微生物絮凝剂的污泥脱水性能研究

第28卷　第3期

2009年 5月环　境　化　学ENV I RONMENT AL CHE M I ST RY Vol .28,No .3M ay 2009

　2008年6月13日收稿.

　3广东省科技计划项目(2005B33301004)133通讯联系人.

微生物絮凝剂的污泥脱水性能研究

3叶何兰1　叶锦韶1,233　钟子嘉1　尹　华1　彭　辉1　张　娜

1(1　暨南大学环境工程系,广州,510632;2　中国科学院广州地球化学研究所,有机地球化学国家重点实验室,广州,510640)摘　要　采用酱油曲霉发酵制备的微生物絮凝剂对广州市猎德污水处理厂浓缩污泥的脱水性能进行研究1实验结果表明,酱油曲霉分泌的微生物絮凝剂对浓缩污泥有较好的脱水效果,调理后的污泥比阻可降至819×1011m ・kg -1,显著地改善了污泥的脱水性能1与对照样相比,脱水率提高了7%,含水率降低了6%1当絮凝剂的投加量为污泥体积的5%、干重质量浓度为518mg ・l -1时,污泥的脱水效果最佳,污泥脱水率从7516%提高到8216%,污泥含水率从8214%降到7614%1微生物絮凝剂和聚丙烯酰胺(P AM )复合使用有助于改善污泥的脱水性能,当10mL 116mg ・l -1微生物絮凝剂和6mL 1g ・l -1P AM 复合使用时,污泥的脱水率为8219%,脱水后污泥的含水率为7611%1

关键词　酱油曲霉,微生物絮凝剂,污泥1

城市污水厂的浓缩污泥含水率高,脱水性能差,不利于储藏、运输和消纳1因此,污泥的脱水技术和脱水效果直接决定了污泥的处置容积和污泥资源化的价值1脱水前,通过投加絮凝剂进行调理是改善污泥脱水性能最常用的方法1聚丙烯酰胺(P AM )和聚合氯化铝(P AC )等常用的无机和有机高分子絮凝剂,具有生物毒性、难以被生物降解,微生物絮凝剂(MBF )是利用生物技术从微生物体或其分泌物中提取、纯化而获得的一类安全、高效,且能自然降解、无二次污染的新型水处理剂和污泥调理剂,在污泥无害化脱水中,具有广阔的应有前景[1—8]

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本文采用酱油曲霉(A spergillus sojae )发酵制备的MBF,对广州市猎德污水处理厂浓缩污泥的脱水性能进行研究,将有助于拓展MBF 的研究和应用,增强污泥的资源化利用价值11　实验方法

将酱油曲霉(A sperg illus sojae )菌体接种于250m l 培养液中,置于32℃恒温摇床培养箱内,以150r ・m in -1振荡培养3d 1培养物于3000r ・m in -1

离心机中离心5m in,然后进行污泥絮凝脱水实验1 取离心后的发酵液以真空干燥法浓缩至原体积的20%左右,放置在4℃冰箱中预冷1然后用2倍体积预冷至4℃的无水乙醇沉淀提取,在冰箱中放置16h 后离心,弃去上清液,用75%的乙醇洗涤沉淀,将沉淀真空冷冻干燥,得到生物絮凝剂,确定絮凝剂的质量浓度(质量浓度=生物絮凝剂质量/发酵液体积).

取200m l 浓缩污泥置于烧杯中,投加定量微生物絮凝剂,以150r ・m in -1

快速搅拌3m in,再以50r ・m in -1慢速搅拌6m in 1将絮凝调理后的污泥倒入装有滤布的离心管中,以3000r ・m in -1离心7m in 1然后取滤布上的污泥称重,计算污泥脱水率,脱水率=(脱水前污泥质量-脱水后污泥质量)/脱水前污泥质量1

将离心后的污泥于103—105℃烘箱中烘干至恒重,测含水率,含水率=(烘干前污泥质量-烘干后污泥质量)/烘干前污泥质量.

