隨著對(duì)海洋資源的開發(fā)越來越廣泛，我國沿海城市出現(xiàn)了許多利用海帶生產(chǎn)褐藻膠的工廠。在生產(chǎn)褐藻膠的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的脫鈣廢水，其中含有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-等無機(jī)鹽，主要的大分子污染物為褐藻膠、海帶淀粉、褐藻多糖、蛋白質(zhì)等有機(jī)物，水質(zhì)混濁，COD在2000～3000mg/L，隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)廢水會(huì)發(fā)臭。目前，褐藻膠生產(chǎn)廢水多未經(jīng)處理直接排放于環(huán)境中，嚴(yán)重地污染了水體和周邊土壤。

目前對(duì)于褐藻膠生產(chǎn)廢水的處理方法常見的為絮凝法，選用的絮凝劑主要包括以鋁鹽、鐵鹽及其共聚物為基礎(chǔ)的無機(jī)絮凝劑和以聚丙烯酰胺為代表的合成有機(jī)高分子絮凝劑。投加無機(jī)絮凝劑會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害，如長(zhǎng)期飲用含鋁鹽的水會(huì)引起阿爾茨海默��；而且大量含有鋁鹽的污泥也會(huì)產(chǎn)生二次污染。有機(jī)高分子絮凝劑特別是聚丙烯酰胺衍生物在自然環(huán)境中不易降解，且單體丙烯酰胺具有強(qiáng)烈的神經(jīng)毒性和致癌致突變作用。因此，找到可降解、安全、無二次污染的傳統(tǒng)絮凝劑替代物是目前絮凝劑研究與開發(fā)的熱點(diǎn)。生物絮凝劑因具有易于降解和對(duì)環(huán)境無害的特點(diǎn)顯示出替代傳統(tǒng)絮凝劑的潛力。

本研究首先分離篩選出一株絮凝劑高產(chǎn)菌株B-12，然后對(duì)B-12所產(chǎn)復(fù)合型生物絮凝劑BF-12的活性及組成成分進(jìn)行了研究，考察了BF-12在不同條件下對(duì)褐藻膠生產(chǎn)廢水的絮凝效果，并由此得出該絮凝劑對(duì)褐藻膠生產(chǎn)廢水的最佳處理?xiàng)l件。該研究為褐藻膠生產(chǎn)廢水的無害化處理提供了新思路。

1材料和方法

1.1材料

1.1.1實(shí)驗(yàn)用水

實(shí)驗(yàn)所用褐藻膠生產(chǎn)廢水取自山東尋山水產(chǎn)集團(tuán)。其水質(zhì)為：CODCr2600mg/L，BOD51200mg/L，SS350mg/L，NH3-N65mg/L，pH7.0~7.5。

1.1.2產(chǎn)絮凝劑菌株的來源與篩選用培養(yǎng)基

產(chǎn)絮凝劑菌株的來源：本實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)絮凝劑菌株是從西安市第五污水處理廠提供的活性污泥中分離篩選得到，并于實(shí)驗(yàn)室保存。

篩選用無機(jī)鹽培養(yǎng)基的成分：葡萄糖40g，（NH4）2SO41g，K2HPO40.5g，NaCl0.05g，F(xiàn)eCl30.01g，MgSO4•7H2O0.5g，CaCl20.5g，酵母提取物0.1g，蛋白胨0.1g。于121℃下高溫滅菌30min后備用。

1.1.3高嶺土懸濁液

稱取1g高嶺土放入1L水中，充分?jǐn)噭虿㈧o置120min后吸取上清液，該上清液即為所需的高嶺土懸濁液。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1產(chǎn)絮凝劑菌株的篩選與初步鑒定

按1.1.2中的配方制備篩選用無機(jī)鹽液體培養(yǎng)基和無機(jī)鹽固體培養(yǎng)基，初始pH調(diào)整為7.0。將100mL無機(jī)鹽液體培養(yǎng)基裝于250mL錐形瓶中，然后將采集到的活性污泥樣品制備成懸濁液并接入此液體培養(yǎng)基中。將錐形瓶放入搖床中以180r/min的轉(zhuǎn)速，于30℃下培養(yǎng)3d。將富集得到的菌液轉(zhuǎn)接入固體培養(yǎng)基中，于30℃下培養(yǎng)3d。對(duì)固體培養(yǎng)基中長(zhǎng)出的菌株進(jìn)行絮凝活性測(cè)定，挑選出絮凝活性最高的菌株。通過菌體形態(tài)和生理生化反應(yīng)對(duì)篩選出的菌株作初步的鑒定。

1.2.2復(fù)合生物絮凝劑的純化

為得到純化的絮凝劑首先將培養(yǎng)菌用的發(fā)酵液用同體積的蒸餾水稀釋，然后于6000r/min下離心15min除去菌體；向上清液中加入4倍體積的0℃乙醇沉淀，然后于3000r/min下離心15min，收集沉淀并將其再次溶于蒸餾水中。重復(fù)3次。然后用去離子水透析12h以上，凍干，即獲得純化的復(fù)合生物絮凝劑。

