑科技大学，2010.)。

1.3 培养条件及提取方法

培养条件:无菌操作条件下，将保存在斜面上的纯菌株，接种至121℃、110 kPa高压灭菌30 min后的100 mL牛肉膏蛋白胨培养基中，在30℃，160 r/min下恒温振荡培养24 h，得到菌悬液。发酵培养基于121℃、110 kPa高压灭菌30 min后，在无菌操作条件下接入菌悬液，接种量为2%，在30℃，160 r/min下恒温振荡培养72 h。

提取方法:将培养72 h之后的发酵液取50 mL至100 mL的离心管中，在4℃，5 000 r/min下离心15 min，将离心后的上清液与无水乙醇按1∶3混合，静置过夜，在4℃，5 000 r/min下离心15 min，倾去上清液，放入通风橱风干，得到絮凝剂粗品［6］。

1.4 实验方法

SS去除率的测定［7］:向比色管中加入20 mL待测水样，调节pH值，向水样中加入一定量1 mol/L CaCl2溶液(助凝剂)和NII4微生物絮凝剂，然后快速搅拌1 min，慢速搅拌2 min，静置时间分别为5、10、30、60 min下，用722型分光光度计在波长为550 nm处测定上清液吸光度。

式中:

A——待测水样在550 nm下的初始吸光度;

B——静置后水样上清液在550 nm处的吸光度。

COD去除率的测定:调节水样pH值至7.5，投加一定量的CaCl2和NII4微生物絮凝剂，混合摇匀后静置30 min，取20 mL上清液，用重铬酸钾法测定COD。

2 实验结果与讨论

2.1微生物絮凝剂对水样SS的去除效果

2.1.1 最佳絮凝剂投加量确定

分别取0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL絮凝剂(2 g/L)投加到20 mL的西安市第四污水处理厂进水水样(550 nm下吸光度为1.378)中，则相应浓度为10、20、30、40、50 mg/L，加入1 mol/L CaCl21 mL，水样初始pH为6.14的情况下进行SS去除效果实验。相关实验结果如图1所示。

图1 微生物絮凝剂对水样SS去除的最佳絮凝剂投加量确定

由图1可知，絮凝剂投加量为 40 mg/L时，60 min内水样中SS的去除率可达39.783%，其他投加量下，60 min内水样SS去除率均不如投加量为40 mg/L时的效果好。

2.1.2 微生物絮凝剂对水样中SS去除的最佳pH值确定

分别调节西安市第四污水处理厂进水水样的pH为 4、5、6、7、8、9、10。当絮凝剂投加量为0.4 mL、CaCl2投加量为1 mL时进行实验。相关实验结果见图2。

图2 微生物絮凝剂对水样中SS去除最佳pH值确定

由图2可知，絮凝剂投加量为40 mg/L、pH为10时，60 min内水样中SS的去除效果最好，可达85.994%。但考虑到西安市第四污水处理厂进水样pH为6.14，并且在pH为7和8时水样SS的去除率为64.006%、68.578%，对水样SS的去除效果也相当不错，在实际应用中考虑节省处理费用，故选择调节进水水样的pH为7.5作为NII4絮凝剂去除SS的最佳pH值。

2.1.3 微生物絮凝剂与PAM、PAC对水样SS去除效果对比

分别向水样中投加微生物絮凝剂40 mg/L、PAC 30 mg/L、PAM 40 mg/L，保持水样原始pH为6.14进行实验。相关实验结果如图3所示。

图3 微生物絮凝剂、PAM、PAC对水样中SS去除效果比较

由图3可见，NII4微生物絮凝剂投加量为40 mg/L，30 min内水样中SS的去除效果最好，可以达到73.44%，其他药剂投加量下，30 min内水样SS去除率均不如NII4微生物絮凝剂的效果好。

2.2 微生物絮凝剂对水样COD的去除效果

图4为微生物絮凝剂NII4对水样COD的去除效果示意。

图4 微生物絮凝剂对水样COD去除效果

由图4可以看出，微生物絮凝剂投加量为40 mg/L时对水样COD的去除效果最佳。原始水样COD为670 mg/L，经NII4微生物絮凝剂处理后水样COD为407 mg/L，絮凝剂对水样COD的去除率可达39.25%，表明NII4微生物絮凝剂对西安市第四污水处理厂进水水样COD有良好的去除效果。

3 结论

本研究通过NII4微生物絮凝剂对西安市第四污水处理厂进水SS和COD的去除实验，以及在水处理方面与PAM、PAC的对比实验，得出以下结论:

(1)微生物絮剂对污水处理厂进水SS具有良好的去除效果。在絮凝剂投加量为40 mg/L的实验条件下，NII4微生物絮凝剂对西安市第四污水处理厂进水SS在60 min内去除率可达86%，优于PAM、PAC的处理效果。

(2)微生物絮凝剂对污水处理厂进水COD具有良好的去除效果。在微生物絮凝剂投加量为40 mg/L实验条件下，NII4微生物絮凝剂对西安市第四污水处理厂进水COD在30 min内去除率可达39.25%。

［1］李和平，郑泽根，朱柱，等.微生物絮凝剂［J］.重庆建筑大学学报，2000，22(3):113-117.

［2］王志新，佟永贺.微生物絮凝剂的研究进展及应用［J］.内蒙古环境科学，2008，20(5):31-35.

［3］国峰，陆斌，黄晓琛.微生物絮凝剂的研究进展与发展趋势//第八届全国水处理混凝技术研讨会论文集［C］，昆明:中国化工学会，2000.

［4］布坎南R E，吉布斯N E.伯杰氏细菌鉴定手册［M］.8版.北京:科学出版社，1984:179-186.

［5］朱琳.产絮凝剂微生物的筛选及絮凝条件的研究［J］.辽宁经济管理干部学院学报，2009，6:68-69.

［6］陈盛，钱伟，罗志敏，等.酸性多糖微生物絮凝剂的提取纯化与分析［J］.环境污染治理技术与设备，2006，7 (12):61-64.

［7］奚旦立，孙裕生，刘秀英.环境监测［M］.北京:高等教育出版社，2004，3-4.