申请日2016.03.09
公开(公告)日2016.05.25
IPC分类号C02F3/34
摘要
本发明提供一种用于废水处理的生物复合絮凝剂及其制备方法，属于废水处理领域。为了克服现有技术中无机絮凝剂和有机絮凝剂的缺点，本发明所述的生物复合絮凝剂包括以下重量份的原料：酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物30-40份、纤维素黄原酸酯50-95份、壳聚糖3-6份，其中酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物为二段发酵产品，其与纤维素黄原酸酯、壳聚糖组合后在絮凝方面具有显著的协同效果，其絮凝活性高、安全无毒、无二次污染，适合推广应用。
权利要求书
1.一种用于废水处理的生物复合絮凝剂，包括以下重量份的原料：酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物30-40份、纤维素黄原酸酯50-95份、壳聚糖3-6份。
2.根据权利要求1所述的用于废水处理的生物复合絮凝剂，其特征在于，其包括以下重量份的原料：酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物35份、纤维素黄原酸酯75份、壳聚糖5份。
3.根据权利要求1或2所述的用于废水处理的生物复合絮凝剂，其特征在于，所述的酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物的制备方法为二段发酵法，具体包括如下步骤：发酵培养基灭菌后，接入10%的红色诺卡氏菌种子发酵液，控制发酵温度为30-32℃、通气量为1.5-1.7m3/h条件下培养40-44h，此时接入10%的酱油曲霉种子发酵液，控制发酵温度为26-29℃、通气量为1.8-2.2m3/h条件下培养26-30h，即得。
4.根据权利要求3所述的用于废水处理的生物复合絮凝剂，其特征在于，所述的酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物的制备方法中1L发酵培养基的组分为葡萄糖10g，K2HPO42g，KH2PO42g，MgSO4·7H2O0.2g，CaCl20.1g，尿素0.5g，酵母膏0.5g，pH7.2-7.5，120℃灭菌30min。
5.根据权利要求3所述的用于废水处理的生物复合絮凝剂，其特征在于，所述的红色诺卡氏菌和酱油曲霉在接入发酵培养基时均处于对数生长期。
6.根据权利要求3所述的用于废水处理的生物复合絮凝剂，其特征在于，所述的红色诺卡氏菌的种子培养基的配方为：葡萄糖1%、酵母粉1%，pH7.0-7.2，其培养条件为培养温度为26-28℃，摇床转速150-180r/min。
7.根据权利要求3所述的用于废水处理的生物复合絮凝剂，其特征在于，所述的酱油曲霉的1L种子培养基成分为：蛋白胨10.0g，葡萄糖40.0g，pH7.0-7.2，其培养条件为培养温度为27-29℃，摇床转速120-140r/min。
8.一种制备权利要求1或2所述的用于废水处理的生物复合絮凝剂，其包括将纤维素黄原酸酯和壳聚糖加入到酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物中即得。
9.一种权利要求1或2所述的用于废水处理的生物复合絮凝剂的使用方法，其特征在于，所述的生物复合絮凝剂用于废水处理时絮凝剂的投入量为180-210mL/L。
10.根据权利要求1所述的生物复合絮凝剂的使用方法，其特征在于，所述的生物复合絮凝剂用于废水处理时絮凝剂的投入量为200mL/L。
说明书
一种用于废水处理的生物复合絮凝剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于废水处理的生物复合絮凝剂及其制备方法，属于废水处理领域。
背景技术
