一种利用微生物絮凝形成颗粒污泥处理含锌废水的方法

摘要

本发明属于环境保护技术领域，具体为一种利用微生物絮凝形成颗粒污泥处理含锌废水的方法。在含锌废水化学沉淀处理过程中，沉淀物的高效聚集是决定能否形成快速沉降的颗粒污泥的关键。为此，我们将具有分支网状的结构，且与微纳粒子之间存在较强的非共价键相互作用的微生物基丝状真菌应用在化学沉淀颗粒污泥的形成过程中，这些丝状真菌成本低，来源广泛，性质稳定，便于大规模应用。活体丝状真菌法和死体丝状真菌法获得的化学沉淀颗粒污泥的沉降速率分别达3.2cm/s和3.0cm/s，均远高于絮状污泥。因此该方法是一种廉价、安全、高效的促进化学沉淀颗粒污泥的形成方法。

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种利用微生物沉淀形成颗粒污泥处理含锌废水的方法。

背景技术

含锌废水处理过程中，污泥的沉降分离性能是一个非常重要的指标，若产生的污泥沉降分离效果差，在后续沉降和运输过程中极易造成污泥反溶，污泥中的锌会重新回到上清液中，使出水水质变差。在化学沉淀法处理含锌废水过程中，形成的污泥一般呈絮状，其沉降速率往往小于1cm/s，难以达到高效固液分离的目的。为了解决这一问题，在化学沉淀处理含锌废水的过程中形成颗粒污泥的方法，可使污泥沉降性能大幅度提高。

在化学沉淀颗粒污泥的形成过程中，颗粒间有效并紧密的聚集十分重要，因此絮凝剂的添加是决定能否形成颗粒状污泥的关键之一。之前的研究表明添加高分子聚丙烯酰胺、多糖、氨基酸及它们的复合物作为絮凝剂可有效促进颗粒污泥的形成。但这些絮凝剂通常价格昂贵，聚丙烯酰胺还具有一定毒性，多糖和氨基酸由于分子量较低，形成的颗粒污泥的沉降性能并不十分理想。因此，有必要发明一种廉价、无毒、高效的促进化学沉淀物聚集的方法，进而促进沉降性能优异的化学沉淀颗粒污泥的形成。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种利用微生物沉淀形成颗粒污泥处理含锌废水的方法，该方法能够有效在化学沉淀法处理含锌废水处理过程中促进颗粒污泥的形成，是一种廉价、无毒、高效的方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下方式实现的：

一种利用微生物沉淀形成颗粒污泥处理含锌废水的方法，直接将活体丝状真菌或死体丝状真菌投加到含锌废水中进行处理。

所述的丝状真菌包括曲霉和青霉中的一种或两种。

所述的丝状真菌为保藏编号为CGMCCNo.5858的曲霉Aspergillussp.F-1。(该菌株已经进行过专利保藏，并进行过专利申请，属于公众能够获得的生物材料)

所述丝状真菌的保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心；保藏单位地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号；保藏日期：2012.3.7。

所述的丝状真菌经过培养成球状，控制直径尺寸为2～3mm，然后调节活体丝状真菌菌液的pH值为8.0～10.5，再用于含锌废水的处理，死体丝状真菌为活体丝状真菌灭活得到。所述的死体丝状真菌的获得与活体丝状真菌相同，但需向培养好的菌丝体中加入戊二醛溶液灭活，加入后的戊二醛浓度为2.5％，室温下静置6h灭活，并调节死体丝状真菌菌液的pH值为8.0～10.5。

所述的保藏编号为CGMCCNo.5858的曲霉Aspergillussp.F-1，其培养具体包括以下3个步骤：

(1)在37℃下接种曲霉至土豆固体培养基上，培养7天激活，所述的土豆固体培养基获得方法为，土豆用去离子水洗净，再削皮，称取200g切丝，放入1L去离子水中搅拌煮沸30min，再用纱布过滤，并拧干滤布上的滤渣，土豆汁溶解20g葡萄糖、0.5g硫酸镁、1.0g磷酸氢二钾和15g琼脂，配好的土豆汁定容至1L，灭菌后加入至培养皿内，冷却后得平板固体培养基；

