一种处理不含钙离子强碱性废水的复合微生物絮凝剂及其应用.pdf

本发明涉及一种处理不含钙离子强碱性废水的复合微生物絮凝剂及其应用，属于工业废水生物处理领域。将微生物絮凝剂和氯化钙溶液混合，制备得到复合微生物絮凝剂；所述微生物絮凝剂是在一定条件下将节杆菌（Arthrobacter sp）接种于培养基培养、发酵，将发酵培养液离心，所得胞外上清液即为微生物絮凝剂。通过将以上微生物絮凝剂和氯化钙溶液配合使用，实现互补，避免了单一微生物絮凝剂在不含钙离子强碱性废水中使用效果一般的问题，显著提高絮凝效率，显著降低废水的pH。本发明的复合微生物絮凝剂使用简单，絮凝效率高，絮凝剂投加量低，生产成本低。

权利要求书
1.   一种处理不含钙离子强碱性废水的复合微生物絮凝剂，其特征在于，是由以下方法制成的：
a挑取节杆菌（ Arthrobacter sp.）单菌落接种于LB种子培养基中，培养，得培养液；
b将上述培养液接种于发酵培养基中，发酵培养，得发酵培养液；
c将上述发酵培养液离心，所得胞外上清液，即为微生物絮凝剂；
d配制一定浓度的氯化钙溶液，然后加入上述微生物絮凝剂，搅拌均匀，既得复合微生物絮凝剂。

2.  根据权利要求1所述的微生物絮凝剂，其特征在于，LB种子培养基成分：蛋白胨5-15g/L，酵母粉2-8g/L，氯化钠5-12g/L；发酵培养基成分：葡萄糖5-15g/L，酵母粉1-5g/L，磷酸二氢钾1-8g/L。

3.  根据权利要求1所述的微生物絮凝剂，其特征在于，步骤a培养时间10-20h，培养温度25-37℃，摇床转速120-200r/min；步骤b接种量3-10%，培养时间60-80h，培养温度25-32℃，摇床转速160-250r/min；步骤c离心时间5-15min，微生物絮凝剂含多糖50-70%、蛋白质30-50%和核酸0.1-1.0%；步骤d氯化钙溶液的浓度0.4-1.6%，复合微生物絮凝剂中氯化钙溶液和微生物絮凝剂的体积比为1:0.5-2。

4.  根据权利要求2所述的复合微生物絮凝剂，其特征在于，LB种子培养基成分：蛋白胨12g/L，酵母粉5g/L，氯化钠10g/L；发酵培养基成分：葡萄糖10g/L，酵母粉2.5g/L，磷酸二氢钾4g/L。

5.  根据权利要求3所述的复合微生物絮凝剂，其特征在于，步骤a培养时间15h，培养温度28℃，摇床转速150r/min；步骤b接种量5%，发酵培养基培养时间72h，培养温度30℃，摇床转速200r/min；步骤c离心时间10min，微生物絮凝剂含多糖65%、蛋白质35%和核酸0.5%；步骤d氯化钙溶液的浓度0.8%，复合微生物絮凝剂中氯化钙溶液和微生物絮凝剂的体积比为1:1。

6.  一种权利要求1至5中任一项所述的复合微生物絮凝剂的应用，其特征在于，将复合微生物絮凝剂加入待处理的pH 10.5-14的不含钙离子强碱性废水中，加入量按复合微生物絮凝剂和废水体积比1:6-13，以100-300r/min速度搅拌20-50s，静置沉淀5-20min，絮凝悬浮物质。

7.  根据权利要求6所述的复合微生物絮凝剂的应用，其特征在于，所述废水pH 12-14，复合微生物絮凝剂和废水的体积比1:9，搅拌速度200r/min，搅拌时间30s，静置沉淀时间10min。

