由圖1可知,該絮凝劑在260~280 nm處沒有特征吸收峰,說明復合型生物絮凝劑MFHJ4中不含有核酸和蛋白質(蛋白質在280 nm有吸收峰,核酸在260 nm有吸收峰)。因此,可以確認該絮凝劑的有效成分不是蛋白質或核酸。
傅里葉變換紅外光譜儀對復合型生物絮凝劑MFHJ4測定結果如圖2所示。圖2是一個典型的多糖光譜圖,3280cm-1處的寬吸收峰是多糖的-OH伸縮振動的結果,說明MFHJ4中存在著分子間和分子內的氫鍵;2925cm-1處的吸收峰是糖類C-H伸縮振動的結果;1644cm-1處的吸收峰是-COO-中的C=O非對稱伸縮振動的結果,1 432 cm-1處是-COO-中的C=O對稱伸縮振動的結果;1 060 cm-1的強吸收峰是脂內的C-O-C反對稱伸縮振動吸收譜帶;1644 cm-1和1432cm-12個位置同時存在吸收峰,表明MFHJ4中有羧酸根離子存在;而在1760cm-1處沒有表征-COOH中C=O伸縮振動的特征吸收峰。由此可以認為復合型生物絮凝劑MFHJ4中的羧基以-COO-的形式存在,為陰離子絮凝劑。
2.3 MFHJ4對印染廢水的絮凝性能
2.3.1不同pH條件下的絮凝性能
用稀HCl和稀NaOH溶液將印染廢水的pH調至1~12,在絮凝劑和助凝劑(1%CaCl2)投加量分別為8 mg·100 mL-1和5 mL·100 mL-1的條件下對其進行絮凝處理,試驗結果如圖3所示。


由圖3可知,pH對MFHJ4處理印染廢水的影響較大,濁度和色度去除率均隨著pH的升高而增大。在pH為10~12時,濁度、色度去除率均在75%以上;在pH為12時,濁度、色度去除率分別達到86.25%和91.8%,表明該絮凝劑適宜于在堿性條件對印染廢水進行絮凝、脫色。由于pH直接影響絮凝劑和廢水中膠體顆粒表面電荷帶電狀態和電中和能力[12],在堿性條件下絮凝劑分子和廢水中膠體粒子均帶負電,此時MFHJ4的絮凝主要是通過“橋聯”作用,同時MFHJ4因分子內靜電斥力可使其分子鏈充分伸展,暴露了更多吸附點位,從而有利于絮凝劑與顆粒之間的橋聯作用,促進架橋和顆粒沉淀。由于pH為12時,絮凝處理后,印染廢水的pH過高(pH達到10左右),堿用量較大,處理成本高;而pH為10時,已經達到了較高的處理效果,因此利用MFHJ4絮凝劑處理印染廢水可在pH為10的條件下進行。
2.3.2不同絮凝劑投加量條件下的絮凝性能
在1%CaCl2投加量為5 mL·100 mL-1,pH為10,MFHJ4投加量為0~22 mg·100 mL-1的條件下,對印染廢水進行絮凝處理,試驗結果見圖4。
從圖4中可以看出,在MFHJ4投加量為0~12mL·100 mL-1時,濁度和色度的去除率隨著MFHJ4投加量的增加而增加;當投加量為12 mg·100 mL-1時,濁度和色度去除率最大,分別為84.84%和89.51%;此后隨著MFHJ4投加量的增加,去除率有所下降。這是由于絮凝劑的加入量都有一最佳量,其值大約為固體粒子表面吸附高分子化合物達到飽和時的一半吸附量,此時,高分子在固體粒子上架橋的機率最大,超過該值絮凝效果就下降,若超出很多,反而起了保護作用[13]。
2.3.3不同助凝劑投加量條件下的絮凝性能
在MFHJ4投加量為12 mg·100 mL-1,pH為10,助凝劑CaCl2投加量為0~13 mL·100 mL-1的條件下對印染廢水進行絮凝處理,試驗結果如圖5所示。
由圖5可知,在助凝劑CaCl2投加量為0時,濁度和色度去除率都比較低;隨著CaCl2用量的增加,濁度和色度去除率逐漸增加;助凝劑CaCl2的用量為7mL·100 mL-1時廢水濁度和色度去除率分別達到88.72%和91.80%;繼續增加CaCl2的用量,濁度和色度去除率變化不明顯。這是由于鈣離子在絮凝體系中主要起化學橋聯作用[14],因此一定濃度的鈣離子可在絮凝劑分子與懸浮液顆粒之間加強生物絮凝劑的橋聯作用,進而促進絮凝發生;但高離子強度下,大量離子占據了絮凝劑分子的活性點位,并把絮凝劑分子與固體懸浮顆粒隔開而抑制了絮凝。為了進一步考察復合型生物絮凝劑MFHJ4對印染廢水的處理能力,本文在pH為10,助凝劑CaCl2投加量為7 mL·100 mL-1,MFHJ4投加量為12mg·100 mL-1的條件下,對印染廢水進行絮凝處理,試驗結果見表1。
由表1可以看出,復合型生物絮凝劑MFHJ4對印染廢水的濁度和色度均有較高的去除效果,濁度和色度的去除率分別為88.72%和91.80%,COD去除率雖然較低,但也達到了52.14%。趙軍[15]等以葡萄糖為培養基產生的生物絮凝劑對印染廢水最大脫色率為89.5%。這說明以制酒廢水作為替代培養基制取復合型生物絮凝劑MFHJ4不僅可以降低生產成本,而且具有較好的絮凝性能,實現了以廢制廢的目的。
3·結論
利用制酒廢水作為替代培養基對復合型絮凝劑產生菌HJ4進行發酵培養,每升發酵液可獲得5.87g復合型生物絮凝劑MFHJ4粗制劑;該絮凝劑是一種主要成分為多糖的陰離子型天然高分子絮凝劑。利用制酒廢水作為替代培養基制取的生物絮凝劑對印染廢水有較好的絮凝效果。在絮凝劑投加量為12 mg·100 mL-1,1%CaCl2投加量為7 mL·100 mL-1,廢水pH為10的條件下,絮凝劑MFHJ4對印染廢水的濁度、色度及COD去除率分別達到88.72%、91.80%和52.14%。
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