(2)经激活的曲霉接种至100mL液体土豆培养基内，30℃培养3天，形成疏松的菌丝球，球直径大于4mm，不便于絮凝，采用1500rpm磁力搅拌5～6小时，以打散大菌丝球，所述的土豆液体培养基与土豆固体培养基获得方法相同，但液体培养基不需加入琼脂；

(3)取5mL打散的菌液重新接种至100mL液体土豆培养基内，在30℃下培养48小时，形成大量小菌丝球，直径2～3mm，此时获得的丝状真菌菌液的质量浓度约为5.89mg/mL，调节活体丝状真菌菌液的pH值为8.0～10.5。

所述的方法中，处理含锌废水时首先采用并流加料控制结晶法对废水中的锌离子进行沉淀，形成沉淀悬浮液，再将获得的活体或死体丝状真菌加至沉淀悬浮液中。采用并流加料控制结晶法对废水中的锌离子进行沉淀的过程：在搅拌速度为400～800rpm条件下，向100～300mL含晶种物质的悬浮水溶液中通过并流加料的方式分别滴加锌离子浓度为100～1000mg/L的含锌废水和浓度为0.01～0.02mol/L的氢氧化钠水溶液；控制含锌废水的滴加速率不超过3mL/min；通过调节氢氧化钠水溶液的滴加速率控制反应体系的pH值为8.0～10.5；反应1小时；所述的晶种物质为氧化锌颗粒；所述的含有晶种物质的悬浮水溶液的固体浓度为0.5～2.0g/L；反应过程中控制反应温度不低于25℃。

所述的方法，活体丝状真菌菌液的投加量为≥15mL/100mL沉淀悬浮液，室温下振荡18～36小时，即获得活体丝状真菌化学沉淀颗粒污泥；死体丝状真菌菌液的投加量为≥15mL/100mL沉淀悬浮液，室温下振荡至少24小时，即获得死体丝状真菌化学沉淀颗粒污泥。优选活体丝状真菌菌液的投加量为20mL/100mL沉淀悬浮液；优选死体丝状真菌菌液的投加量为15mL/100mL沉淀悬浮液。

需要注意的是，本发明菌丝体接种实验均在无菌操作台进行，相关器皿器具经高温高压灭菌后再紫外灭菌30min。采用土豆培养基是因为丝状真菌在土豆培养基内长大后，质地疏松，易于加工。采用三步法获得菌丝体的原因是，第一步固体培养基激活菌种所得的菌的产量极低，必须采用液体培养基扩大培养规模以提高产量。而第二步获得的菌丝球体积过大，不便于絮凝，因此要通过第三步搅散菌丝球，再重新高浓度接种培养，以便获得体型较小的菌丝体，用于高效絮凝。

需要指出的是，本发明由于活体丝状真菌在振荡过程中还会继续生长，且过度生长不利于颗粒污泥的形成，因此振荡时间不能过长；而死体丝状真菌法中长时间的震荡对颗粒污泥的形成影响不大。

丝状真菌具有分支网状的结构，且与微纳粒子之间存在较强的非共价键相互作用，因此有望极大促进化学沉淀物的聚集，替代现有絮凝剂在颗粒污泥形成过程中的作用。丝状真菌具有如下特点：1)生产成本极低，而且生产过程清洁可持续；2)加工无需昂贵的设备，便于大规模处理；3)丝状真菌的细胞壁主要由生物大分子构成，性质稳定，便于长期保存；4)丝状真菌所得颗粒污泥的强度较高,可承受较强的水利冲击，利于实际应用。因此，本发明直接基于丝状真菌形成化学沉淀颗粒污泥用于处理含锌废水，该方法可降低处理成本，获得安全、稳定的颗粒污泥。

