專利名稱：用于水溶性染料廢水脫色的細(xì)菌胞外多糖及作為助凝劑的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可有效提高水溶性染料廢水脫色效果的細(xì)菌胞外多糖助凝劑，屬 于染料廢水脫色技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水溶性染料廢水具有水量大，色度高，成分復(fù)雜等特點(diǎn)，排入水體后，不僅給人的 感官帶來不快，還會(huì)降低水體透光率影響水生生物的正常生長(zhǎng)，甚至還會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生三致 作用。該廢水中除染料外還含有大量難生物降解的有機(jī)助劑及銅、鉻、鋅等重金屬離子，因 此需對(duì)其進(jìn)行恰當(dāng)處理后才能排放。處理染料廢水主要有混凝法，吸附法，氧化法，生化法等，其中混凝法因脫色率高， 操作簡(jiǎn)單，占地面積小等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。目前染料消費(fèi)大戶紡織印染工業(yè)多采用活 性染料等水溶性染料，所產(chǎn)生的廢水在僅加入無機(jī)混凝劑的情況下，形成的絮體抗機(jī)械力 差、粒徑小，沉降慢，處理效率低。為增大絮體，加速沉降，減輕后續(xù)過濾或生物降解工序的 負(fù)擔(dān)，往往需要投加高分子助凝劑。目前常用的助凝劑多為由丙烯酰胺，丙烯酸，環(huán)氧氯丙 烷等單體人工合成的高聚物，這些合成有機(jī)助凝劑往往生產(chǎn)成本高，生物降解性差，甚至危 害人體和環(huán)境，給后續(xù)處理帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是克服單獨(dú)使用無機(jī)混凝劑處理水溶性染料廢水效率低 而人工合成高分子助凝劑成本高、生物降解性差的缺點(diǎn)，提供一種安全、高效、廉價(jià)的天然 高分子細(xì)菌胞外多糖助凝劑。發(fā)明概述本發(fā)明的助凝劑為一種細(xì)菌胞外多糖，從南極海冰細(xì)菌Pseudoalteromonas. sp. SM20310分泌的胞外聚合物中分離提取而得，分子量高，呈負(fù)電性，與鐵鹽、鋁鹽等無機(jī) 混凝劑復(fù)配可以有效去除水溶性染料廢水的色度，并顯著縮短絮體沉降時(shí)間。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種南極海冰細(xì)菌 Pseudoalteromonas. sp. SM20310,保藏號(hào)CCTCC NO :M 209258，保藏單位中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心，保藏日期2009年11月9日。一種細(xì)菌胞外多糖，是按以下方法制備的(1)將Pseudoalteromonas. sp. SM20310菌株接種到2216E液體培養(yǎng)基或發(fā)酵培養(yǎng) 基，于15°C，150rpm避光條件下培養(yǎng)72h使其發(fā)酵產(chǎn)糖。所述2216E液體培養(yǎng)基配方為酵母膏l(xiāng)g，蛋白胨5g，葡萄糖30g，放置1_2個(gè)月 的海水1L，pH 7. 5 ；所述發(fā)酵培養(yǎng)基配方為玉米粉20g，麩皮10g，豆粕20g，Na2HPO4Ig, KH2PO4O. 3g， CaCl2Ig,放置1-2個(gè)月的海水1L，pH 7. 5 ；
(2)收集步驟(1)的發(fā)酵液，利用乙醇沉淀法提取其胞外聚合物，乙醇與發(fā)酵液體 積比為1 1 2 1，再用Sevag脫蛋白法脫除蛋白，脫除劑為體積分?jǐn)?shù)20% 25%的氯 仿和4% 5%的丁醇，得細(xì)菌胞外多糖粗品。所得細(xì)菌胞外多糖粗品為乳白色，經(jīng)常溫烘干或冷凍干燥后呈淡黃色，干燥后儲(chǔ)存。本發(fā)明的細(xì)菌胞外多糖作為助凝劑的應(yīng)用，方法如下將細(xì)菌胞外多糖加水配成濃度0. 5 3g/L的溶液于4°C放置，采用濕法投加。用于處理含100mg/L活性染料的廢水時(shí)，先投加含F(xiàn)e(III)為45 60mg/L的氯 化鐵于200-250rpm快速攪拌2-5min，然后再按IOOrpm邊攪拌邊加入細(xì)菌胞外多糖0. 