一种处理含钙离子强碱性废水的微生物絮凝剂及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种处理含钙离子强碱性废水的微生物絮凝剂及其应用，属于工业废水生物处理领域。在一定条件下将节杆菌（Arthrobactersp.）单菌落接种于培养基培养、发酵，将发酵培养液离心，所得胞外上清液，即为微生物絮凝剂。本发明的微生物絮凝剂可直接用于含钙离子强碱性工业废水处理，无需添加化学絮凝剂，通过微生物絮凝剂即可将含钙离子强碱性废水的pH降至中性，并有效去除废水中的污染物。使用过程中操作简单，省略了常规微生物絮凝剂使用前必须加酸降低待处理废水pH的过程，降低了使用成本，避免了酸对设备的腐蚀，具有较大的发展潜力和很好的推广价值。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于工业废水生物处理领域，具体涉及一种处理含钙离子强碱性废水的微 生物絮凝剂及其应用。 一种处理含钙离子强碱性废水的微生物絮凝剂及其应用 技术背景
[0002] 碱性废水指含有某种碱类、pH值高于9. 0的废水，根据pH不同可分为弱碱性废水 和强碱性废水，主要来源于化工、印染、皮革、炼油、建筑等工业。如不经过处理排放，将腐蚀 管道、渠道和水工建筑物；排入水体后将改变其pH，破坏水体自然生态，对养殖业造成严重 威胁；渗入土壤则容易造成土壤盐碱化，影响农业生产。目前碱性废水的处理方法主要有酸 碱中和法、絮凝法、化学沉淀法和结晶法。其中絮凝法因具有良好的环境经济效益近年来备 受关注。絮凝法主要由化学絮凝剂和生物絮凝剂来实现。与化学絮凝剂相比，生物絮凝剂 具有易生物降解、环境危害性小、无二次污染等优势。而微生物絮凝剂因其制备简单、生产 成本低、生产周期短等而成为生物絮凝剂的核心成员。微生物絮凝剂主要由微生物细胞或 微生物生产的糖蛋白、多糖、蛋白等生物大分子物质构成。
[0003] 采用氯醇法生产环氧丙烷和环氧氯丙烷的过程排出的环化废水中所含的有机物 含量（C0D)在1000?2000mg/L，需要处理后排放。而由于该环化废水具有高氯化钙含量和 高pH值的特点，给处理带来一定的难度。为降低处理难度，生产厂家均采用加水稀释氯化 钙浓度、加酸降低pH值的方法处理该废水，以致于增加处理规模和运行费用。在处理此类 含钙离子强碱性废水过程中，大部分微生物絮凝剂会失去絮凝活性，导致其絮凝效果不佳。 因此迫切需要开发一种针对含钙离子强碱性废水处理的微生物絮凝剂。
【发明内容】
[0004] 针对现有微生物絮凝剂的不足，本发明提供一种处理含钙离子强碱性废水的微生 物絮凝剂及其应用，本发明的微生物絮凝剂使用无二次污染，生产工艺简单，发酵周期短， 成本低廉，工业应用潜力大。
[0005] 为了实现本发明的目的，发明人利用节杆菌（Arthrobacter sp.)制备了一种针 对含钙离子强碱性废水的微生物絮凝剂，并将其用于废水处理，取得了理想的使用效果。
[0006] 本发明制备的一种处理含钙离子强碱性废水的微生物絮凝剂，是由以下方法制成 的： a挑取节杆菌（Arthrobacter sp.)单菌落接种于LB种子培养基中，培养，得培养液； b将上述培养液接种于发酵培养基中，发酵培养，得发酵培养液； c将上述发酵培养液离心，所得胞外上清液，即为微生物絮凝剂。
[0007] 所述的，LB种子培养基成分：蛋白胨5-12g/L，酵母粉2-8g/L，氯化钠5-12g/L ;发 酵培养基成分：葡萄糖5-20g/L，酵母粉l-5g/L，磷酸二氢钾2-8g/L。
[0008] 所述的，步骤a培养时间12-16h，培养温度25-37°C，摇床转速150-200r/min ;步 骤b接种量2-10%，培养时间65-80h，培养温度25-32°C，摇床转速160-220r/min ;步骤c离 心时间5-15min，微生物絮凝剂含多糖50-70%、蛋白质30-50%和核酸0. 1-1. Ο%。
[0009] 所述的，节杆菌是现有的常规菌种，可以从美国菌种保藏中心（ATCC)购买得到。
[0010] 所述节杆菌为ATCC31012。节杆菌是所有土壤细菌中最为常见的细菌之一，有明显 的生长周期，专性好氧，化能异养，呼吸代谢，可有效降解水中各种有机物和金属离子。
