技术领域
背景技术
[0002]
微生物絮凝剂的主成分为
蛋白质、多糖和核酸等生物大分子
聚合物，由微生物在细胞代谢过程中产生，通过基于物理、化学机理的提取过程，将其
次级代谢产物分离，从而获得具有促进水中悬浮颗粒、菌体、胶体粒子沉降的微生物絮凝剂产品。微生物絮凝剂具有环境友好、生态安全等优势，在近年来的水处理研究和应用领域中备受关注。
[0003] 目前对于微生物絮凝剂的制备主要关注于三种技术路线，通过优选微生物絮凝剂产生菌菌株，在培养基上进行培养生产絮凝剂。
[0004] 技术路线之一为通过较为精细的培养基生产絮凝剂，并对
发酵参数进行优化。主要利用
葡萄糖、果糖、
蔗糖、
淀粉等的
碳源，蛋白胨、尿素、
硝酸盐等氮源为底物，或
酵母膏等营养丰富的底物，所选用微生物絮凝剂产生菌发生代谢作用来生产微生物絮凝剂。如
专利CN103435250A公开了一种投加微生物絮凝剂改善
活性污泥脱水性能的方法，从活性污泥中分离、纯化、筛选得到微生物絮凝剂产生菌Klebsiellapneumoniae，在
温度为25～40℃，转速为100～200r/min振荡发酵培养2～3d的条件下从发酵上清液中提取到了絮凝剂样品，并用于污泥脱水。专利CN106430627A公开了一种
真菌类微生物絮凝剂的制备方法及应用，将黑曲霉接种于初始pH为6.0～9.0，以葡萄糖、(NH4)2SO4、尿素、酵母膏等配制的培养基上，于30～35℃、150～200r/min的条件下振荡培养36～72h后，收集发酵液制得。专利CN106630063A公开了一种由类芽孢杆菌产生的微生物絮凝剂及其应用，将上述类芽孢杆菌接种至由淀粉、
磷酸二氢钠、硝酸
钾等制成的发酵培养基中，培养温度为30℃，摇床培育2～
3天获得微生物絮凝剂。此技术的难点在于微生物絮凝剂产生菌菌株的筛选及产絮特性的全面研究，同时，葡萄糖、酵母膏、尿素等底物的价格较高，导致生产成本较高。需要探索对廉价底物的利用以降低整体的生产成本。
[0005] 第二种技术路线为利用廉价的食品生产残渣、
废水及下脚料底物培养微生物絮凝剂，例如专利CN108060179A公开了一种除磷微生物絮凝剂及其制备方法和应用，利用秸秆，甘薯渣，
甘蔗渣类粗
纤维原料为底物，经过三级发酵，分别逐级接种产絮菌、解纤维梭菌、粘细菌，最终获得发酵产物絮凝剂。专利CN107089712A公开了一种利用海产品下脚料制备生态仿生型微生物絮凝剂的方法，利用鱼肚、鱼肉碎屑等海产品下脚料与人工
海水配制后经过
水解过程，将水解后的液体培养菲律宾蛤仔吐出的污泥悬浊液获得絮凝剂。专利CN105238843B公开了一种微生物絮凝剂、制备方法及其应用，以红薯加工废水配置的发酵培养基接种微生物絮凝剂产生菌，并在发酵过程中补充
磷酸盐和红薯加工废水，经过24-42h的发酵获得微生物絮凝剂。专利CN102776239A公开了利用酵母废水和
啤酒废水混合后添加磷酸盐制成培养基生产微生物絮凝剂及方法。此类技术路线利用了食品及工业下脚料等廉价的营养物质，通过一定的处理作为微生物絮凝剂产生菌株的底物支持其生长，然而培养基的制备过程往往较为繁琐，廉价底物的营养成分有可能不足，往往需要额外添加营养成分或在发酵过程中补充营养成分，尤其是利用
纤维素等成分生产絮凝剂时由于纤维素难于利用，需要进行多次发酵以产生絮凝剂产物。
[0006] 第三种技术路线是将城市固废-剩余污泥作为添加物制成微生物絮凝剂培养基及应用，例如专利CN105217805B公开了一种利用剩余活性污泥和
农作物秸秆制备微生物絮凝剂的方法，将灭菌污泥与酸解秸秆液混合灭菌制成培养基，在发酵过程中进一步添加磷酸盐和灭菌活性污泥用于絮凝剂发酵。专利CN103408146A公开了一种由生物絮凝剂和聚合氯化
铝制备复合絮凝剂的方法，其中有机生物絮凝剂的制备部分利用了
污水处理厂剩余污泥和养殖废水分别高温灭菌，取灭菌后剩余污泥的上清液与养殖废水以体积比1:(6-11)的比例混合成培养基，用于接种絮凝剂产生菌株发酵得到有机生物絮凝剂。目前对于污泥作为底物配制培养基的技术路线包括使用灭菌污泥和使用灭菌污泥上清液两类，在此
基础上添加其他廉价基质和营养物制成培养基，实现了一定程度的絮凝剂生产成本降低。此类工艺虽然实现了对污泥的利用，但仍然需要经过灭菌和额外添加营养物。