絮凝剂是废水处理时絮凝工艺的关键因素，絮凝剂的选择直接决定着最终的絮凝效果。絮凝剂主要包括无机絮凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂。无机絮凝剂包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等，其中硫酸铝最早是由美国开发的，并一直沿用至今的一种重要的无机絮凝剂。常用的铝盐有硫酸铝AL2(SO4)3·18H2O和明矾AL2(SO4)3·K2SO4·24H2O，另一类是铁盐有三氯化铁水合物FeCL3·6H2O.硫酸亚铁水合物FeSO4·17H2O和硫酸铁。有机高分子絮凝剂有天然高分子和合成高分子两大类。从化学结构上可以分为以下3种类型：(1)聚胺型：低分子量阳离子型电解质;(2)季铵型：分子量变化范围大，并具有较高的阳离子性;(3)丙烯酰胺的共聚物：分子量较高，可以几十万到几百万、几千万，均以乳状或粉状的剂型出售，使用上较不方便，但絮凝性能好。有机高分子絮凝剂大分子中可以带-COO-、-NH-、-SO3、-OH等亲水基团，具有链状、环状等多种结构。因其活性基团多，分子量高，具有用量少，浮渣产量少，絮凝能力强，絮体容易分离，除油及除悬浮物效果好等特点。然而，无机絮凝剂价格便宜，但对人类健康和生态环境会产生不利影响;有机高分子絮凝剂虽然用量少，浮渣产量少，絮凝能力强，絮体容易分离，除油及除悬浮物效果好，但这类高聚物的残余单体具有“三致”效应(致畸、致癌、致突变)，因而使其应用范围受到限制。
微生物絮凝剂是一类由微生物产生的具有絮凝功能的高分子有机物。主要有糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等。微生物絮凝剂的种类：(1)直接利用微生物菌体作为絮凝剂，如某些细菌、放线菌、酵母菌和霉菌;(2)从微生物细胞壁提取的絮凝剂。如酵母菌细胞壁的葡聚糖、丝状真菌细胞壁的壳聚糖有较强的絮凝作用;(3)利用微生物代谢产物作絮凝剂。如细菌的荚膜和黏液质，主要成分为多糖及少量的多肽、蛋白质、脂类及其复合物。其中可用作絮凝剂的主要是多糖类物质;(4)利用基因克隆技术所获得的絮凝剂，是利用基因工程技术，将高效絮凝基因转移到便于发酵的菌体中，构造高效遗传菌株，从而生产处来的微生物絮凝剂。
影响微生物絮凝剂产生的因素主要包括絮凝剂产生菌的种类、培养基成分、培养条件等。微生物的种类不同，其产絮凝剂的能力也不同。培养基的碳氮比、生长因子等均影响到絮凝剂的产生。一般含单糖、营养丰富的培养基有利于絮凝剂的产生。不同微生物产絮凝剂所需发酵液的pH也不同，通常生长最佳pH与产絮凝剂的最佳pH也不一致。一般产絮凝剂的最佳温度在25-35℃之间，温度过低会影响菌体生长，温度过高则会使所产生的絮凝剂的活性降低。通气量过大或多小均会影响菌体生长和絮凝剂的产量，而且在微生物不同的生长期通气量要求也不同。
发明内容
本发明针对现有技术中无机絮凝剂和有机絮凝剂的缺点，提供了一种生物复合絮凝剂，该生物复合絮凝剂包括由生物发酵物以及天然高分子絮凝剂组成的絮凝剂组合物。本发明所述的生物复合絮凝剂絮凝活性高、安全无毒、无二次污染的特点。
本发明通过下述技术方案解决上述技术问题：
一种用于废水处理的生物复合絮凝剂，包括以下重量份的原料：酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物30-40份、纤维素黄原酸酯50-95份、壳聚糖3-6份。更优选的，酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物35份、纤维素黄原酸酯75份、壳聚糖5份。
其中酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物的制备方法为二段发酵法，具体包括如下步骤：发酵培养基灭菌后，接入10%的红色诺卡氏菌种子发酵液，控制发酵温度为30-32℃、通气量为1.5-1.7m3/h条件下培养40-44h，此时接入10%的酱油曲霉种子发酵液，控制发酵温度为26-29℃、通气量为1.8-2.2m3/h条件下培养26-30h，即得。
上述酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物的发酵过程中所使用的发酵培养基(g/L)为：葡萄糖10g，K2HPO42g，KH2PO42g，MgSO4·7H2O0.2g，CaCl20.1g，尿素0.5g，酵母膏0.5g，pH7.2-7.5，120℃灭菌30min。
本发明发酵过程中，所述的红色诺卡氏菌和酱油曲霉在接入发酵培养基时均处于对数生长期。其中所述的红色诺卡氏菌的种子培养基的配方为：葡萄糖1%、酵母粉1%，pH7.0-7.2，其培养条件为培养温度为26-28℃，摇床转速150-180r/min。所述的酱油曲霉的种子培养基为成分(g/L)：蛋白胨10.0g，葡萄糖40.0g，pH7.0-7.2，其培养条件为培养温度为27-29℃，摇床转速120-140r/min。
本发明还提供一种上述的用于废水处理的生物复合絮凝剂的制备方法，其包括如下步骤：将纤维素黄原酸酯和壳聚糖加入到酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物中即得。