5 3g/L的溶液，使廢水中細(xì)菌胞外多糖的濃度為125 300mg/L，時(shí)間為5 20min，加完細(xì)菌 胞外多糖后繼續(xù)按50-100rpm攪拌2-3min，靜置10 30min，可得到較高的絮體沉降速度 和廢水脫色效率。以上所述攪拌可以是機(jī)械攪拌，也可以是震蕩攪拌，目的在于使體系混合均勻，充 分反應(yīng)。本發(fā)明細(xì)菌胞外多糖與聚合氯化鋁(PAC)復(fù)配可用于處理中性大紅染料廢水，對(duì) 于初始濃度為100mg/L的中性大紅染料溶液，首先加入PAC 200 300mg/L于200_250rpm 快速震蕩或攪拌2min，然后50-100rpm慢攪5 30min，慢攪期間內(nèi)加入細(xì)菌胞外多糖助凝 劑溶液，使廢水中細(xì)菌胞外多糖的濃度為100 250mg/L，繼續(xù)50_100rpm慢攪3min，然后 靜置10 30min。除以上所述的方法外，本發(fā)明細(xì)菌胞外多糖還可與其他多種無機(jī)混凝劑進(jìn)行復(fù) 配，用于多種染料廢水的脫色處理。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)與單獨(dú)使用氯化鐵處理效果相比，在投加本發(fā)明細(xì)菌胞外多糖助凝劑后，活性 艷紅X-3B染料廢水的脫色率在很寬的實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)均得到了明顯改善，甚至可與氯化鐵混 凝后經(jīng)微濾處理效果相媲美；(2)與單獨(dú)使用氯化鐵處理效果相比，在添加本發(fā)明細(xì)菌胞外多糖助凝劑后，所形 成的絮體尺寸明顯增大，沉降性能顯著提高，有效縮短了運(yùn)行周期；(3)與聚丙烯酰胺等人工合成有機(jī)高分子相比，本發(fā)明細(xì)菌胞外多糖助凝劑為微 生物分泌物質(zhì)，安全無毒，易生物降解，無二次污染；(4)與其他人工合成有機(jī)高聚物相比，本發(fā)明細(xì)菌胞外多糖助凝劑制備簡(jiǎn)單，儲(chǔ)存 方便，其生產(chǎn)菌株生長(zhǎng)條件范圍寬，容易培養(yǎng)，產(chǎn)糖量高，造價(jià)低廉；(5)本發(fā)明細(xì)菌胞外多糖助凝劑不僅可以與氯化鐵進(jìn)行復(fù)配，還可以與其他鐵鹽 及各種鋁鹽復(fù)配；不僅可提高對(duì)活性染料廢水的處理效率，對(duì)中性染料、酸性染料、直接染 料等水溶性染料的脫色效果也有顯著改善。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例 1 :Pseudoalteromonas. sp. SM20310 菌株的培養(yǎng)菌種Pseudoalteromonas.sp. SM20310，保藏號(hào)CCTCC NO :M 209258，保藏單位中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心，保藏日期2009年11月9日。取Pseudoalteromonas.sp. SM20310 菌株接種到 2216E 液體培養(yǎng)基于 15°C，150rpm 搖床內(nèi)避光培養(yǎng)72h使其發(fā)酵產(chǎn)糖。菌株接種量5wt%。2216E液體培養(yǎng)基配方酵母膏l(xiāng)g，蛋白胨5g，葡萄糖30g，放置2個(gè)月的海水1L， 用 NaOH 調(diào) pH 到 7. 5?；蛘呷seudoalteromonas. sp. SM20310 菌株接種到發(fā)酵培養(yǎng)基于 15°C，150rpm 搖床 內(nèi)避光培養(yǎng)72h使其發(fā)酵產(chǎn)糖。。菌株接種量6wt%。發(fā)酵培養(yǎng)基配方玉米粉20g，麩皮 10g，豆粕 20g，Na2HPO4Ig, KH2PO4O. 3g, CaCl2Ig, 陳海水1L，用NaOH調(diào)pH到7. 5。實(shí)施例2 =Pseudoalteromonas. sp. SM20310 胞外多糖的制備收集實(shí)施例1所得發(fā)酵液，于llOOOrpm，15°C離心15min，得上清液。