[0007] 城市剩余污泥是难以处理的城市固废，由于产量高、污染大，剩余污泥已成为污水处理行业衍生的不容忽视的环境污染源。利用剩余污泥生产微生物絮凝剂由于具有环境友好、生态安全、价格低廉等优势，在近年来的水处理研究和应用领域中备受关注。以往的技术路线往往集中于使用灭菌污泥配制培养基，由于营养成分的不足，需要额外添加其它营养物质，同时，絮凝剂产生菌的发酵条件较为苛刻，因此，整体的生产成本和技术需求仍然较高。剩余污泥中以微生物聚集体-菌胶团形式存在的
生物质占整体干重的60％～70％，其中含有大量的微生物细胞，富含蛋白质和多糖，细胞外被主要成分为蛋白质和多糖的荚膜和黏液层包裹，如果能对其中的絮凝物质直接提取利用，以剩余污泥为直接的生产原料提取微生物絮凝剂，将省去额外的培养基灭菌、配制、发酵等繁琐的絮凝剂生产过程，节省营养底物添加、发酵培养能耗物耗等成本，有利于在经济欠发达地区的推广应用，能够实现污泥的资源化利用。然而，由于污泥絮体成分复杂，对其絮凝活性物质的提取难度较大。
[0008] 综上所述，现有利用剩余污泥生产微生物絮凝剂条件苛刻，生产成本高，提取难度大，且直接提取的絮凝剂絮凝率低，通常低于30％。
发明内容
[0009] 本发明要解决现有利用剩余污泥生产微生物絮凝剂条件苛刻，生产成本高，提取难度大，且直接提取的絮凝剂絮凝率低的问题，而提供一种利用后生动物促进污泥提取絮凝剂的方法。
[0010] 一种利用后生动物促进污泥提取絮凝剂的方法是按以下步骤进行：
[0011] 一、浓缩均质化处理：
[0012] 将污水处理厂未经脱水处理的剩余污泥静置，沉淀2h～3h，去除上清液，取浓缩沉淀后的污泥，依次用4目和10目的筛网过滤去除杂质，得到浓缩均质后的污泥；
[0013] 二、利用后生动物生物处理：
[0014] 利用蒸馏水将浓缩均质后的污泥稀释至浓度为3000mg/L～5000mg/L，得到污泥
混合液，向污泥混合液中投加后生动物进行生物溶胞处理，得到后生动物处理后的污泥；
[0015] 若所述的后生动物为大型后生动物时，则在温度为22℃～26℃及溶解
氧浓度为2mg/L～4mg/L的条件下，向每1L污泥混合液中投加12g～20g大型后生动物，处理3天～5天；
[0016] 若所述的后生动物为小型后生动物时，则在温度为22℃～26℃及溶解氧浓度大于2mg/L的条件下，向每1mL污泥混合液中投加50条～200条小型后生动物，处理3天～5天；
[0017] 若所述的后生动物为大型后生动物和小型后生动物的组合时，则在温度为22℃～26℃及溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L的条件下，向每1L污泥混合液中投加12g～20g大型后生动物，且每1mL污泥混合液中投加10条～100条小型后生动物，处理3天～5天；
[0018] 若所述的后生动物为大型后生动物和浮游型后生动物的组合时，则在温度为22℃～26℃及溶解氧浓度为3.5mg/L～4mg/L的条件下，向每1L污泥混合液中投加12g～20g大型后生动物，且每1mL污泥混合液中投加2个～5个浮游型后生动物，处理3天～5天；
[0019] 若所述的后生动物为小型后生动物和浮游型后生动物的组合时，则在温度为22℃～26℃及溶解氧浓度大于3.5mg/L的条件下，向每1mL污泥混合液中投加50条～200条小型后生动物，且每1mL污泥混合液中投加2个～5个浮游型后生动物，处理3天～5天；
[0020] 所述的大型后生动物为水丝蚓、颤蚓和尾鳃蚓中的一种或其中几种的组合；所述的小型后生动物为顠体虫；所述的浮游型后生动物为水蚤；
[0021] 三、热酸解处理：
[0022] 将后生动物处理后的污泥浓缩沉淀，然后用滤网过滤，并去除上清液，使得污泥与后生动物分离，将分离后的污泥在转速为2500r/min～3000r/min的条件下，离心5min～10min，去除上清液，得到污泥固形物；所述的污泥固形物含水率为85％～90％；向10g～20g污泥固形物中加入
质量百分数为30％～36％的HCl溶液，得到加酸后的污泥，然后向加酸后的污泥中添加蒸馏水，得到酸解污泥溶液，所述的酸解污泥溶液的体积为100mL，然后在温度为30℃～50℃的条件下，酸解20min～30min，酸解后在转速为8000r/min～10000r/min的条件下，离心10min～15min，取上清液作为絮凝剂，即完成利用后生动物促进污泥提取絮凝剂的方法；
