环境科学  2014, Vol. Issue (3): 1183-1190   PDF    
引用本文
刘杰伟, 马俊伟, 刘彦忠, 杨娅, 岳东北, 王洪涛. 克雷伯氏菌生产絮凝剂M-C11的培养优化及其在污泥脱水中的应用[J]. 环境科学, 2014, (3): 1183-1190.
LIU Jie-wei, MA Jun-wei, LIU Yan-zhong, YANG Ya, YUE Dong-bei, WANG Hong-tao. Optimized Cultivation of a Bioflocculant M-C11 Produced by Klebsiella pneumoniae and Its Application in Sludge Dewatering[J]. Environmental Science, 2014, (3): 1183-1190.
克雷伯氏菌生产絮凝剂M-C11的培养优化及其在污泥脱水中的应用
刘杰伟1, 马俊伟1 , 刘彦忠1, 杨娅1, 岳东北2, 王洪涛2    
1. 北京师范大学环境学院, 环境模拟与污染控制国家重点联合实验室, 北京 100875;
2. 清华大学环境学院, 北京 100084
收稿日期: 2013-7-29; 修订日期: 2013-10-29.
基金项目： 国家水体污染控制与治理科技重大专项（2008ZX07313-002）
作者简介：刘杰伟(1990~),男,硕士研究生,主要研究方向为固体废物处置与资源化,E-mail:liujw123@gmail.com
通讯联系人,E-mail: jwma2003@163.com
摘要：从活性污泥中筛选分离得到可产生微生物絮凝剂的克雷伯氏菌C11，对微生物絮凝剂M-C11的培养基碳源、氮源、无机盐等条件进行优化. 探讨将微生物絮凝剂应用于活性污泥脱水时，pH、CaCl2投加量、M-C11投加量等因素对污泥脱水效果的影响，并与常规化学絮凝剂的调理效果对比分析. 结果表明，絮凝剂M-C11生产的最优培养条件：30 g·L-1葡萄糖、2 g·L-1 NaNO3、0.5 g·L-1 MgSO4分别作培养基碳源、氮源、无机盐，在37℃，150 r·min-1 振荡培养48 h，絮凝活性高达91.70%. M-C11在pH为4~8、温度为20~60℃的范围内具有良好的絮凝稳定性. 克雷伯氏菌产絮凝剂M-C11应用于调理污泥脱水，在pH为6、3 mL M-C11、4 mL CaCl2 （1%）的最佳投加组合下，调理后污泥比阻（SRF）和含水率分别由原泥的11.64×1012 m·kg-1和98.86%，降低至4.66×1012 m·kg-1和83.74%，调理后的污泥脱水效果显著优于硫酸铝、聚合氯化铝（PAC）等无机絮凝剂. 微生物絮凝剂具有成本低廉、易生物降解、无二次污染等优点，且对污泥pH、盐度等条件具有良好的适应性，可作为新型高效的污泥脱水调理剂.
关键词： 微生物絮凝剂     克雷伯氏菌     优化培养     絮凝稳定性     污泥脱水    
Optimized Cultivation of a Bioflocculant M-C11 Produced by Klebsiella pneumoniae and Its Application in Sludge Dewatering
LIU Jie-wei1, MA Jun-wei1 , LIU Yan-zhong1, YANG Ya1, YUE Dong-bei2, WANG Hong-tao2    
1. State Key Joint Laboratory of Environmental Simulation and Pollution Control, School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China;
2. School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, China
Abstract: A bioflocculant-producing Klebsiella pneumoniae strain C11was screened out from activated sludge and the optimal medium conditions for the production of microbial flocculant M-C11 were determined. The bioflocculant was used in activated sludge dewatering and compared with conventional chemical conditioners. Effects of pH, CaCl2 dosages and M-C11 dosages on sludge dewaterability were investigated. The optimized conditions for M-C11 production indicated that the optimal medium carbon, nitrogen, metal ion were 30 g·L-1 glucose, 2 g·L-1 NaNO3 and 0.5 g·L-1 MgSO4, respectively. The flocculating rate with kaolin suspension was as high as 91.70%, when incubated in a rotary shaker at 150 r·min-1 and 37℃ for 48 h. The microbial focculant showed excellent pH and thermal stability over a pH range of 4-8 and a temperature range of 20-60℃. Then the bioflocculant M-C11 produced by Klebsiella pneumoniae was employed to enhance the sludge dewaterability. The sludge resistance to filtration (SRF) and cake moisture decreased from 11.64×1012 m·kg-1 and 98.86% to 4.66×1012 m·kg-1 and 83.74%, respectively. Sludge dewatering performance was more significantly improved with the optimal conditioning dosages (pH=6, 3 mL M-C11, 4 mL CaCl2), than inorganic flocculating reagents such as aluminum sulfate and polymeric aluminum chloride (PAC). The microbial flocculant has advantages over traditional sludge conditioners for its lower cost, benign biodegradability and ignorable secondary pollution. In addition, it was favorably adapted to the sludge pH and salinity. The novel bioflocculant could be used as a potential conditioner for sludge dewatering.
Key words: bioflocculant     Klebsiella pneumoniae     optimized cultivation     flocculating stability     sludge dewatering    

