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]1 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13　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%1图1　MBF投加量对脱水效果的影响F i g11　Effect of dosage ofMBF onsludge dewatering 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 spergillussoj ae on sludge de watering4　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15　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416　环 境 化 学28卷变化的适应能力,结果如图4所示1总的看来,经微生物絮凝剂调理并脱水后的污泥的含水率均低于80%,为7719%—8010%1这说明该絮凝剂对污泥pH值的波动具有较强的适应能力,其中当pH值为615时,脱水效果最佳,同时该pH值也是酱油曲霉培养的pH值环境1因此,在实际应用中,可以不必调节污泥pH值和发酵液pH值,发酵后制备的液态微生物絮凝剂可直接应用于污泥脱水中1图3　污泥温度对脱水效果的影响F i g13　Effect of sludge te mperature on sludge de watering图4　pH值对污泥脱水效果的影响F i g14　Effect of sludge pH on sludge de watering6　M BF和PA M复合使用对污泥脱水效果的影响 分别取0m l,2m l,4m l,6m l,8m l和10m l的1g・l-1P AM溶液与10mL116mg・l-1MBF调理200m l浓缩污泥,探讨其复合使用的效果,结果如图5所示1从总的变化趋势判断,P AM单独投加及其与MBF复合使用,对污泥的脱水效果的影响大致相同1两者复合使用的性能较为稳定1在本实验的操作条件下,MBF单独使用的效果稍优于P AM,10m l MBF和10m l P AM单独投加时对污泥的脱水率分别为8210%和8016%1当10m l MBF和6m l P AM复合使用时,污泥脱水的效果最佳,脱水率为8219%,脱水后污泥的含水率为7611%1 两者复合使用虽然增加了絮凝剂的使用量,但是实验结果没有出现使用量偏大导致污泥脱水效果变差的现象,污泥的脱水性能反而得到了优化1这是由于MBF的分子链较短,但是活性基团种类较多,而P AM的分子链较长,但是活性基团种类单一,两种絮凝剂的复合使用可以实现优势互补.图5　MBF和P AM复合使用对污泥脱水效果的影响─■─含水率(MBF=10m l)　─□─含水率(MBF=0m l)　─▲─脱水率(MBF=10m l)　─△─脱水率(MBF=0m l)F i g15　Effect of combined use of MBF and P AM on sludge de watering 综上所述,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,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,污泥脱水率从7516%提高到8216%,污泥含水率从8214%降低到7614%1另外,MBF和P AM复合使用有助于改善污泥的脱水性能,当10mL116 mg・l-1MBF和6mL1g・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%.　3期叶何兰等:微生物絮凝剂的污泥脱水性能研究417参　考　文　献[1]　Hans Saveyn,Daan Curvers,O livier Thas et al.,Op ti m izati on of Sewage Sludge Conditi oning and Pressure Dewatering by StatisticalModelling[J]1W ater R esearch,2008,42(4—5)∶1061—1074[2]　Xia Siqing,Zhang Zhiqiang,W ang Xuejiang et al.,Pr oducti on and Characterizati on of a B i ofl occulant by Proteus m irabilis TJ21[J]1B ioresource Technology,2008,99(14)∶6520—6527[3]　Isabel Beauchesne,R idha Ben Cheikh,Guy Mercier et al.,Che m ical Treat m ent of Sludge:I n2Dep th Study on T oxic Metal Re movalEfficiency,De watering Ability and Fertilizing Pr operty Preservati on[J]1W ater R esearch,2007,41(9)∶2028—2038[4]　Zheng Yan,Ye Zhi2Long,Fang Xu2L iang et al.,Pr oducti on and Characteristics of a B i ofl occulant Pr oduced by B acillus s p1F19[J]1B ioresource Technology,2008,99(16)∶7686—7691[5]　Prasertsan P,Der m li m W,Doelle H et al.,Screening,Characterizati on and Fl occulating Pr operty of Carbohydrate Poly mer fr om NewlyIs olated Enterobacter cloacae WD7[J]1Carbohydrate Polym ers,2006,66(3)∶289—297[6]　Gong W en2xin,W ang Shu2guang,Sun Xue2fei et al.,B i ofl occulant Pr oducti on by Culture of Serratia ficaria and Its App licati on inW astewater Treat m ent[J]1B ioresource Technology,2008,99(11)∶4668—4674[7]　Masanori Fujita,M ichihiko I ke,Shinya Tachibana et al.,Characterizati on of a B i ofl occulant Pr oduced by C itrobacter s p1TKF04fr omAcetic and Pr op i onic Acids[J]1Journal of B ioscience and B ioengineering,2000,89(1)∶40—46[8]　Zouboulis A I,Chai Xiao2li,Kats oyiannis IA,The App licati on of B i ofl occulant f or the Re moval of Hum ic Acids fr om Stabilized LandfillLeachates[J]1Journal of Environm ental M anage m ent,2004,70(1)∶35—41STU DY O N S L UD GE D E W ATER ING US INGM I CR O B I AL FLOCCU LANTYE He2lan1 YE J in2shao1,2 ZHON G Z i2jia1 Y IN Hua1 PEN G Hui1 ZHAN G N a1 (1　Depart m ent of Envir onmental Engineering,Jinan University,Guangzhou,510632,China;2　State Key Laborat ory of O rganic Geochem istry,I nstitute of Geoche m istry,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou,510640,China)ABSTRACT M icr obial fl occulant excreting by A spergillus sojae was utilized t o perf or m de watering experi m ents in this study1The investigati on results indicated that the m icr obial fl occulant could reduce the s pecific resistance of sludge t o819×1011m・kg-11The rati os of de watering efficiency increased7%,while those of moisture con2 tent were dep ressed6%1W hen the dosage of the m icr obial fl occulant was5%of the sludge volu me,it could i m p r ove the de watering characteristics of the sludge op ti m ally1The percentages of de watering were increased fr om7516%t o8216%,and the moisture contents were decreased fr om8214%t o7614%1Es pecially,the treat m ent could be more effective when10m l of m icr obial fl occulant combined with6m l of polyacryla m ide was added int o the sludge1The rati os of de watering and moisture content were8219%and7611%when their con2 centrati ons were116mg・l-1and1g・l-1res pectively1 Keywords:A sperg illus sojae,m icr obial fl occulant,sludge.。