[0023] 所述的酸解污泥溶液中HCl浓度为0.5mol/L～1mol/L。
[0024] 本发明的有益效果是：
[0025] 城市剩余污泥是难于处理的城市固废，利用剩余污泥生产微生物絮凝剂由于具有环境友好、生态安全、价格低廉等优势，在近年来的水处理研究和应用领域中备受关注。剩余污泥中以微生物聚集体-菌胶团形式存在的生物质占整体干重的60％～70％，其中含有大量的微生物细胞，并被以蛋白质和多糖为主要成分的荚膜和黏液层包裹，本发明公开了一种提高污泥基絮凝剂效率的方法，能对剩余污泥的絮凝物质直接提取利用，以剩余污泥为直接的生产原料提取微生物絮凝剂，通过本发明的方法，能够有效地直接从浓缩的剩余污泥中提取到絮凝剂，节省能耗物耗，生产成本低，提取难度小，获得的絮凝剂可直接用于处理污水，也可以与无机絮凝剂进行复配，制成复合絮凝剂用于处理污水，絮凝率可达到64.9％以上。
[0026] 本发明用于一种利用后生动物促进污泥提取絮凝剂的方法。
具体实施方式
[0027] 具体实施方式一：本实施方式的一种利用后生动物促进污泥提取絮凝剂的方法是按以下步骤进行：
[0028] 一、浓缩均质化处理：
[0029] 将污水处理厂未经脱水处理的剩余污泥静置，沉淀2h～3h，去除上清液，取浓缩沉淀后的污泥，依次用4目和10目的筛网过滤去除杂质，得到浓缩均质后的污泥；
[0030] 二、利用后生动物生物处理：
[0031] 利用蒸馏水将浓缩均质后的污泥稀释至浓度为3000mg/L～5000mg/L，得到污泥混合液，向污泥混合液中投加后生动物进行生物溶胞处理，得到后生动物处理后的污泥；
[0032] 若所述的后生动物为大型后生动物时，则在温度为22℃～26℃及溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L的条件下，向每1L污泥混合液中投加12g～20g大型后生动物，处理3天～5天；
[0033] 若所述的后生动物为小型后生动物时，则在温度为22℃～26℃及溶解氧浓度大于2mg/L的条件下，向每1mL污泥混合液中投加50条～200条小型后生动物，处理3天～5天；
[0034] 若所述的后生动物为大型后生动物和小型后生动物的组合时，则在温度为22℃～26℃及溶解氧浓度为2mg/L～4mg/L的条件下，向每1L污泥混合液中投加12g～20g大型后生动物，且每1mL污泥混合液中投加10条～100条小型后生动物，处理3天～5天；
[0035] 若所述的后生动物为大型后生动物和浮游型后生动物的组合时，则在温度为22℃～26℃及溶解氧浓度为3.5mg/L～4mg/L的条件下，向每1L污泥混合液中投加12g～20g大型后生动物，且每1mL污泥混合液中投加2个～5个浮游型后生动物，处理3天～5天；
[0036] 若所述的后生动物为小型后生动物和浮游型后生动物的组合时，则在温度为22℃～26℃及溶解氧浓度大于3.5mg/L的条件下，向每1mL污泥混合液中投加50条～200条小型后生动物，且每1mL污泥混合液中投加2个～5个浮游型后生动物，处理3天～5天；
[0037] 所述的大型后生动物为水丝蚓、颤蚓和尾鳃蚓中的一种或其中几种的组合；所述的小型后生动物为顠体虫；所述的浮游型后生动物为水蚤；
[0038] 三、热酸解处理：
[0039] 将后生动物处理后的污泥浓缩沉淀，然后用滤网过滤，并去除上清液，使得污泥与后生动物分离，将分离后的污泥在转速为2500r/min～3000r/min的条件下，离心5min～10min，去除上清液，得到污泥固形物；所述的污泥固形物含水率为85％～90％；向10g～20g污泥固形物中加入质量百分数为30％～36％的HCl溶液，得到加酸后的污泥，然后向加酸后的污泥中添加蒸馏水，得到酸解污泥溶液，所述的酸解污泥溶液的体积为100mL，然后在温度为30℃～50℃的条件下，酸解20min～30min，酸解后在转速为8000r/min～10000r/min的条件下，离心10min～15min，取上清液作为絮凝剂，即完成利用后生动物促进污泥提取絮凝剂的方法；
[0040] 所述的酸解污泥溶液中HCl浓度为0.5mol/L～1mol/L。
