专利名称：利用生物制氢废液制取生物絮凝剂的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备生物絮凝剂的方法，具体涉及一种利用生物制氢废液制取生物絮凝剂的方法。
背景技术：
水处理中使用最为广泛的絮凝剂有铝盐絮凝剂、铁盐絮凝剂和聚丙烯酰胺类高分子絮凝剂，这三类絮凝剂都会带来二次污染，而且铝盐絮凝剂和聚丙烯酰胺类高分子絮凝剂的使用会给人体健康带来潜在危害，这都限制了传统絮凝剂的应用范围及其发展。由于传统絮凝剂的种种缺陷，开发一种安全无毒、絮凝活性高、无二次污染的新型絮凝剂对物质产品的生产工艺改进、人类的健康和环境保护都有很重要的现实意义。于是，一种安全的、可生物降解的、对环境和人类健康无害的新型水处理剂引起人们极大的兴趣。生物絮凝剂由此应运而生，它是一种由微生物产生的可使液体中不易降解的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体粒子等凝集、沉淀的特殊高分子代谢产物，主要有糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素和DNA等。生物絮凝剂具有许多独特的性质和优点，因此，生物絮凝剂一旦实现了工业化生产，必将带来巨大的社会效益、经济效益和环境效益。但目前我国对生物絮凝剂的研究尚处于实验室水平的研究而未达到工业化应用，其主要原因是由于生物絮凝剂产率过低、生产成本过高。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用生物制氢废液制取生物絮凝剂的方法，该方法制取的生物絮凝剂对废水的除浊、脱色、去除有机物具有良好的效果，且比传统絮凝剂有着显著的优势。本发明是这样利用生物制氢废液制取生物絮凝剂的(一)将制氢废液和絮凝剂产生菌培养基混合配制成培养液，采用贫富营养交替法对絮凝剂产絮菌进行循环驯化；(二)将驯化后的菌株转至生物制氢废液中，在温度为30℃、摇床转速为140r/min的条件下进行培养，絮凝率大于50％时驯化结束，得到生物絮凝剂。微生物与环境，微生物与微生物间的相互作用是复杂微妙的，突然改变环境条件(从厌氧/缺氧→好氧)，产絮菌不能迅速的适应制氢废液，不仅不能产生絮凝剂，而且有可能由于竞争不过原有菌群，在其中生长也较为困难。所以本发明在产絮菌的驯化过程中，采取了逐渐改变环境条件，即利用贫富营养交替法对高效产絮菌进行三次循环的驯化，可以使产絮菌较快地适应制氢废液的环境，并大量的分泌生物絮凝剂。产絮菌株经过驯化后，已能够在制氢废液中生长并大量产絮，因而为了获得最大的絮凝活性，对有较高絮凝活性的复合型产絮菌株进行了培养条件优化试验，逐项变化发酵初始pH值、发酵时间、温度以及摇床转速等条件，通过烧杯试验测定菌液的絮凝率，以此来确定最佳发酵条件。本发明所得生物絮凝剂具有许多独特的性质和优点(1)高效性同等用量下，生物絮凝剂的絮凝效率明显高于常规絮凝剂；(2)无二次污染微生物产生的絮凝剂成分复杂多样，且随菌种的不同而不同，目前已报到的生物絮凝剂物质多为糖蛋白、粘多糖、纤维素和DNA等物质，具有可降解性，因而絮凝后不会带来二次污染；(3)易被微生物降解、无毒无害、安全性高经小白鼠安全试验证明，生物絮凝剂完全能用于食品、医药等行业；(4)易于固液分离、形成沉淀物少生物絮凝剂为高分子物质，其分子量多在105道尔顿以上，沉淀性好；(5)使用范围广生物絮凝剂可以处理多种废水，治理污泥膨胀，除浊脱色等；(6)有的生物絮凝剂还具有不受pH条件影响、热稳定性强、用量小等特点，处理几种典型废水均有良好效果。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式的利用生物制氢废液制取生物絮凝剂的方法是按照下述步骤进行的(一)将制氢废液和絮凝剂产生菌培养基混合，配制成培养液，采用贫富营养交替法对絮凝剂产絮菌进行循环驯化；(二)将驯化后的菌株转至生物制氢废液中，在温度为30℃、摇床转速为140r/min的条件下进行培养，絮凝率大于50％时驯化结束，得到生物絮凝剂。所述生物制氢废液来源于哈尔滨工业大学市政环境工程学院环境生物技术研究中心的乙醇型发酵生物制氢反应器，其COD浓度大于4000mg/L，pH值为4.0～4.5。所述生物制氢废液由下述成分按照重量百分比组成废糖蜜40～50％、生物制氢反应器的液相末端产物50～60％。所述液相末端产物为乙醇、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的混合物。所述生物制氢废液由下述成分按照重量百分比组成废糖蜜40％、乙醇和乙酸的混合物48％、丙酸、丁酸和戊酸的混合物12％。