微生物絮凝剂改善污泥脱水性能的研究

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从活性污泥中筛选出一株微生物絮凝剂产生菌,该菌在优化培养条件下所产微生物絮凝剂命名为M-127。将M-127用于污泥脱水,并与聚丙烯酰胺、聚合氯化铝以及硫酸铝进行脱水效果对比。试验结果表明,M-127投加量为2mg/L时,污泥沉降性能得到明显改善;该絮凝剂用于污泥脱水的最佳条件是:40mg/LM-127,pH=6.5;在此条件下污泥比阻(SSR)可降至4.71×1010m/kg,脱水率可达96.3%,效果优于PAC、PAM以及Al(2SO)43。
1.材料和方法
1.1菌种及污泥来源
试验所用微生物絮凝剂产生菌从郑州市五龙口污水处理厂活性污泥中分离获得;活性污泥及PAM、PAC均由郑州市五龙口污水处理厂提供。
1.2菌种培养方法
将菌种接种到装有50mLPDA培养基的100mL三角瓶中,30℃,150r/min气浴摇床中培养74h。
1.3微生物絮凝剂的提取方法
粘稠的发酵液在6000r/min下离心30min,去除下层菌体和杂物;上清液用旋转蒸发仪浓缩至一半体积,再加入预冷的3倍体积的冰乙醇,充分混匀后置于4℃静置20h,10000r/min离心15min,沉淀用蒸馏水溶解,数小时后10000r/min离心20min以去除不溶物。重复用冰乙醇洗涤两次,用乙醚洗涤一次,沉淀物用少量蒸馏水溶解,冷冻干燥后即得到M-127粗品。
1.4沉降性能试验
将100mL混合污泥加入到150mL烧杯中,加入5mL1g/L的M-127溶液,搅拌1min后倒入100mL量筒中。将量筒竖放静置30min,记录不同时间量筒底部沉淀污泥的体积。
1.5过滤性能试验
将100mL浓缩污泥加入到150mL烧杯中,加入5mL1g/L的M-127溶液,搅拌1min后倒入脱水装置的布氏漏斗中,开真空泵进行抽滤,测定污泥的比阻值(γ)。
2.结果与讨论
分别将丙烯酰胺、聚合氯化铝、硫酸铝以及提取得到的M-127配制成1g/L的溶液,进行下列试验。
2.1不同絮凝剂对沉降性能的影响
分别在95mL的混合污泥中加入5mL的M-127、PAC、Al(2SO)43和PAM,充分混匀后进行沉降性能试验,并以空白试验作为对照。试验结果见图1。

由图1可知,PAM的存在不利于污泥的沉降,而M-127、PAC以及Al(2SO)43则能够促进污泥的沉降,其中M-127的效果优于PAC和Al(2SO4)3,底泥体积可以下降到50mL。表明在加入M-127的情况下,借助于污泥颗粒与絮凝剂之间的桥联作用、电性中和作用,污泥与水分子之间的作用力减小,沉降性能增强。
2.2MBF投加量对污泥沉降性能的影响
经初步试验证实,M-127投加量为0.5mL时污泥的沉降性能较好。进一步细化,分别取0.2、0.4、0.6、0.8和1.0mL的MBF,加入99mL的混合污泥,加蒸馏水至100mL,充分混匀后进行沉降性能试验。试验结果见图2。由图2可以看出,加入M-127后,在电性中和、吸附架桥等作用下,污泥与水的亲和力减小,从而使污泥颗粒脱稳沉降。加入0.2mL~1.0mL的M-127均能使污泥沉降性能有所改善,其中加入量为0.2mL时效果最为明显,底泥体积可降至35mL。表明M-127产品投加量为2mg/L时,污泥颗粒与絮凝剂分子之间的作用力较大,沉降性能较好。
2.3不同种类絮凝剂对污泥过滤性能的影响
分别在95mL的污泥混合液中加入5mL的M-127、PAC、Al(2SO)43和PAM等絮凝剂,充分混匀后进行过滤性能试验,并做空白试验作为对照。在一定的过滤时间内,滤液越多则污泥滤饼的含水率越低、脱水效果越好。对污泥比阻的测定结果见图3。

污泥比阻(γ)是表示污泥过滤特性的综合性指标,它的物理意义是:单位质量的污泥在一定压力下过滤时在单位过滤面积上的阻力。一般说来,比阻小于1×1011m/kg的污泥易于脱水,大于1×1013m/kg的污泥难以脱水。图3显示,加入M-127时污泥的比阻值较大,达到了1.36×1011m/kg;而加入M-127和PAC时污泥比阻值小于空白试验结果,其中加入M-127时,污泥的比阻值最小。表明微生物絮凝剂的加入有利于改善污泥的脱水性能。
2.4絮凝剂投加量对污泥过滤性能的影响
分别取0、2、4、6、8和10mL的M-127溶液,加入90mL的混合污泥,加水至100mL,充分混匀后进行过滤性能试验,测定污泥的比阻值。试验结果如图4所示。

由图4可以看出,投加量为4mL和6mL时,污泥的比阻值较小,过滤性能较好,其中投加量为4mL时,污泥的比阻值最小。表明M-127产品投加量为40mg/L时,污泥颗粒与微生物絮凝剂之间的作用力最大,污泥颗粒与水分子的结合力最小,脱水性能最好。
2.5pH值对污泥过滤性能的影响
分别量取96mL浓缩污泥于150mL烧杯中,加入4mL的M-127,调节污泥的初始pH为5.0、6.0、6.5、7.0、7.5和8.0,快速搅拌1min后测定污泥的比阻值,结果如图5所示。

报道指出,溶液pH的改变,影响污泥胶体颗粒及絮凝剂的电离度,从而影响分子链的伸展程度、溶解度以及基因的结合能力,因此体系的pH对絮凝效果有着明显的影响。图5显示,当污泥的pH值为6.5时,滤液的体积最多,增长速度最快,污泥的比阻值最小,并且明显优于其它pH点。表明在该pH值时,带有一定电荷的污泥颗粒之间、颗粒与絮凝剂分子之间产生电性中和作用,通过分子间作用力凝聚而脱水。
3.结论
(1)在加入M-127的情况下,借助于污泥颗粒与微生物絮凝剂之间的桥联作用、电中和作用,污泥与水分子之间的作用力减小,沉降性能增强;投加量为2mg/L时,污泥颗粒与MBF之间的作用力较大,沉降性能较好。
(2)与PAC、PAM和Al(2SO)43相比,投加M-127时,滤液体积增长快,脱水效果好;投加量为40mg/L,污泥的pH值为6.5时,带有一定电荷的污泥颗粒之间、颗粒与絮凝剂分子之间产生电性中和作用,通过分子间作用力凝聚,污泥颗粒与水分子的结合力较小,滤液的体积多,增长速度快,污泥的比阻值较小,脱水性能较好。

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