附图说明

图1：实施例1中所得活体丝状真菌颗粒污泥的沉降速率及形貌；

图2：实施例1中不同活体菌丝条件下锌的去除率；

图3：实施例2中所得死体丝状真菌颗粒污泥的沉降速率及形貌；

图4：实施例2中不同活体菌丝条件下锌的去除率；

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明，而不是对本发明的限定。

实施例1

在37℃下接种曲霉(CGMCCNo.5858)至土豆固体培养基上，培养7天激活。经激活的曲霉接种至100mL液体土豆培养基内，30℃培养3天。曲霉经3天生长后，形成疏松的菌丝球。采用1500rpm磁力搅拌5h，打散大菌丝球，得到散的菌丝体。取5mL打散的菌液重新接种至100mL液体土豆培养基内，在30℃下培养48小时，形成大量小菌丝球，直径约为2mm，调节活体丝状真菌的pH值为9.0±0.2。该活体丝状真菌存放于锥形瓶中备用。

将一个反应烧杯置于恒温磁力搅拌器上，向其中加入100mL含晶种ZnO的悬浮液中(固体浓度为1.5g/L)。控制反应温度为25℃，调节磁力搅拌子的转速为500rpm。然后向烧杯中同时分别滴加氢氧化钠溶液(0.01mol/L)和含锌废水(1000mg/L)，控制含锌废水的滴加速率为2.5mL/min，通过调节沉淀剂氢氧化钠溶液的滴加速率，控制反应pH为9.0±0.2，反应1小时。然后向沉淀反应完成后的悬浮液中投加5～25mL/(100mL悬浮液)活体丝状真菌菌液，室温振荡24小时，获得活体丝状真菌化学沉淀颗粒污泥，测其沉降速率。

图1中可见，活体丝状真菌菌液投加量为5～25mL/(100mL悬浮液)时，均产生了颗粒污泥，且沉降速率较投加量为0时有显著提高。投加量为5～10mL/(100mL悬浮液)时，不能完全絮凝，上清液浑浊。投加量为15～25mL/(100mL悬浮液)时上清液变得澄清，当投加量为20mL/(100mL悬浮液)时达到了最快沉降速率3.2cm/s。图2可见，锌去除率约为94～99％，最佳投加量20mL时，锌的去除率为94.1％，效果较好。该实施例证明活体丝状真菌可应用于含锌废水化学沉淀颗粒污泥的形成中，并可显著提高污泥的沉降速率。

实施例2

在37℃下接种曲霉(CGMCCNo.5858)至土豆固体培养基上，培养7天激活。经激活的曲霉接种至100mL液体土豆培养基内，30℃培养3天。曲霉经3天生长后，形成疏松的菌丝球。采用1500rpm磁力搅拌5h，打散大菌丝球，得到散的菌丝体。取5mL打散的菌液重新接种至100mL液体土豆培养基内，在30℃下培养48小时，形成大量小菌丝球，直径约为2mm。加入戊二醛溶液灭活，加入后的戊二醛浓度为2.5％，室温下静置6h，调节其pH值为9.0±0.2，经灭活的菌丝体放置在玻璃瓶中备用。

将一个反应烧杯置于恒温磁力搅拌器上，向其中加入100mL含晶种ZnO的悬浮液中(固体浓度为1.5g/L)。控制反应温度为25℃，调节磁力搅拌子的转速为500rpm。然后向烧杯中同时分别滴加氢氧化钠溶液(0.01mol/L)和含锌废水(1000mg/L)，控制含锌废水的滴加速率为2.5mL/min，通过调节沉淀剂氢氧化钠溶液的滴加速率，控制反应pH为9.0±0.2，反应1小时。然后向沉淀反应完成后的悬浮液中投加5～25mL/(100mL悬浮液)死体丝状真菌菌液，室温振荡24小时，获得死体丝状真菌化学沉淀颗粒污泥，测其沉降速率。

图3中可见，死体丝状真菌菌液投加量为5～25mL/(100mL悬浮液)时，均产生了颗粒污泥，且沉降速率较投加量为0时有显著提高。投加量为5～10mL/(100mL悬浮液)时，不能完全絮凝，上清液浑浊。投加量为15～25mL/(100mL悬浮液)时上清液变得澄清，当投加量为15mL/(100mL悬浮液)时达到了最快沉降速率3.0cm/s。图4可见，锌去除率约为90％，最佳投加量15mL时，锌的去除率为91.1％，效果较好。该实施例证明死体丝状真菌可应用于含锌废水化学沉淀颗粒污泥的形成中，并可显著提高污泥的沉降速率。