[0041] 本具体实施方式步骤一过滤除去大砂砾、枯叶、
植物籽粒等污水处理厂中常见的水处理系统中杂质，使污泥实现絮体颗粒的均质化。
[0042] 本具体实施方式步骤二通过后生动物对污泥絮体的撕扯、吞噬、滤食等作用，实现污泥絮体的部分解絮，污泥内含物溶出，污泥胞外聚合物剥离和溶解至污泥上清液中，从而实现污泥细胞的生物法溶胞。
[0043] 本具体实施方式步骤二中大型后生动物的投加量为湿重。
[0044] 本具体实施方式步骤二中大型后生动物可筛选不同生长阶段的虫体，以根据具体环境条件提升处理效果。分离出的后生动物可以回收循环使用。
[0045] 本具体实施方式的有益效果是：城市剩余污泥是难于处理的城市固废，利用剩余污泥生产微生物絮凝剂由于具有环境友好、生态安全、价格低廉等优势，在近年来的水处理研究和应用领域中备受关注。剩余污泥中以微生物聚集体-菌胶团形式存在的生物质占整体干重的60％～70％，其中含有大量的微生物细胞，并被以蛋白质和多糖为主要成分的荚膜和黏液层包裹，本具体实施方式公开了一种提高污泥基絮凝剂效率的方法，能对剩余污泥的絮凝物质直接提取利用，以剩余污泥为直接的生产原料提取微生物絮凝剂，通过本发明的方法，能够有效地直接从浓缩的剩余污泥中提取到絮凝剂，节省能耗物耗，生产成本低，提取难度小，获得的絮凝剂可直接用于处理污水，也可以与无机絮凝剂进行复配，制成复合絮凝剂用于处理污水，絮凝率可达到64.9％以上。
[0046] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中利用蒸馏水将浓缩均质后的污泥稀释至浓度为4500mg/L～5000mg/L，得到污泥混合液，向污泥混合液中投加后生动物进行生物溶胞处理，得到后生动物处理后的污泥。其它与具体实施方式一相同。
[0047] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤二中利用蒸馏水将浓缩均质后的污泥稀释至浓度为3500mg/L～5000mg/L，得到污泥混合液，向污泥混合液中投加后生动物进行生物溶胞处理，得到后生动物处理后的污泥。其它与具体实施方式一或二相同。
[0048] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述的后生动物为大型后生动物时，后生动物为处于生长发育期的未成熟期虫体，体长为1cm～1.5cm。其它与具体实施方式一至三相同。
[0049] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中所述的后生动物为大型后生动物时，后生动物为处于成熟期的虫体，虫体体长为2.5cm～4.5cm。其它与具体实施方式一至四相同。
[0050] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述的后生动物为大型后生动物时，则在温度为22℃～26℃及溶解氧浓度为2.5mg/L～4mg/L的条件下，向每1L污泥混合液中投加17g～20g大型后生动物，处理3天～4天。其它与具体实施方式一至五相同。
[0051] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中所述的后生动物为大型后生动物和浮游型后生动物的组合时，则在温度为22℃～24℃及溶解氧浓度为3.5mg/L～4mg/L的条件下，向每1L污泥混合液中投加12g～16g大型后生动物，且每1mL污泥混合液中投加2个～5个浮游型后生动物，处理3天～5天。其它与具体实施方式一至六相同。
[0052] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中然后在温度为45℃～50℃的条件下，酸解25min～30min。其它与具体实施方式一至七相同。
[0053] 具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中然后在温度为40℃～50℃的条件下，酸解20min～30min。其它与具体实施方式一至八相同。
[0054] 具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三中所述的酸解污泥溶液中HCl浓度为0.5mol/L～0.8mol/L。其它与具体实施方式一至九相同。