8.  根据权利要求6所述的复合微生物絮凝剂的应用，其特征在于，所述废水为皮革、印染、电镀工业产生的废水。

说明书一种处理不含钙离子强碱性废水的复合微生物絮凝剂及其应用
技术领域
本发明属于工业废水生物处理领域，具体涉及一种处理不含钙离子强碱性废水的复合微生物絮凝剂及其应用。
技术背景
碱性废水指含有某种碱类、pH值高于9.0的废水，根据pH不同可分为弱碱性废水和强碱性废水，主要来源于化工、印染、皮革、炼油、建筑等工业。如不经过处理排放，将腐蚀管道、渠道和水工建筑物；排入水体后将改变其pH，破坏水体自然生态，对养殖业造成严重威胁；渗入土壤则容易造成土壤盐碱化，影响农业生产。目前碱性废水的处理方法主要有酸碱中和法、絮凝法、化学沉淀法和结晶法。其中絮凝法因具有良好的环境经济效益近年来备受关注。絮凝法主要由化学絮凝剂和生物絮凝剂来实现。与化学絮凝剂相比，生物絮凝剂具有易生物降解、环境危害性小、无二次污染等优势。尤其是微生物絮凝剂因具有制备简单、生产成本低、生产周期短等优势成为生物絮凝剂的核心成员。但是由于其自身的分子结构、空间形状、分子量、基团等条件的限制，使其絮凝能力具有一定的局限性。传统的无机絮凝剂可以弥补微生物絮凝剂的缺点，但是单独使用时投药量大，运行费用高，且产生的沉淀污泥量大。如果两者能配合使用，实现互补，这样不仅可以提高絮凝效率、降低絮凝剂投加量、成本，还可以拓宽处理废水的种类。
已见公知的2012年，山东大学发明专利申请的“聚合铝-改性复合生物絮凝剂无机有机复合絮凝剂及其制备方法”（申请号为 201210123810.7），通过对复合微生物絮凝剂与丙烯酰胺及二甲基二烯丙基氯化铵在过硫酸钾和亚硫酸钠引发剂存在下接枝共聚制得的改性复合型生物絮凝剂与聚合铝（AlCl3·6H2O原料溶于蒸馏水，加Na2CO3调节碱化度，常温反应制得）按比例混合反应制得，充分利用氯化铝、丙烯酰胺和生物絮凝剂的特性，但是在污水中会存在残留的铝离子和丙烯酰胺，形成二次污染。而具有高效、廉价、针对不含钙离子的强碱性废水的复合微生物絮凝剂未见报道。
优先权事项：
申请日：2014年07月21日。申请号：2014103466056。申请人：济南大学。发明创造名称：一种处理不含钙离子强碱性废水的复合微生物絮凝剂及其应用。
发明内容
针对现有微生物絮凝剂的不足，本发明提供一种处理不含钙离子强碱性废水的复合微生物絮凝剂及其应用，本发明的复合微生物絮凝剂使用絮凝效率高，投加量低，针对性强。
为了实现本发明的目的，发明人利用节杆菌（ Arthrobacter sp.）制备了一种针对不含钙离子强碱性废水的复合微生物絮凝剂，并将其用于不含钙离子的强碱性废水处理，取得了非常好的使用效果。
本发明制备的一种处理不含钙离子强碱性废水的微生物絮凝剂，是由以下方法制成的：
a挑取节杆菌（ Arthrobacter sp.）单菌落接种于LB种子培养基中，培养，得培养液；
b将上述培养液接种于发酵培养基中，发酵培养，得发酵培养液；
c将上述发酵培养液离心，所得胞外上清液，即为微生物絮凝剂；
d配制一定浓度的氯化钙溶液，然后加入上述微生物絮凝剂，搅拌均匀，既得复合微生物絮凝剂。
所述的，LB种子培养基成分：蛋白胨5-15g/L，酵母粉2-8g/L，氯化钠5-12g/L；发酵培养基成分：葡萄糖5-15g/L，酵母粉1-5g/L，磷酸二氢钾1-8g/L。
所述的，步骤a培养时间10-20h，培养温度25-37℃，摇床转速120-200r/min；步骤b接种量3-10%，培养时间60-80h，培养温度25-32℃，摇床转速160-250r/min；步骤c离心时间5-15min，微生物絮凝剂含多糖50-70%、蛋白质30-50%和核酸0.1-1.0%；步骤d氯化钙溶液的浓度0.4-1.6%，复合微生物絮凝剂中氯化钙溶液和微生物絮凝剂的体积比为1:0.5-2。
所述的，节杆菌是现有的常规菌种，可以从美国菌种保藏中心(ATCC)购买得到。