本发明还提供一种上述的用于废水处理的生物复合絮凝剂的使用方法，所述的生物复合絮凝剂用于废水处理时絮凝剂的投入量为180-210mL/L，优选的，投入量为200mL/L。
本发明所述的用于废水处理的生物复合絮凝剂用于废水处理时与现有技术相比具有以下技术优势：
1)本发明所述的生物复合絮凝剂为天然的属于天然生物高分子，结构较复杂。从化学组成上看，主要是微生物代谢过程中产生的各种多聚糖类、蛋白质或是有糖类和蛋白质形成的高分子化合物，其用于絮凝工艺是不仅絮凝效果好，而且绿色环保，推广应用价值高。
2)本发明生物复合絮凝剂产生的絮凝效果要比单独使用其中一种絮凝剂效果显著，所述的复合型微生物絮凝剂中的酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物在絮凝工艺中与纤维素黄原酸以及壳聚糖产生了显著的协同作用，絮凝效果更佳优异。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1本发明所述的用于废水处理的生物复合絮凝剂及其制备方法
一种用于废水处理的生物复合絮凝剂，包括以下重量份的原料：酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物30份、纤维素黄原酸酯50份、壳聚糖3份。
其中酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物的制备方法为二段发酵法，具体包括如下步骤：发酵培养基灭菌后，接入10%的红色诺卡氏菌种子发酵液，控制发酵温度为30℃、通气量为1.5m3/h条件下培养40h，此时接入10%的酱油曲霉种子发酵液，控制发酵温度为26℃、通气量为1.8m3/h条件下培养26h，即得。
所使用的发酵培养基(g/L)为：葡萄糖10g，K2HPO42g，KH2PO42g，MgSO4·7H2O0.2g，CaCl20.1g，尿素0.5g，酵母膏0.5g，pH7.2-7.5，120℃灭菌30min。所述的红色诺卡氏菌的种子培养基的配方为：葡萄糖1%、酵母粉1%，pH7.0，其培养条件为培养温度为26℃，摇床转速150r/min。所述的酱油曲霉的种子培养基为成分(g/L)：蛋白胨10.0g，葡萄糖40.0g，pH7.0，其培养条件为培养温度为27℃，摇床转速120r/min。
用于废水处理的生物复合絮凝剂的制备方法，其包括如下步骤：将纤维素黄原酸酯和壳聚糖加入到酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物中即得，用于废水处理时絮凝剂的投入量为180mL/L。
实施例2本发明所述的用于废水处理的生物复合絮凝剂及其制备方法
一种用于废水处理的生物复合絮凝剂，包括以下重量份的原料：酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物40份、纤维素黄原酸酯95份、壳聚糖6份。
其中酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物的制备方法为二段发酵法，具体包括如下步骤：发酵培养基灭菌后，接入10%的红色诺卡氏菌种子发酵液，控制发酵温度为32℃、通气量为1.7m3/h条件下培养44h，此时接入10%的酱油曲霉种子发酵液，控制发酵温度为29℃、通气量为2.2m3/h条件下培养30h，即得。
所使用的发酵培养基配方、红色诺卡氏菌的种子培养基的配方以及酱油曲霉的种子培养基配方和培养条件同实施例1。
用于废水处理的生物复合絮凝剂的制备方法，其包括如下步骤：将纤维素黄原酸酯和壳聚糖加入到酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物中即得，用于废水处理时絮凝剂的投入量为210mL/L。
实施例3本发明所述的用于废水处理的生物复合絮凝剂及其制备方法
一种用于废水处理的生物复合絮凝剂，包括以下重量份的原料：酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物35份、纤维素黄原酸酯75份、壳聚糖5份。
其中酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物的制备方法为二段发酵法，具体包括如下步骤：发酵培养基灭菌后，接入10%的红色诺卡氏菌种子发酵液，控制发酵温度为32℃、通气量为1.6m3/h条件下培养42h，此时接入10%的酱油曲霉种子发酵液，控制发酵温度为28℃、通气量为2.0m3/h条件下培养26-30h，即得。