1.2.3褐藻膠生產(chǎn)廢水絮凝處理方法

于250mL燒杯中加入褐藻膠生產(chǎn)廢水100mL，然后加入一定量的BF-12和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的CaCl2，混勻后調(diào)節(jié)絮凝體系初始pH，在強(qiáng)力電動(dòng)攪拌器上快速攪拌（250r/min）30s，慢速攪拌（70r/min）5min，靜置15min，期間測(cè)定絮凝沉淀速率和光密度的變化。根據(jù)絮凝沉淀速率和光密度的變化來衡量絮凝劑BF-12對(duì)褐藻膠生產(chǎn)廢水的絮凝性能。

1.3分析及測(cè)定方法

1.3.1絮凝劑活性的評(píng)估

本實(shí)驗(yàn)用絮凝率來評(píng)估菌株所產(chǎn)絮凝劑的活性大小，并最終篩選出絮凝活性最大的菌株。具體方法是以高嶺土作為懸浮物來測(cè)定絮凝劑的活性〔3〕。在燒杯中加入1mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的CaCl2溶液和100mL高嶺土懸濁液，磁力攪拌3min（250r/min）；后加入0.1mL的菌液；調(diào)整高嶺土懸濁液的pH到7.0，于300r/min下攪拌30s，再于100r/min下攪拌1min，最后在室溫下靜置5min，至絮凝物形成。取上清液用VIS-7220N分光光度計(jì)在550nm處測(cè)定吸光度，計(jì)算絮凝率。

1.3.2復(fù)合生物絮凝劑的性質(zhì)分析與成分檢測(cè)

總糖含量用苯酚-硫酸法測(cè)定〔4〕；己糖含量用蒽酮法測(cè)定〔4〕；氨基己糖含量用Elson-Morgan反應(yīng)測(cè)定〔4〕；蛋白質(zhì)含量用Bradford和Lowry法測(cè)定〔5〕。用721N紫外分光光度計(jì)掃描BF-12中的蛋白質(zhì)含量；用Nicolet380FT-IR型紅外光譜儀掃描分析BF-12中的特征基團(tuán)。

2結(jié)果和討論

2.1高產(chǎn)絮凝劑菌的篩選和鑒定

經(jīng)平板分離純化后共得到152株菌株，從中篩選出16株絮凝率達(dá)到85%以上的菌株。其中編號(hào)B-12的菌株產(chǎn)生的絮凝物質(zhì)的絮凝率最高,達(dá)到94%，選其作為絮凝劑的高產(chǎn)菌株。菌株B-12個(gè)體形態(tài)為革蘭氏陰性短桿菌，極生鞭毛，不產(chǎn)芽孢，有莢膜；經(jīng)LB瓊脂培養(yǎng)基培養(yǎng)，菌落為圓形，邊緣不完整、不透明，表面光滑，根據(jù)菌株的生理生化實(shí)驗(yàn)的鑒定結(jié)果（見表1），依照伯杰細(xì)菌鑒定手冊(cè)，確定該菌歸屬于假單胞菌屬（Pseudomonassp.），命名為B-12。

2.2復(fù)合生物絮凝劑的組成分析

將菌株B-12產(chǎn)生的絮凝劑命名為BF-12，此復(fù)合型生物絮凝劑的化學(xué)成分分析結(jié)果見表2。由表2可知，生物絮凝劑粗提物的灰分為26%，這表明無機(jī)鹽并沒有用透析完全除去。

對(duì)BF-12進(jìn)行紅外光譜分析，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，在3450cm-1處顯示出羥基的存在，1655～1550cm-1處顯示出氨基的存在。光譜的整體特征峰與幾丁質(zhì)和殼聚糖的紅外譜相類似。進(jìn)一步用TLC分析此絮凝劑的水解液得到Rf為0.628，也與幾丁質(zhì)和殼聚糖的Rf（分別為0.635、0.633）相近似，故可初步推斷BF-12為幾丁質(zhì)和殼聚糖結(jié)構(gòu)類似物。由于幾丁質(zhì)和殼聚糖均屬于氨基己糖類化合物，故將BF-12歸屬為氨基己糖類化合物。

2.3絮凝劑BF-12對(duì)褐藻膠生產(chǎn)廢水的絮凝性能

2.3.1不同絮凝劑投加量下絮凝劑的絮凝性能

45℃條件下，BF-12投加量對(duì)絮凝效果的影響如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)絮凝劑投加質(zhì)量濃度為150mg/L時(shí)，絮凝效果最佳，此時(shí)沉淀速率為4×10-4m/s，光密度為0.20。隨著絮凝劑投加量的繼續(xù)增加，沉淀速率反而減小，光密度逐漸升高。因?yàn)锽F-12的主要成分為高分子多糖，膠體、懸浮物顆粒與高分子化合物的極性基團(tuán)或帶電荷集團(tuán)結(jié)合，可形成體積龐大的膠體沉淀物。同時(shí)大分子物質(zhì)的極性基團(tuán)很多，在短時(shí)間內(nèi)與多個(gè)顆粒結(jié)合，因此形成凝聚體速度快，絮凝作用明顯。但絮凝劑投加量過大，絮凝劑本身的極性基團(tuán)或帶電荷集團(tuán)會(huì)被保護(hù)起來無法與膠體、懸浮物顆粒結(jié)合，反而使絮凝性能下降。