所述节杆菌为ATCC31012。节杆菌是所有土壤细菌中最为常见的细菌之一，有明显的生长周期，专性好氧，化能异养，呼吸代谢，可有效降解水中各种有机物和吸附金属离子。
优选的，LB种子培养基成分：蛋白胨10g/L，酵母粉5g/L，氯化钠10g/L；发酵培养基成分：葡萄糖10g/L，酵母粉2.5g/L，磷酸二氢钾4g/L。
优选的，步骤a培养时间15h，培养温度28℃，摇床转速150r/min；步骤b接种量5%，发酵培养基培养时间72h，培养温度30℃，摇床转速200r/min；步骤c离心时间10min，微生物絮凝剂含多糖65%、蛋白质35%和核酸0.5%；步骤d氯化钙溶液的浓度0.8%，复合微生物絮凝剂中氯化钙溶液和微生物絮凝剂的体积比为1:1。
复合微生物絮凝剂处理不含钙离子强碱性废水：
将本发明制得的复合微生物絮凝剂加入待处理的pH 10.5-14的不含钙离子强碱性废水中，加入量按复合微生物絮凝剂和废水体积比1:6-13，以100-300r/min速度搅拌20-50s，静置沉淀5-20min，絮凝悬浮物质。
优选的，废水pH 12-14，复合微生物絮凝剂和废水的体积比1:9，搅拌速度200r/min，搅拌时间30s，静置沉淀时间10min。
所述的，废水为皮革、印染、电镀产生的废水。
本发明的复合微生物絮凝剂可直接用于不含钙离子强碱性工业废水处理，解决了单一微生物絮凝剂在不含钙离子强碱性废水中使用效果一般的问题。本发明的复合微生物絮凝剂使用简单，显著降低废水的pH，絮凝效率高，絮凝剂投加量低，生产成本低。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例1
复合微生物絮凝剂的制备：
a将节杆菌ATCC31012接种于LB种子培养基中培养14h，培养温度30℃，摇床转速180r/min，得培养液；
b将上述培养液按接种量10%接种于发酵培养基中培养72h，培养温度30℃，摇床转速200r/min，得发酵培养液；
c将上述发酵培养液离心10min，所得胞外上清液，即为微生物絮凝剂；
d配制0.4%的氯化钙溶液，然后按氯化钙溶液和微生物絮凝剂的体积比为1:2加入上述微生物絮凝剂，搅拌均匀，既得复合微生物絮凝剂。
LB种子培养基成分为：蛋白胨15g/L，酵母粉2g/L，氯化钠12g/L。
发酵培养基成分为：葡萄糖5g/L，酵母粉5g/L，磷酸二氢钾1g/L。
微生物絮凝剂含多糖65%、蛋白质35%和0.5%核酸。
复合微生物絮凝剂处理不含钙离子强碱性废水：
将本实施例制得的复合微生物絮凝剂加入待处理的不含钙离子强碱性废水中，加入量按复合微生物絮凝剂和废水体积比1:6，以100r/min速度搅拌50s，静置沉淀20min，絮凝悬浮物质。
实施例2
复合微生物絮凝剂的制备：
a将节杆菌ATCC31012接种于LB种子培养基中培养14h，培养温度30℃，摇床转速180r/min，得培养液；
b将上述培养液按接种量5%接种于发酵培养基中培养72h，培养温度30℃，摇床转速200r/min，得发酵培养液；
c将上述发酵培养液离心10min，所得胞外上清液，即为微生物絮凝剂；
d配制0.8%的氯化钙溶液，然后按氯化钙溶液和微生物絮凝剂的体积比为1:1加入上述微生物絮凝剂，搅拌均匀，既得复合微生物絮凝剂。
LB种子培养基成分为：蛋白胨12g/L，酵母粉5g/L，氯化钠10g/L。
发酵培养基成分为：葡萄糖10g/L，酵母粉2.5g/L，磷酸二氢钾4g/L。
微生物絮凝剂含多糖65%、蛋白质35%和0.5%核酸。
复合微生物絮凝剂处理不含钙离子强碱性废水：
将本实施例制得的复合微生物絮凝剂加入待处理的不含钙离子强碱性废水中，加入量按复合微生物絮凝剂和废水体积比1:9，以200r/min速度搅拌30s，静置沉淀10min，絮凝悬浮物质。
实施例3
复合微生物絮凝剂的制备：