2　微生物絮凝剂投加量对污泥脱水效果的影响

于2007年7月至10月,采集广州市猎德污水处理厂的浓缩污泥池的污泥1污泥的含水率、比阻

和沉降比分别为9713%±017%(017%),517×1013m ・kg -1±117×1013m ・kg

-1(2918%)和41%±311%(716%).由于污泥比阻高达(517±117)×1013m ・kg -1,所以猎德污水处理厂的浓缩污泥

　3期叶何兰等:微生物絮凝剂的污泥脱水性能研究415

脱水难度较大.经本研究开发的微生物絮凝剂调理后,污泥比阻可降至819×1011m・kg-1,显著地改善污泥的脱水性能.

分别投加2m l,4m l,6m l,7m l,8m l,10m l,13m l,16m l和20m l絮凝剂于200m l浓缩污泥中,另取不投加絮凝剂的等量污泥进行同步对照实验,实验结果如图1所示1絮凝剂的投加可以改善污泥的脱水性能,而且脱水效果总的变化趋势较平稳,当絮凝剂的投加量为10m l,即絮凝剂与污泥的体积比为5%时,污泥脱水效果最佳,以下实验均采用该投加量进行污泥调理1

根据微生物絮凝剂提取实验,发酵液中微生物絮凝剂的质量浓度为116mg・l-11当体积比为5%时,处理1L污泥所需的微生物絮凝剂为518mg1另取提纯后的微生物絮凝剂进行污泥脱水实验,其对污泥的脱水效果是发酵液中絮凝剂脱水效果的8215%,证实提纯后絮凝剂的性能较稳定1

与对照实验相比,此时污泥脱水率从7516%提高到8216%;污泥含水率从8214%降低到7614%1实验结果还表明,并不是微生物絮凝剂的投加量愈大,污泥的脱水效果就愈好1当投加量超过一定值时,脱水效果会有一定程度的降低1其原因可能是微生物絮凝剂与污泥的作用位点有限,随着其投加量的增加,作用位点达到饱和状态;此外,微生物絮凝剂虽然可以通过架桥、网捕和电荷中和等作用使污泥浓缩,便于后续的机械脱水,但是,随着浓度的增加,会使微生物絮凝剂在污泥颗粒间形成较稳定的屏障,阻碍了污泥的进一步压缩1

3　酱油曲霉培养时间对污泥脱水效果的影响

分别对培养时间为48h,60h,72h,84h,96h和120h的酱油曲霉发酵液进行污泥脱水实验,以不加絮凝剂的等量污泥进行同步对照实验,结果如图2所示1

由图2可知,培养72h后酱油曲霉发酵液对污泥的脱水效果最佳1和其它微生物一样,酱油曲霉的生长经历延滞期、对数期、稳定期和衰亡期1絮凝活性物质作为次级代谢产物,由酱油曲霉在对数期开始分泌,在稳定期达到最大量1不添加絮凝剂进行调理的污泥的含水率和脱水率分别为8210%

和7814%,故培养72h后收获的酱油曲霉发酵液能有效地降低含水率413%,提高脱水率616%

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图1　MBF投加量对脱水效果的影响

F i g11　Effect of dosage ofMBF on

sludge de

watering 图2　酱油曲霉培养时间对脱水效果的影响F i g12　Effect of gr owth phases of A spergillus

soj ae on sludge de watering

4　污泥温度对污泥脱水效果的影响

分别控制温度在15℃,20℃,24℃,28℃,32℃和35℃进行絮凝脱水实验1实验结果如图3所示1当污泥温度为20℃和32℃时,微生物絮凝剂能发挥较好的作用1但是,当温度偏低或偏高时,经微生物絮凝剂调理后的污泥的脱水性能会受到影响1这主要是由于温度偏低时,不利于微生物絮凝剂分子链的舒展;而当温度较高时,污泥中的微生物释放的胞外脂多糖等聚合物增加,从而需要消耗更多的絮凝剂1

5　污泥pH值对污泥脱水效果的影响

由于猎德污水处理厂7月至10月污泥的pH值为612—614,波动幅度不大,参考该监测结果,把污泥的pH值分别调节为510,515,610,615和710,考察微生物絮凝剂对合理变化范围内pH值