向上清液中 加入1 1 2 l(v/v)無水乙醇，沉淀出胞外聚合物后離心分離，并溶于水，然后濃縮， 加入20% 25% (v% )的氯仿和4% 5% (v% ) 丁醇，攪拌20min，于15°C、10000rpm離 心IOmin脫蛋白，收集上層清液。經(jīng)濃縮后置于14000U透析袋內(nèi)滲析脫鹽，再次向上清液 中加入1 1 2 1 (ν/ν)無水乙醇，將多糖析出再離心并經(jīng)常溫烘干或凍干，即得到本 發(fā)明所稱細(xì)菌胞外多糖，于4°C儲(chǔ)存。使用前將其配成0. 5 3g/L的溶液于4°C條件下儲(chǔ) 存?zhèn)溆?。?shí)施例3 細(xì)菌胞外多糖作為助凝劑的應(yīng)用不同pH下細(xì)菌胞外多糖助凝劑投加前后活性艷紅脫色率的對(duì)比實(shí)驗(yàn)如下取濃度為100mg/L的活性艷紅X-3B染料溶液置于25°C搖床內(nèi)，利用lmol/L NaOH 或HCl調(diào)節(jié)溶液初始pH分別為8，9，9. 5，10，10. 3，10. 6。加入含F(xiàn)e (III)為55mg/L的氯化 鐵，于200rpm快速震蕩2min，然后60rpm慢速震蕩17min，靜置30min，取上清液測(cè)其吸光度 并計(jì)算氯化鐵的脫色率。在前述操作慢速震蕩17min后加入實(shí)施例2的細(xì)菌胞外多糖助凝 劑，使混合溶液中細(xì)菌胞外多糖的濃度達(dá)到150mg/L，繼續(xù)60rpm慢速攪拌3min，然后靜置 30min，測(cè)量并計(jì)算氯化鐵加助凝劑的脫色率。所得結(jié)果如表1所示。表1助凝劑投加前后活性艷紅的脫色效果對(duì)比 由表1可知，在氯化鐵混凝過程中投加本發(fā)明助凝劑與單獨(dú)使用氯化鐵相比，所 得脫色率顯著提高。活性染料廢水多呈堿性，而在堿性條件下投加助凝劑所得脫色率在 80%以上，遠(yuǎn)高于單獨(dú)使用氯化鐵的脫色率(低于20% )，因此該助凝劑具有較高的實(shí)用 性。實(shí)施例4 實(shí)施例2細(xì)菌胞外多糖作為助凝劑的應(yīng)用細(xì)菌胞外多糖助凝劑投加前后絮體沉降性能的對(duì)比實(shí)驗(yàn)如下實(shí)驗(yàn)方法如實(shí)施例3，所不同的是，調(diào)節(jié)溶液初始pH 10，分析不同的靜置時(shí)間對(duì)
5脫色率的影響，比較助凝劑投加前后絮體的沉降性能。結(jié)果表明，單獨(dú)使用氯化鐵生成的絮 體小而不易沉降，混合液靜置ISOmin后脫色率僅為45% ；而加入本發(fā)明助凝劑后絮體尺寸 明顯增大，沉速提高，混合液靜置12min后脫色率即達(dá)86%?？梢娡都釉撝齽┛捎行Эs短 絮體沉降時(shí)間，提高設(shè)備運(yùn)行效率。實(shí)施例5 細(xì)菌胞外多糖助凝劑用于活性染料廢水的處理取pH為分別為9,9. 5、10、11的濃度為100mg/L的活性艷紅X-3B染料溶液4份， 分別加入含F(xiàn)e (III)為45、50、55、60mg/L的氯化鐵，標(biāo)記為I、II、III、IV樣品，于25°C、 200rpm快速震蕩或攪拌2min，然后60rpm邊慢速攪拌10 15min邊加入實(shí)施例2中細(xì)菌 胞外多糖助凝劑，使混合溶液中細(xì)菌胞外多糖的濃度依此分別為125、150、200、300mg/L，繼 續(xù)60rpm慢速攪拌3min，然后靜置10 30min，得到色度較低的上清液。上述實(shí)施條件下 所得4種染料溶液脫色率均在80%以上。其中，第III組初始pH 10、Fe (III)濃度55mg/ L、細(xì)菌胞外多糖助凝劑濃度200mg/L，活性艷紅X-3B染料溶液的脫色率達(dá)93%。實(shí)施例6 細(xì)菌胞外多糖助凝劑與PAC復(fù)配處理中性大紅廢水對(duì)于初始濃度為100mg/L的中性大紅染料溶液pH7，首先加入PAC 250mg/L于 200rpm快速震蕩或攪拌2min，然后60rpm慢速攪拌20min，在此期間內(nèi)加入實(shí)施例2中細(xì)菌 胞外多糖助凝劑，使廢水中細(xì)菌胞外多糖的濃度為150mg/L，繼續(xù)60rpm慢速攪拌3min，然 后靜置20min，所得上清液脫色率達(dá)84. 6%。以上所述僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明的制備條件和應(yīng)用范圍做出限 制。凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的簡(jiǎn)單修改、 等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種南極海冰細(xì)菌Pseudoalteromonas.sp.SM20310，保藏號(hào)CCTCC NOM 209258，保藏單位中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心。