a将节杆菌ATCC31012接种于LB种子培养基中培养16h，培养温度25℃，摇床转速200r/min，得培养液；
b将上述培养液按接种量3%接种于发酵培养基中培养80h，培养温度25℃，摇床转速220r/min，得发酵培养液；
c将上述发酵培养液离心5min，所得胞外上清液，即为微生物絮凝剂；
d配制1.6%的氯化钙溶液，然后按氯化钙溶液和微生物絮凝剂的体积比为1:0.5加入上述微生物絮凝剂，搅拌均匀，既得复合微生物絮凝剂。
LB种子培养基成分为：蛋白胨5g/L，酵母粉8g/L，氯化钠5g/L。
发酵培养基成分为：葡萄糖15g/L，酵母粉1g/L，磷酸二氢钾8g/L。
微生物絮凝剂含多糖70%、蛋白质30%和1.0%核酸。
复合微生物絮凝剂处理不含钙离子强碱性废水：
将本实施例制得的复合微生物絮凝剂加入待处理的不含钙离子强碱性废水中，加入量按复合微生物絮凝剂和废水体积比1:13，以300r/min速度搅拌20s，静置沉淀5min，絮凝悬浮物质。
效果实施例 1
实验室检测絮凝效果的模拟实验，考察实施例和常用絮凝剂的效果。
絮凝率的测定：向100mL比色管中加入0.5g高岭土、3mL的1%CaCl2溶液和2mL复合微生物絮凝剂，然后加蒸馏水至100mL(A)，以其他条件相同但用2mL同等条件的发酵培养基代替絮凝剂作为对照(B)，盖上磨口塞，将比色管上下自然翻转和振荡2min，务必使高岭土和CaCl2溶液以及絮凝剂完全溶解和充分混合，静止5min；
取比色管中50mL处的处理液，用722型分光光度计测定其在550nm波长处的吸光度OD550nm，以蒸馏水作为空白对照，絮凝率(Flocculation Rate,FR,%) 的计算公式如下：
FR(%)=(B-A)/B×100；
对比例1：实施例2制得的微生物絮凝剂。
对比例2：非固化复合生物发酵液。
对比例3：常规市售阴离子聚丙烯酰胺。
结果如表1所示。
表1实施例与不同类型絮凝剂絮凝性能比较
类别 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3 FR(%) 90.82±1.2 93.96±1.7 93.03±2.1 84.75±1.4 89.13±1.7 85.87±2.2
效果实施例 2
某印染厂废水的应用效果，从印染废水中取出废水，分成六个100mL，分别加入0.2g前面实施例1-3制得的复合微生物絮凝剂、0.2g实施例2制得的微生物絮凝剂（对比例1）、0.2g 非固化复合生物发酵液（对比例2）和0.2g聚丙烯酰胺（对比例3），摇匀，静止30min，取上清液测定OD550nm和pH，结果如表2所示。
表 2 印染废水处理效果
  pH值 COD（mg/L） 絮凝率（%） 絮凝前 11.9 859 — 实施例1 6.7±0.3 132±2 93.92±2.4 实施例2 6.6±0.1 117±3 95.01±1.8 实施例3 6.9±0.2 128±2 94.54±1.4 对比例1 9.9±0.4 152±2 84.95±1.6 对比例2 10.5±0.1 145±1 82.08±1.8 对比例3 10.8±0.2 149±1 78.74±2.0
综上所述，相比于现有技术，本发明的有益效果如下：(1)本发明提供了一种处理不含钙离子强碱性废水的复合微生物絮凝剂，避免现有技术加酸降低待处理废水pH的过程，降低了使用成本，避免了酸对设备的腐蚀；（2）本发明的复合微生物絮凝剂适用pH值范围在10.5～14，克服了一般絮凝剂在此pH值范围絮凝效果极差,不能降低待处理废水pH的缺点；（3）单一微生物絮凝剂在不含钙离子强碱性废水中使用效果一般，通过微生物和氯化钙溶液配合使用，实现互补，显著提高絮凝效率，同时能显著降低废水的pH。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。