[0055] 采用以下
实施例验证本发明的有益效果：
[0056] 实施例一：
[0057] 一种利用后生动物促进污泥提取絮凝剂的方法是按以下步骤进行：
[0058] 一、浓缩均质化处理：
[0059] 将污水处理厂未经脱水处理的剩余污泥静置，沉淀3h，去除上清液，取浓缩沉淀后的污泥，依次用4目和10目的筛网过滤去除杂质，得到浓缩均质后的污泥；
[0060] 二、利用后生动物生物处理：
[0061] 利用蒸馏水将浓缩均质后的污泥稀释至浓度为4500mg/L，得到污泥混合液，得到污泥混合液，向污泥混合液中投加后生动物进行生物溶胞处理，得到后生动物处理后的污泥；
[0062] 所述的后生动物为水丝蚓、颤蚓和尾鳃蚓的组合，在温度为22℃及溶解氧浓度为2.5mg/L的条件下，向每1L污泥混合液中投加17g后生动物，处理4天；
[0063] 所述的后生动物为处于生长发育期的未成熟期虫体，体长为1cm～1.5cm；
[0064] 三、热酸解处理：
[0065] 将后生动物处理后的污泥浓缩沉淀，然后用滤网过滤，并去除上清液，使得污泥与后生动物分离，将分离后的污泥再在转速为2500r/min的条件下，离心5min，去除上清液，得到污泥固形物；所述的污泥固形物含水率为85％～90％；向15g污泥固形物中加入质量百分数为36％的HCl溶液，得到加酸后的污泥，然后向加酸后的污泥中添加蒸馏水，得到酸解污泥溶液，所述的酸解污泥溶液的体积为100mL，然后在温度为40℃的条件下，酸解30min，酸解后在转速为10000r/min的条件下，离心10min，取上清液作为絮凝剂，即完成用于利用后生动物促进污泥提取絮凝剂的方法；
[0066] 所述的酸解污泥溶液中HCl浓度为1mol/L。
[0067] 根据絮凝剂测定的通用方法-
高岭土法，测得絮凝率为75.3％。
[0068] 实施例二：
[0069] 一种利用后生动物促进污泥提取絮凝剂的方法是按以下步骤进行：
[0070] 一、浓缩均质化处理：
[0071] 将污水处理厂未经脱水处理的剩余污泥静置，沉淀2h，去除上清液，取浓缩沉淀后的污泥，依次用4目和10目的筛网过滤去除杂质，得到浓缩均质后的污泥；
[0072] 二、利用后生动物生物处理：
[0073] 利用蒸馏水将浓缩均质后的污泥稀释至浓度为3500mg/L，得到污泥混合液，向污泥混合液中投加后生动物进行生物溶胞处理，得到后生动物处理后的污泥；
[0074] 所述的后生动物为颤蚓和水蚤的组合，在温度为24℃及溶解氧浓度为3.5mg/L的条件下，向每1L污泥混合液中投加16g颤蚓，且每1mL污泥混合液中投加5个水蚤，处理5天；
[0075] 所述的颤蚓处于成熟期的虫体，虫体体长为2.5cm～4.5cm；
[0076] 三、热酸解处理：
[0077] 将后生动物处理后的污泥浓缩沉淀，然后用滤网过滤，并去除上清液，使得污泥与后生动物分离，将分离后的污泥再在转速为2500r/min的条件下，离心5min，去除上清液，得到污泥固形物；所述的污泥固形物含水率为85％～90％；向20g污泥固形物中加入质量百分数为36％的HCl溶液，得到加酸后的污泥，然后向加酸后的污泥中添加蒸馏水，得到酸解污泥溶液，所述的酸解污泥溶液的体积为100mL，然后在温度为45℃的条件下，酸解25min，酸解后在转速为10000r/min的条件下，离心10min，取上清液作为絮凝剂，即完成利用后生动物促进污泥提取絮凝剂的方法；
[0078] 所述的酸解污泥溶液中HCl浓度为0.8mol/L。
[0079] 根据絮凝剂测定的通用方法-高岭土法，测得絮凝率为68.2％。
[0080] 对比实验：
[0081] 将实施例一中经过污泥生物溶胞及热酸解处理的污泥提取的絮凝剂效率，与同等污泥浓度下仅使用同样参数的热酸解处理的污泥所提取的絮凝剂效率进行对比，未经过后生动物生物处理的污泥最终获得的絮凝率比实施例一提取的絮凝剂絮凝率低16.4％，因此，后生动物生物处理和热酸解的结合能够获得更佳的絮凝率，显著提高污泥基絮凝剂效率。
[0082] 所述的实施例一、实施例二及对比实验中所述的污水处理厂未经脱水处理的剩余污泥为哈尔滨市某污水处理厂未经脱水处理的剩余污泥。