2.3.2不同溫度下絮凝劑的絮凝性能

在BF-12投加質(zhì)量濃度為150mg/L的條件下，考察了溫度對(duì)絮凝效果的影響，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，溫度對(duì)BF-12的絮凝效果影響顯著，45℃時(shí)出現(xiàn)最大沉淀速率，為3×10-4m/s，此時(shí)光密度為0.06。隨著溫度的繼續(xù)升高，沉淀速率下降迅速，光密度上升。主要原因是褐藻膠生產(chǎn)廢水的黏稠度、絮凝體系的狀態(tài)和復(fù)合型生物絮凝劑的活性都受到溫度的影響，相對(duì)較低的溫度可使分子間內(nèi)部作用力增強(qiáng)，有利于絮凝體的形成；而較高的溫度會(huì)導(dǎo)致所形成的絮凝體不穩(wěn)定且形成的沉淀易于膨脹。同時(shí)，復(fù)合型生物絮凝劑在高溫下容易失活。

2.3.3不同助凝劑對(duì)絮凝劑絮凝性能的影響

分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的CaCl2、MgSO4、FeCl2、AlCl3、FeCl3和ZnSO4溶液，各取1mL加入到10mL的絮凝體系。在溫度為45℃，BF-12投加質(zhì)量濃度為150mg/L的條件下，考察了助凝劑對(duì)絮凝效果的影響，結(jié)果見表3。

由表3可知，Ca2+的助凝效果最佳，在加入Ca2+條件下，沉淀速率達(dá)2.98×10-4m/s，光密度為0.06，遠(yuǎn)優(yōu)于其他助凝劑。說明Ca2+的存在可以顯著促進(jìn)絮凝過程，形成凝聚物速率更快，結(jié)構(gòu)致密不易膨脹。

通過不同Ca2+投加量對(duì)絮凝性能的影響實(shí)驗(yàn)，最終得出Ca2+的最佳投加濃度為0.04mol/L。

2.3.4不同pH條件下絮凝劑的絮凝性能

在溫度為45℃，BF-12投加質(zhì)量濃度為150mg/L，CaCl2投加濃度為0.04mol/L的條件下，考察了pH對(duì)絮凝效果的影響。結(jié)果表明，pH對(duì)褐藻膠生產(chǎn)廢水處理效果的影響較大，沉淀速率隨著pH的升高而增大，當(dāng)pH為8時(shí)，絮凝效果最佳；繼續(xù)增大pH，沉淀速率反而減小。這表明該絮凝劑適宜在弱堿性條件下對(duì)褐藻膠生產(chǎn)廢水進(jìn)行處理。pH直接影響絮凝劑和廢水中膠體顆粒表面電荷帶電狀態(tài)和電中和能力〔7〕，在堿性條件下絮凝劑分子和廢水中的膠體粒子均帶負(fù)電荷，此時(shí)BF-12的絮凝主要是通過橋聯(lián)作用。同時(shí)BF-12因分子內(nèi)靜電斥力可使其分子鏈充分伸展，暴露了更多吸附點(diǎn)位，從而有利于絮凝劑與顆粒之間的橋聯(lián)作用，促進(jìn)顆粒沉淀。因此利用該絮凝劑處理褐藻膠生產(chǎn)廢水可在pH為8的條件下進(jìn)行。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

2.4優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在BF-12投加質(zhì)量濃度為150mg/L，溫度為45℃，助凝劑CaCl2投加濃度為0.04mol/L，pH為8的條件下，對(duì)褐藻膠生產(chǎn)廢水進(jìn)行絮凝處理，結(jié)果如表4所示。

3結(jié)論

從活性污泥中分離出一株絮凝劑高產(chǎn)菌B-12，并鑒定其歸屬于假單胞菌屬。此菌產(chǎn)生的復(fù)合型生物絮凝劑BF-12是氨基己糖化合物，不含蛋白質(zhì)，是一種多糖類的天然高分子絮凝劑。研究發(fā)現(xiàn)，在BF-12投加質(zhì)量濃度為150mg/L，溫度為45℃，助凝劑CaCl2投加濃度為0.04mol/L，pH為8的條件下，其對(duì)褐藻膠生產(chǎn)廢水的處理效果較好，CODCr、BOD5、SS、NH3-N的去除率分別達(dá)到94.96%、96.10%、82.28%、81.53%。