[0011] 优选的，LB种子培养基成分：蛋白胨10g/L，酵母粉5g/L，氯化钠10g/L ;发酵培养 基成分：葡萄糖l〇g/L，酵母粉2. 5g/L，磷酸二氢钾5g/L。
[0012] 优选的，步骤a培养时间14h，培养温度30°C，摇床转速180r/min ;步骤b接种量 5%，培养时间72h，培养温度30°C，摇床转速200r/min ;步骤c离心时间lOmin，微生物絮凝 剂含多糖63%、蛋白质36%和核酸0. 5%。
[0013] 微生物絮凝剂处理含钙离子强碱性废水： 将本
【发明者】制得的微生物絮凝剂加入待处理的pH 10. 5-14的含钙离子强碱性废水 中，加入量按微生物絮凝剂和废水的体积比1:12-25,以100-300r/min速度搅拌20-50s，静 置沉淀5-20min,絮凝悬浮物质。
[0014] 优选的，废水pH 12-14,微生物絮凝剂和废水的体积比1:18,搅拌速度200r/min， 搅拌时间30s，静置沉淀时间10min。
[0015] 所述的，废水为氨碱法制碱、氯醇法生产环氧丙烷或环氧氯丙烷产生的废水。
[0016] 本发明的微生物絮凝剂可直接用于含钙离子强碱性工业废水处理，无需添加化学 絮凝剂，设备简单，通过微生物絮凝剂即可将含钙离子强碱性废水的pH降至中性，并有效 去除废水中的污染物。使用过程中操作简单，省略了常规微生物絮凝剂使用前必须加酸降 低待处理废水pH的过程，降低了使用成本，避免了酸对设备的腐蚀。
【具体实施方式】
[0017] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合实施例，对本发明作进 一步详细说明。
[0018] 实施例1 微生物絮凝剂的制备： a将节杆菌ATCC31012接种于LB种子培养基中培养12h，培养温度37°C，摇床转速 150r/min，得培养液； b将上述培养液按接种量10%接种于发酵培养基中培养65h，培养温度32°C，摇床转速 160r/min，得发酵培养液； c将上述发酵培养液离心15min，所得胞外上清液，即为微生物絮凝剂。
[0019] LB种子培养基成分为：蛋白胨5g/L，酵母粉2g/L，氯化钠18g/L。
[0020] 发酵培养基成分为：葡萄糖20g/L，酵母粉lg/L，磷酸二氢钾2g/L。
[0021] 微生物絮凝剂含多糖50%、蛋白质50%和核酸0· 1%。
[0022] 微生物絮凝剂处理含钙离子强碱性废水： 将本实施例制得的微生物絮凝剂加入待处理的含钙离子强碱性废水中，加入量按微生 物絮凝剂和废水的体积比1:12,以100r/min速度搅拌50s，静置沉淀20min，絮凝悬浮物质。
[0023] 实施例2 微生物絮凝剂的制备： a将节杆菌ATCC31012接种于LB种子培养基中培养14h，培养温度30°C，摇床转速 180r/min，得培养液； b将上述培养液按接种量5%接种于发酵培养基中培养72h，培养温度30°C，摇床转速 200r/min，得发酵培养液； c将上述发酵培养液离心lOmin，所得胞外上清液，即为微生物絮凝剂。
[0024] LB种子培养基成分为：蛋白胨10g/L，酵母粉5g/L，氯化钠10g/L。
[0025] 发酵培养基成分为：葡萄糖10g/L，酵母粉2. 5g/L，磷酸二氢钾5g/L。
[0026] 微生物絮凝剂含多糖63%、蛋白质36%和0· 5%核酸。
[0027] 微生物絮凝剂处理含钙离子强碱性废水： 将本实施例制得的微生物絮凝剂加入待处理的含钙离子强碱性废水中，加入量按微生 物絮凝剂和废水的体积比1:18,以200r/min速度搅拌30s，静置沉淀lOmin，絮凝悬浮物质。
[0028] 实施例3 微生物絮凝剂的制备： a将节杆菌ATCC31012接种于LB种子培养基中培养16h，培养温度25°C，摇床转速 200r/min，得培养液； b将上述培养液按接种量2%接种于发酵培养基中培养80h，培养温度25°C，摇床转速 220r/min，得发酵培养液； c将上述发酵培养液离心5min，所得胞外上清液，即为微生物絮凝剂。
[0029] LB种子培养基成分为：蛋白胨15g/L，酵母粉10g/L，氯化钠6g/L。