所使用的发酵培养基配方、红色诺卡氏菌的种子培养基的配方以及酱油曲霉的种子培养基配方同实施例1。所述的红色诺卡氏菌培养条件为培养温度为27℃，摇床转速170r/min。所述的酱油曲霉的培养条件为培养温度为28℃，摇床转速130r/min。
用于废水处理的生物复合絮凝剂的制备方法，其包括如下步骤：将纤维素黄原酸酯和壳聚糖加入到酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物中即得，用于废水处理时絮凝剂的投入量为190mL/L。
实施例4本发明所述的用于废水处理的生物复合絮凝剂及其制备方法
一种用于废水处理的生物复合絮凝剂，包括以下重量份的原料：酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物34份、纤维素黄原酸酯85份、壳聚糖5份。
其中酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物的制备方法为二段发酵法，具体包括如下步骤：发酵培养基灭菌后，接入10%的红色诺卡氏菌种子发酵液，控制发酵温度为32℃、通气量为1.7m3/h条件下培养44h，此时接入10%的酱油曲霉种子发酵液，控制发酵温度为29℃、通气量为2.2m3/h条件下培养26h，即得。
所使用的发酵培养基配方、红色诺卡氏菌的种子培养基的配方以及酱油曲霉的种子培养基配方同实施例1。所述的红色诺卡氏菌培养条件为培养温度为27℃，摇床转速170r/min。所述的酱油曲霉的培养条件为培养温度为28℃，摇床转速130r/min。
用于废水处理的生物复合絮凝剂的制备方法，其包括如下步骤：将纤维素黄原酸酯和壳聚糖加入到酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物中即得，用于废水处理时絮凝剂的投入量为195mL/L。
实施例5本发明所述的用于废水处理的生物复合絮凝剂及其制备方法
一种用于废水处理的生物复合絮凝剂，包括以下重量份的原料：酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物38份、纤维素黄原酸酯68份、壳聚糖4份。
其中酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物的制备方法为二段发酵法，具体包括如下步骤：发酵培养基灭菌后，接入10%的红色诺卡氏菌种子发酵液，控制发酵温度为30-32℃、通气量为1.5-1.7m3/h条件下培养40-44h，此时接入10%的酱油曲霉种子发酵液，控制发酵温度为26-29℃、通气量为1.8-2.2m3/h条件下培养26-30h，即得。
所使用的发酵培养基配方、红色诺卡氏菌的种子培养基的配方以及酱油曲霉的种子培养基配方同实施例1。所述的红色诺卡氏菌培养条件为培养温度为28℃，摇床转速180r/min。所述的酱油曲霉的培养条件为培养温度为26℃，摇床转速140r/min。
用于废水处理的生物复合絮凝剂的制备方法，其包括如下步骤：将纤维素黄原酸酯和壳聚糖加入到酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物中即得，用于废水处理时絮凝剂的投入量为205mL/L。
实施例6本发明生物复合絮凝剂的絮凝实验测定
在标准比色管中加入10mg干重酿酒酵母菌，加入1mL培养液，用0.01mol/LHCl调节pH到3.5，加去离子水至5mL，30℃，轻轻振荡5min，然后静置10min，在721型分光光度计540nm处测定。上层清液浊度B，以不加培养液的上相液浊度A为对照，通过浊度的减少来确定絮凝程度，以絮凝率定量表示絮凝活性。
式中:A-540nm处对照上清液的OD值;
B-540nm处样品上清液OD值
采用上述方法测定实施例1-5的絮凝率，并设置对照组1、对照组2和对照组3，其中对照组1为实施例3中酱油曲霉和红色诺卡氏菌的共发酵物(投入浓度为200mL/L，对照组2为纤维素黄原酸酯(投入浓度为50g/L),对照组3为壳聚糖(投入量为100g/L)，其絮凝率测定结果如表1所示。
表1本发明生物复合絮凝剂的絮凝实验测定
絮凝剂加入量絮凝率实施例1200mL/L89.7%实施例2200mL/L92.5%实施例3200mL/L95.8%实施例4200mL/L94.2%实施例5200mL/L87.9%对照组1200mL/L35.5%对照组250g/L14.2%对照组3100g/L10.2%