所述絮凝剂产生菌培养基由下述成分制成取葡萄糖10.0g、K2HPO45.0g、MgSO4·7H2O 0.2g、尿素0.5g、KH2PO42g、NaCl 0.1g、酵母膏0.5g溶解于1000mL蒸馏水中，调节pH值为7.5，115℃灭菌30min。所述贫富营养交替法按照下述步骤进行a、设置9组250mL培养瓶，取制氢废液和絮凝剂产生菌培养基混合液共150mL装入培养瓶中灭菌，培养瓶中培养基和制氢废液的比例分别为9∶1、6.5∶1、4∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶4、1∶6.5和1∶9；b、取絮凝剂产生菌菌液15mL，以投菌率为10％接种到培养基和制氢废液的比例为9∶1的培养瓶中，每隔48h依次按照培养基含量从高到低、从低到高的顺序转投，完成一次循环驯化，共循环驯化三次。絮凝剂产生菌为芽孢杆菌属、微球菌属中的一种或两种。所述培养液中还含有0.2wt.％ K2HPO4和0.08wt.％ KH2PO4。所述摇床转速为140r/min。
具体实施例方式
二本实施方式是这样实现的一、复合型产絮菌F2-F6的驯化a、设置9组250mL培养瓶，取制氢废液和絮凝剂产生菌培养基混合液共150mL装入培养瓶中灭菌，培养瓶中培养基和制氢废液的比例分别为9∶1、6.5∶1、4∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶4、1∶6.5和1∶9，为了使驯化的培养基与产絮培养基相类似，保持培养液中含有质量百分比为0.2％ K2HPO4和0.08％ KH2PO4，其中生物制氢废液为哈尔滨工业大学环境生物技术研究中心的发酵法生物制氢反应器的出水，其COD约4000mg/L，pH值为4.0-4.5，其主要成分包括进水中未被降解的废糖蜜(含量约为40％)和生物制氢反应器的液相末端产物，其中乙醇和乙酸的含量比例约为48％，丙酸、丁酸和戊酸的含量比例约为12％；絮凝剂产生菌培养基由下述成分制成取葡萄糖10.0g、K2HPO45.0g、MgSO4·7H2O 0.2g、尿素0.5g、KH2PO42g、NaCl 0.1g、酵母膏0.5g溶解于1000mL蒸馏水中，调节pH值为7.5，115℃灭菌30min；b、取扩大培养的复合型产絮菌F2-F6菌液15mL，以投菌率为10％接种到培养基和制氢废液的比例为9∶1的培养瓶中，每隔48h依次按照培养基含量从高到低，从低到高的顺序转投，完成一次循环驯化，即取扩大培养的复合型F2-F6菌液15ml(投菌率10％)接种到培养基和制氢废液的比例为9∶1的培养瓶中，48h后转投到6.5∶1的培养瓶中，以此类推，转投到1∶9的培养瓶中后再转投至1∶6.5的培养瓶中，同样以此类推；c、经过三次循环驯化，将驯化后的菌株转至生物制氢废液中在温度为30℃、摇床转速为140r/min的条件下进行培养，每隔12h测培养液对高岭土悬浊液的絮凝率，取各比例下效果最好时的絮凝率，最后在1∶9的情况下，絮凝率达到50.3％，驯化结束，得到生物絮凝剂。复合型产絮菌F2-F6可以按照“复合型微生物絮凝剂的开发”(中国给水排水2003年19卷第四期1～4页)中的双株混养方法获得。
二、发酵条件的确定1、絮凝率的测定试验在烧杯中加入5g/L高岭土悬浊液1000mL，加入一定量的发酵液(即生物絮凝剂)和1mL 0.2mol/L的AlCl3水溶液，AlCl3作为生物絮凝剂的助凝剂，可明显的提高对废水的絮凝效果，并且缩短了混合搅拌的时间；对照中只加入1mL的AlCl3水溶液。采用六联混凝搅拌仪160r/min快搅40s，35r/min慢搅180s，静沉20min，然后采用分光光度计测定上清液的OD550值，发酵液的絮凝活性通过下式来计算絮凝率(％)＝(A-B)×100％/A其中A表示对照组上清液的OD550值，B表示加入发酵液絮凝之后上清液的OD550值。
2、最佳发酵初始pH值的确定将发酵培养基的初始pH值设置为不调节(4.4左右)、5.0、6.0、6.5、7.0和7.5，在摇床转速140r/min，温度30℃条件下，培养24h，最佳絮凝率出现在初始pH值为7.0。
3、最佳发酵时间的确定调节发酵培养基初始pH值至7.0，接入扩培的复合产絮菌F2-F6后发酵，在摇床转速140r/min，温度30℃条件下，每隔3h测定一次絮凝率，24h后每隔12h测定一次。最佳絮凝率出现在发酵周期为21h。
4、最佳发酵温度的确定在发酵初始pH值7.0，摇床转速140r/min，发酵时间21h条件下，考察发酵液絮凝率随温度的变化情况，最佳絮凝率出现在发酵温度为30℃。
