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微生物絮凝剂是由微生物产生的一类生物大分子物质,具有一定的絮凝活性,能使液体中难沉降的固体悬浮颗粒聚凝、加速沉降,以达到固液分离的目的。较之传统的无机絮凝剂和有机合成高分子絮凝剂,微生物絮凝剂具有安全、无毒、易降解和无二次污染等特点,因而备受关注,成为国内外絮凝剂研制开发的热点之一。
针对微生物絮凝剂的诸多优点和巨大的开发潜力,本课题组从环境中经分离、筛选得到一株高效的絮凝剂产生菌M09,对该菌株所产絮凝剂XM09的絮凝性能、活性成分、生物毒性、在几种废水中的实际应用及可能的絮凝机理进行初步研究,具体研究内容及结果如下:
(1)以4g/L高岭土溶液作为测试液,研究了絮凝剂投加量、絮凝体系温度和絮凝体系pH等对微生物絮凝剂絮凝效果的影响,初步确定了絮凝剂的絮凝性能。在单因素试验下,絮凝剂投加量为2.3mg/L,体系pH为7时的絮凝率可达90%左右。此外,热稳定性实验研究表明,温度对絮凝效果没有明显的影响,推测该絮凝剂的活性成分为热稳定性良好的多糖物质。通过EDTA、HCl和尿素处理絮凝沉淀,发现絮凝剂与高岭土颗粒物之间是靠离子键结合的。
(2)研究了微生物絮凝剂的絮凝活性分布,发现其活性成分主要分布在发酵上清液中,表明该絮凝剂为一种胞外分泌物。经过活性成分分析,其主要成分为富含羟基和羧基的多糖类物质,分子构型为线型。
(3)测试了微生物絮凝剂的生物毒性,结果发现该絮凝剂是安全无毒的。
(4)将絮凝剂XM09应用于淀粉废水、生活污水、含碳黑废水、含藻水及酵母菌悬液,实验发现:①对淀粉废水的絮凝试验中,通过响应面分析法获得了最佳絮凝条件:投加量9.6mg/L,pH6和快搅速度325rpm,此时的絮凝率为89.57%。②对生活污水的絮凝实验发现,微生物絮凝剂XM09需要与PAC复配使用,以达到既提高絮凝效果又降低絮凝剂投加量、减少PAC带来二次污染的风险。最佳复配比例为:XM0912mg/L,PAC50mg/L,絮凝率可达90%左右,此时水样中的残留铝浓度低至0.8μg/L。③对含碳黑废水的絮凝试验发现,XM09需要与三氯化铁联合使用,最佳复配比例为:XM097mg/L,三氯化铁70mg/L,絮凝率为88.92%。④对含藻水的絮凝试验发现仅需1.1mg/L的XM09,就能获得很好的絮凝效果,絮凝率为95.70%。⑤酵母菌悬液絮凝试验发现,合适量的XM09的投入,能够获得很好的固液分离效果,利于酵母菌的回收再利用。
(5)采用显微镜照相和红外扫描,研究了微生物絮凝剂处理含藻水及酵母菌悬液时存在的絮凝机理,结果显示其主要为化学反应、吸附架桥及网捕作用的共同作用下的结果。