关于絮凝剂产生菌对淀粉废水的处理效果

　　马铃薯淀粉废水中含有高浓度的淀粉、蛋白质、纤维、糖类等有机物。这些有机物大都是可以回收利用的宝贵资源。如果将这些资源综合利用，不仅可以变废为宝，还可以大大降低废水中有机物浓度，减轻后续生物处理负担，从而降低处理费用。国内外采用的马铃薯淀粉废水处理路线有自然处理法、单纯曝气法、絮凝沉淀法及生物处理法。絮凝沉淀处理是一种比较简单而且有效的去除废水中悬浮物和胶状物的方法，已被广泛地应用于废水和饮用水处理过程中。
　　目前，水处理中常用的絮凝剂主要分为3 类：无机絮凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂。微生物絮凝剂是由微生物产生的有絮凝活性的代谢产物，主要有糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素和DNA 等，具有作用范围广、安全、高效、无二次污染等特性，在给水处理、发酵行业以及生物制药领域可推广应用，具有良好的发展前景。所以，本文主要以絮凝剂产生菌为研究对象，在筛选生物絮凝剂高效菌株的基础上，对淀粉废水的絮凝条件进行研究。考察了菌株上清液投加量，废水pH 值，温度等因素对产絮菌絮凝活性的影响，以确定产絮菌菌株对淀粉废水的最佳絮凝条件。
　　1 材料方法
　　1.1 实验材料
　　某垃圾堆下土壤中分离出来的菌种。淀粉废水配制参照马铃薯淀粉生产的一般过程，实验室简易制取废水。取一定量马铃薯洗净、切丝、捣碎后挤压出细胞液离心，每次加入1 倍体积水洗涤马铃薯渣、所得淀粉颗粒各2 次，将离心上清液和洗涤废水静置1 h后的上清液混合均匀后备用。用pH 计(雷磁pHS-3C)及浊度仪(WGZ-200A)对废水进行pH 和浊度测定，该废水的pH 为5.8，浊度为863.4 NTU。实验所用培养基主要有牛肉膏蛋白胨培养基、丙二酸盐培养基、营养琼脂培养基，以上培养基均在112  下灭菌30min，备用。
　　1.2 实验方法
　　1.2.1 实验初期菌种分离纯化及筛选
　　采集的土样经处理后，采用稀释倍数法制成10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8 不同稀释度的土壤悬浮液。然后进行菌种多次培养、分离、纯化。挑取纯化后的菌丝在牛肉膏蛋白胨培养基中培养，在28  140 r/min 摇床中培养48 h 后，用稀释涂布法挑取优势菌落，于100 mL 4 g/L 高岭土悬液中进行初筛，选择絮体较大，沉降速度较快的菌种，并进行菌株絮凝活性分布对比试验。然后取适量菌体发酵液于50mL 淀粉废水中，再进行淀粉废水的絮凝试验。选择对淀粉废水具有最佳絮凝作用的菌种，再进行平板培养，观察、记录菌落的生长状况、菌落特征、菌体的形态结构及活动形式。通过革兰氏染色、接触酶实验、丙二酸盐利用、甲基红试验(M.R 试验)和V-P 试验等对产絮菌的生理生化进行测定;然后进行絮凝活性分布实验。
　　1.2.2 絮凝率测定
　　土壤分离的菌株首先采用高岭土絮凝实验进行初筛，然后利用淀粉废水絮凝实验进行复筛，以获得的具有高絮凝效果的菌株。
　　高岭土絮凝实验：向4 g/L 的高岭土悬浮液，加入适量的菌体培养液。先快速(2 000 r/min)搅拌1 min，再慢速(60 r/min)搅拌3 min。搅拌完成后，拔出叶轮，静置3 min。搅拌完成后，取中间高度水样，测定其在最大波长处的吸光度。以不加絮凝剂的高岭土悬液为对照。公式如下：