2.—種細(xì)菌胞外多糖，其特征在于是按以下方法制備的(1)將權(quán)利要求1所述的Pseudoalteromonas.sp. SM20310菌株接種到2216E液體培養(yǎng) 基或發(fā)酵培養(yǎng)基，于15°C，150rpm避光條件下培養(yǎng)72h使其發(fā)酵產(chǎn)糖；所述2216E液體培養(yǎng)基配方為酵母膏l(xiāng)g，蛋白胨5g，葡萄糖30g，放置1_2個(gè)月的海 水 1L，pH 7. 5 ；所述發(fā)酵培養(yǎng)基配方為玉米粉20g，麩皮10g，豆粕20g, Na2HPO4 lg, KH2PO4 0. 3g， CaCl2 lg，放置1-2個(gè)月的海水1L，pH 7. 5 ；(2)收集步驟(1)的發(fā)酵液，利用乙醇沉淀法提取其胞外聚合物，乙醇與發(fā)酵液體積比 為1 1 2 1，再用Sevag脫蛋白法脫除蛋白，脫除劑為體積分?jǐn)?shù)20% 25%的氯仿和 4% 5%的丁醇，得細(xì)菌胞外多糖粗品。
3.權(quán)利要求2所述的細(xì)菌胞外多糖作為助凝劑的應(yīng)用，方法如下將細(xì)菌胞外多糖加水配成濃度0. 5 3g/L的溶液于4°C放置，采用濕法投加。
4.如權(quán)利要求3所述的細(xì)菌胞外多糖作為助凝劑的應(yīng)用，其特征在于，用于處理含 100mg/L活性染料的廢水時(shí)，先投加含F(xiàn)e (III)為45 60mg/L的氯化鐵于200_250rpm快 速攪拌2-5min，然后再按IOOrpm邊攪拌邊加入細(xì)菌胞外多糖0. 5 3g/L的溶液，使廢水 中細(xì)菌胞外多糖的濃度為125 300mg/L，時(shí)間為5 20min，加完細(xì)菌胞外多糖后繼續(xù)按 50-100rpm 攪拌 2_3min，靜置 10 30min。
5.如權(quán)利要求3所述的細(xì)菌胞外多糖作為助凝劑的應(yīng)用，其特征在于，細(xì)菌胞外多糖 與聚合氯化鋁(PAC)復(fù)配用于處理中性大紅染料廢水對(duì)于初始濃度為100mg/L的中性大紅染料溶液，首先加入聚合氯化鋁200 300mg/L 于200-250rpm快速震蕩或攪拌2min，然后50_100rpm慢攪5 30min，慢攪期間內(nèi)加入細(xì)菌 胞外多糖濃度0. 5 3g/L的溶液為助凝劑，使廢水中細(xì)菌胞外多糖的濃度為100 250mg/ L，繼續(xù)50-100rpm慢攪3min，然后靜置10 30min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于水溶性染料廢水脫色的細(xì)菌胞外多糖助凝劑。本發(fā)明與多種無機(jī)混凝劑復(fù)配，成功解決了單獨(dú)使用無機(jī)混凝劑處理水溶性染料廢水效率低而人工合成高分子助凝劑成本高、生物降解性差的問題。首先將南極海冰細(xì)菌Pseudoalteromonas.sp.SM20310菌株接種到2216E液體培養(yǎng)基或發(fā)酵培養(yǎng)基，于15℃、150rpm避光條件下發(fā)酵72h，收集發(fā)酵液，利用乙醇沉淀法提取其胞外聚合物，經(jīng)Sevag法脫蛋白后制得該菌胞外多糖的粗品，干燥后儲(chǔ)存，使用前將其配成一定濃度的溶液，采用濕法投加。用于處理水溶性染料廢水時(shí)，投加無機(jī)混凝劑后再投加該細(xì)菌胞外多糖助凝劑，可得到較高的絮體沉降速度和廢水脫色效率。
文檔編號(hào)C12R1/01GK101921715SQ20091023062
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月23日
發(fā)明者俞勇, 劉升波, 周百成, 周維芝, 孟凡平, 張玉忠, 申博玲, 陳波, 陳秀蘭 申請(qǐng)人:山東大學(xué)