[0030] 发酵培养基成分为：葡萄糖5g/L，酵母粉5g/L，磷酸二氢钾12g/L。
[0031] 微生物絮凝剂含多糖70%、蛋白质30%和1. 0%核酸。
[0032] 微生物絮凝剂处理含钙离子强碱性废水： 将本实施例制得的微生物絮凝剂加入待处理的含钙离子强碱性废水中，加入量按微生 物絮凝剂和废水的体积比1:25,以300r/min速度搅拌20s，静置沉淀5min，絮凝悬浮物质。
[0033] 下面通过效果实施例来进一步说明本发明的有益效果。
[0034] 效果实施例1 实验室检测絮凝效果的模拟实验，考察实施例和常用絮凝剂的效果。
[0035] 絮凝率的测定：向100mL比色管中加入0. 5g高岭土、3mL的l%CaCl2溶液和2mL微 生物絮凝剂，然后加蒸馏水至l〇〇mL(A)，以其他条件相同但用2mL同等条件的发酵培养基 代替微生物絮凝剂作为对照（B)，盖上磨口塞，将比色管上下自然翻转和振荡2min，务必使 高岭土和CaCl 2溶液以及絮凝剂完全溶解和充分混合，静止5min ; 取比色管中50mL处的处理液，用722型分光光度计测定其在550nm波长处的吸光度 〇D55(inm，以蒸馈水作为空白对照，絮凝率（Flocculation Rate, FR，％)的计算公式如下： FR(%) = (B-A)/BX100 ； 对比例1 :常规市售聚合氯化铝。
[0036] 对比例2 :非固化复合生物发酵液。
[0037] 对比例3 :常规市售阴离子聚丙烯酰胺。
[0038] 表1实施例与不同类型絮凝剂絮凝性能比较
【权利要求】
1. 一种处理含钙离子强碱性废水的微生物絮凝剂，是由以下方法制成的： a挑取节杆菌（Arthrobacter sp.)单菌落接种于LB种子培养基中，培养，得培养液； b将上述培养液接种于发酵培养基中，发酵培养，得发酵培养液； c将上述发酵培养液离心，所得胞外上清液，即为微生物絮凝剂。
2. 根据权利要求1所述的微生物絮凝剂，其特征在于LB种子培养基成分：蛋白胨 5-12g/L，酵母粉2-8g/L，氯化钠5-12g/L ;发酵培养基成分：葡萄糖5-20g/L，酵母粉l-5g/ L，磷酸二氢钾2-8g/L。
3. 根据权利要求1所述的微生物絮凝剂，其特征在于步骤a培养时间12-16h，培养 温度25-37°C，摇床转速150-200r/min ;步骤b接种量2-10%，培养时间65-80h，培养温度 25-32°C，摇床转速160-220r/min ;步骤c离心时间5-15min，微生物絮凝剂含多糖50-70%、 蛋白质30-50%和核酸0. 1-1. 0%。
4. 根据权利要求2所述的微生物絮凝剂，其特征在于LB种子培养基成分：蛋白胨10g/ L，酵母粉5g/L，氯化钠10g/L ;发酵培养基成分：葡萄糖10g/L，酵母粉2. 5g/L，磷酸二氢钾 5g/L。
5. 根据权利要求3所述的微生物絮凝剂，其特征在于步骤a培养时间14h，培养温度 30°C，摇床转速180r/min ;步骤b接种量5%，培养时间72h，培养温度30°C，摇床转速200r/ min ;步骤c离心时间lOmin，微生物絮凝剂含多糖63%、蛋白质36%和核酸0. 5%。
6. -种权利要求1至5中任一项所述的微生物絮凝剂的应用，其特征在于将微生物絮 凝剂加入待处理的pH 10. 5-14的含钙离子强碱性废水中，加入量按微生物絮凝剂和废水 的体积比1:12-25,以100-300r/min速度搅拌20-50s，静置沉淀5-20min，絮凝悬浮物质。
7. 根据权利要求6所述的微生物絮凝剂的应用，其特征在于废水pH 12-14,微生物絮 凝剂和废水的体积比1:18,搅拌速度200r/min，搅拌时间30s，静置沉淀时间10min。
8. 根据权利要求6所述的微生物絮凝剂的应用，其特征在于所述废水为氨碱法制碱、 氯醇法生产环氧丙烷或环氧氯丙烷产生的废水。
【文档编号】C02F103/36GK104109693SQ201410346676
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日
【发明者】李玉梅, 李强, 胡志恒 申请人:济南大学