　　絮凝率(%)=(A-B)/A100% (1)
　　式(1)中，A 为对照样品上清液吸光度值;B 为絮凝处理后的样品上清液吸光度值。
　　淀粉废水絮凝实验：取50 mL 淀粉废水置于100mL 量筒中，加入已经过高岭土实验初筛的菌体发酵液，采用上述相同的絮凝处理方式后，测定其在最大波长处的吸光度。絮凝率计算公式同高岭土絮凝实验。另外，可用浊度去除率作为絮凝效果的标准，公式如下：
　　浊度去除率(%)=(C-D)/C100% (2)
　　式(2)中，C 为对照样品的浊度;D 为絮凝处理后的样品浊度。
　　1.2.3 马铃薯淀粉废水的絮凝条件优化
　　取50 mL 淀粉废水置于100 mL 量筒中，在自然pH 值，无助剂，静置10 min 的条件下，首先考察了样品投加量因素对淀粉废水絮凝效果的影响。在确定最佳絮凝剂投加量下，再依次考察pH 值、静置时间、温度、阳离子种类和助凝剂投加量等对马铃薯淀粉废水的絮凝效果。
　　2 结果与讨论
　　2.1 菌株的筛选与鉴定
　　首先，经高岭土絮凝实验，依据絮凝矾花大小、沉降快慢和静置5 min 后溶液澄清度为指标，从垃圾堆土壤中分离出来的具有不同程度的絮凝活性的菌株有19 株，编号为1~19 号，其絮凝效果见图1。这些菌株中絮凝率最低的为10%，最高可达73.7%。
　　通过高岭土絮凝实验，将初筛所得到的19 株菌株经接种培养48 h 后，再进行淀粉废水絮凝实验，获得絮凝活性较好的9 株菌株，絮凝效果及浊度去除率。有9 株絮凝效果较好，分别为3、6、7、8、10、12、16、17、18 号。选其中絮凝效果最好的2 株(16 和18 号)经絮凝活性分布分析，具有絮凝活性的物质为菌体分泌物，并取这二者作为淀粉废水絮凝的研究对象。将16 和18 号菌株各自涂布在营养琼脂平板上，培养24 h 后，对其进行表面形态观察。16 号菌落呈圆形，乳黄色，半透明，光滑湿润且有凸起，质地软并带有粘性，形态为短杆菌。18 号菌落也呈圆形，黄色，半透明，光滑湿润且有凸起，质地软并带有粘性，形态亦为短杆状。在革兰氏染色和甲基红试验中，这2 种菌株均为阴性;在接触酶实验、丙二酸盐利用、V-P 测定、淀粉水解试验结中测定结果均为阳性。通过形态学观察并结合生理生化鉴定，查阅《伯杰氏细菌鉴定手册》，可初步确定16 和18 号菌为假单胞菌属。
　　2.2 淀粉废水絮凝效果试验
　　2.2.1 加样量对絮凝效果的影响
　　分别取16 号和18 号絮凝菌在其最佳生长条件下的菌悬液离心后，在50 mL 淀粉废水中依次加入上清液0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL，在废水自然pH 值，无助剂，静置10 min 后测定絮凝剂投加量对淀粉废水絮凝效果的影响。随着加样量的增加，对16号絮凝菌而言，絮凝率和浊度去除率呈逐渐增加趋势，当其投加量为2 mL 时，其絮凝率和浊度去除率达到41.5%和70.7%，加样量继续增加，絮凝率和浊度去除率没有明显提高。对18 号絮凝菌而言，随着投加量的增加，絮凝率和浊度去除率呈先增后下降的趋势。当其投加量为1 mL 时，其絮凝率和浊度去除率达到最大，分别为35.9 和74.6%。因此，选择2 mL 和1 mL为16 号和18 号絮凝菌的最佳投加量。
　　2.2.2 淀粉废水pH 对絮凝效果的影响