5、最佳要创转速的确定调节发酵培养基初始pH值至7.0，在温度30℃条件下，发酵21h后，考察了摇床转速在100r/min～180r/min时对絮凝率的影响，最佳絮凝率出现在摇床转速为140r/min。
在上述条件下，对高岭土悬浊液的最佳絮凝率可达93％以上。
三、生物絮凝剂对废水的处理效果1、脱色效果对自配墨汁废水(色度为310PCU)的脱色率可达96.9％。
2、除浊效果对哈尔滨工业大学职工小区生活污水的除浊率可达98.7％。
3、去除有机物的效果对哈尔滨市第二中药厂的中药废水(COD为15800mg/L)的COD去除率可达62.6％。
权利要求
1.利用生物制氢废液制取生物絮凝剂的方法，其特征在于它按照下述步骤进行(一)将制氢废液和絮凝剂产生菌培养基混合，配制成培养液，采用贫富营养交替法对絮凝剂产絮菌进行循环驯化；(二)将驯化后的菌株转至生物制氢废液中，在温度为30℃、摇床转速为140r/min的条件下进行培养，絮凝率大于50％时驯化结束，得到生物絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的利用生物制氢废液制取生物絮凝剂的方法，其特征在于所述贫富营养交替法按照下述步骤进行a、设置9组250mL培养瓶，取制氢废液和絮凝剂产生菌培养基混合液共150mL装入培养瓶中灭菌，培养瓶中培养基和制氢废液的比例分别为9∶1、6.5∶1、4∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶4、1∶6.5和1∶9；b、取絮凝剂产生菌菌液15mL，按照投菌率为10％接种到培养基和制氢废液的比例为9∶1的培养瓶中，每隔48h依次按照培养基含量从高到低、从低到高的顺序转投，完成一次循环驯化，共进行三次循环驯化。
3.根据权利要求1或2所述的利用生物制氢废液制取生物絮凝剂的方法，其特征在于所述生物制氢废液的COD大于4000mg/L，pH值为4.0～4.5。
4.根据权利要求1或2所述的利用生物制氢废液制取生物絮凝剂的方法，其特征在于所述生物制氢废液由下述成分按照重量百分比组成废糖蜜40～50％、生物制氢反应器的液相末端产物50～60％。
5.根据权利要求4所述的利用生物制氢废液制取生物絮凝剂的方法，其特征在于所述液相末端产物为乙醇、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸的混合物。
6.根据权利要求1或2所述的利用生物制氢废液制取生物絮凝剂的方法，其特征在于所述生物制氢废液由下述成分按照重量百分比组成废糖蜜40％、乙醇和乙酸的混合物48％、丙酸、丁酸和戊酸的混合物12％。
7.根据权利要求1或2所述的利用生物制氢废液制取生物絮凝剂的方法，其特征在于所述絮凝剂产生菌培养基由下述成分制成取葡萄糖10.0g、K2HPO45.0g、MgSO4·7H2O 0.2g、尿素0.5g、KH2PO42g、NaCl 0.1g、酵母膏0.5g溶解于1000mL蒸馏水中，调节pH值为7.5，115℃灭菌30min。
8.根据权利要求1或2所述的利用生物制氢废液制取生物絮凝剂的方法，其特征在于所述絮凝剂产生菌为芽孢杆菌属、微球菌属中的一种或两种。
9.根据权利要求1所述的利用生物制氢废液制取生物絮凝剂的方法，其特征在于所述培养液中还含有0.2wt.％ K2HPO4和0.08wt.％ KH2PO4。
10.根据权利要求1所述的利用生物制氢废液制取生物絮凝剂的方法，其特征在于发酵条件为初始pH值为7.0，发酵周期为21h，发酵温度为30℃，摇床转速为140r/min。
全文摘要
利用生物制氢废液制取生物絮凝剂的方法，它涉及一种制备生物絮凝剂的方法。它按照下述步骤进行(一)将制氢废液和絮凝剂产生菌培养基混合，配制成培养液，采用贫富营养交替法对絮凝剂产絮菌进行循环驯化；(二)将驯化后的菌株转至生物制氢废液中，在温度为30℃、摇床转速为140r/min的条件下进行培养，絮凝率大于50％时驯化结束，得到生物絮凝剂。本发明在产絮菌的驯化过程中，利用贫富营养交替法对高效产絮菌进行三次循环的驯化，可以使产絮菌较快地适应制氢废液的环境，并大量的分泌生物絮凝剂。本发明的方法所得生物絮凝剂处理生活污水、墨汁废水和中药废水时，具有高效性、安全性高、易于固液分离、沉淀物少、用量小等特点。
文档编号C02F1/52GK1613789SQ200410044040
公开日2005年5月11日 申请日期2004年11月12日 优先权日2004年11月12日
发明者任南琪, 王爱杰, 董双石, 马放 申请人:哈尔滨工业大学