　　淀粉废水经稀酸或稀碱调节pH 值后，分别加入16 号和18 号絮凝菌上清液2 mL 和1 mL 后，静置10 min 后，测定的絮凝效果见图4。随着pH 值的增加，16 号和18 号絮凝菌对淀粉废水的絮凝率和浊度去除率均呈增加趋势并逐渐稳定。但当pH 值达到6以上，18 号絮凝菌对淀粉废水的絮凝率略有下降。淀粉废水自然pH 值为5.8，在此pH 值下，16 号具有更好的絮凝效果。
　　2.2.3 静置时间对絮凝效果的影响
　　在50 mL 淀粉废水中，分别加入16 号和18 号絮凝菌上清液2 mL 和1 mL 后，在废水自然pH 值下，静置时间分别为10、20、30、40、50、60 min 时，16 号和18 号絮凝菌对淀粉废水的絮凝效果见图5。16 号絮凝菌对淀粉废水的絮凝率和浊度去除率均呈快速增加趋势。当静置时间为40 min，絮凝率和浊度去除率可达50.1%和79.1%;延长时间絮凝率和和浊度去除率没有明显提高。当静置时间为20 min，18 号絮凝菌对淀粉废水的絮凝率和浊度去除率达到最大，此后絮凝率和浊度去除率均呈下降趋势。因此，选择16 号和18号絮凝菌的最佳絮凝时间分别为40 min 和20 min。
　　2.2.4 温度对絮凝效果的影响
　　在50 mL 淀粉废水中，分别加入16 号和18 号絮凝菌上清液2 mL 和1 mL 后，pH 为5.8，静置时间分别为40、20 min 时，在不同的淀粉废水温度下，其对絮凝效果的影响见图6。随着温度的增加，18 号菌对淀粉废水的絮凝率则随温度的增加先上升后下降。16号絮凝菌的絮凝率和浊度去除率以及18 号絮凝菌的浊度去除率均呈先上升趋势，在15  时达到最大，此后基本稳定。
　　2.2.5 无机盐种类对絮凝效果的影响
　　在50 mL 淀粉废水中，在上述最佳投加量，废水自然pH 值下，15  时，分别加入1 mol/L CaCl2 和MgSO4 溶液2 mL，静置时间分别为40、20 min 时，16 号和18 号絮凝菌对淀粉废水的絮凝效果见图7。Mg2+对16 号和18 号絮凝菌的助凝效果比Ca2+好。在Mg2+的作用下，16 号絮凝菌对淀粉废水的絮凝率和浊度去除率可达58.2%和82.2%。因此，选择硫酸镁作为最佳助凝剂。
　　2.2.6 助凝剂投加量对絮凝效果的影响
　　在50 mL 淀粉废水中，自然pH 值，15  下，在上述最佳投加量下，分别加入助凝剂1 mol/L MgSO4 溶液0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL，静置时间分别为40 和20min 时，16 号和18 号絮凝菌对淀粉废水的絮凝效果见图8。16 号絮凝菌对淀粉废水的絮凝效果优于18号。16 号絮凝菌对淀粉废水的絮凝率和浊度去除率均呈逐渐增加趋势，当投加量在2.0 mL 以上时，絮凝效果基本稳定。18 号絮凝菌随Mg2+的投加量的增加，先上升后下降;在1.5 mL 处，絮凝效果最佳，对淀粉废水的絮凝率和浊度去除率可达41.9%和76.8%。故选择2.0、1.5 mL 分别作为16 号和18 号絮凝菌的助凝剂最佳投加量。
　　3 结论
　　从垃圾堆下土壤中分离筛选出2 株活性较高的絮凝菌产生菌，对淀粉废水进行絮凝处理，在淀粉废水自然pH 值下，16 号和18 号絮凝菌对淀粉废水的絮凝率和浊度去除率分别为58.2%、82.2%、41.9%和76.8%，效果较好。金属离子可促进微生物的絮凝作用，Mg2+的助凝效果较好。