伴随活性污泥法在工业和城市污水处理中的应用，废弃活性污泥的处置日益成为严峻问题. 污泥含水率高是制约其减量化、 资源化的关键，采取物理或化学手段调理可改善污泥脱水性能[1]. 已有研究的电解[2]、 酸处理[3]、 冷融[4]等物理方法能耗成本过高，化学调理剂(铝盐、 聚丙烯酰胺[5]、 表面活性剂[6]等)会引发二次污染和生态健康风险等问题[7]. 微生物絮凝剂(microbial flocculants，MBF)指微生物代谢过程中分泌的具有絮凝活性的天然高分子物质，包括酸性多糖、 蛋白质、 脂质和核酸等成分，由于其具有成本低廉、 高效安全等优势，成为受到普遍关注的环境友好型水处理剂[8].

诸多文献借助光谱、 色谱等分析化学手段，研究微生物絮凝剂的纯化、 官能团及组分鉴定，根据絮凝剂官能团、 活性组分等对絮凝机制作出推测[9, 10]，或以Logistic方程等数学模型拟合为切入点，研究絮凝剂发酵动力学特征[11, 12]，有关微生物絮凝剂活性碳源、 氮源、 无机盐优化的研究相对较少. 国内外报道的絮凝剂产生菌多分离自土壤、 湖泊、 废水等环境介质[13]，提取纯化后的微生物絮凝剂在重金属废水、 厌氧废水、 低温废水、 印染废水等应用均达到良好的处理效果[13, 14, 15, 16]，但在调理污泥脱水稳定性和效果方面缺乏深入研究. Bartley等[17]学者证实，盐度与产絮菌生长代谢和胞内脂质合成密切相关，活性污泥的高盐度会间接影响微生物絮凝剂分泌过程和絮凝效果[18]. 分离自其它环境介质的微生物絮凝剂对污泥盐度、 pH等条件适应性差，会制约污泥絮凝脱水性能的改善，目前鲜有直接从活性污泥中筛选微生物絮凝剂，并将其应用在调理污泥脱水的报道.

本研究从活性污泥中筛选得到可产生微生物絮凝剂的克雷伯氏菌C11，优化微生物絮凝剂M-C11的培养碳源、 氮源、 无机盐等条件，探讨了pH、 CaCl2投加量、 M-C11投加量对污泥脱水效果的影响，并与常规化学絮凝剂的调理效果进行比较.

1 材料与方法
1.1 试剂与仪器

试剂：牛肉膏、 蛋白胨、 琼脂、 酵母浸粉、 尿素、 蔗糖、 葡萄糖、 淀粉、 高岭土、 硫酸铝、 聚合氯化铝(PAC)、 阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)等.

仪器：高压蒸汽灭菌锅，无菌超净台，Sanyo MIR-154生化培养箱，LXJ-IIB 离心机，THZ-D台式恒温振荡器，HH-2数显恒温水浴锅，HJ-6B磁力搅拌器，海尔BCD-256KFB冰箱，Sartorius BS-124S分析天平，Leici PHS-3C型pH计，DHG-9030A型电热恒温鼓风干燥箱，Shimadzu UV-2550紫外可见分光光度计，FEI Quanta 200型扫描电镜.

1.2 菌种来源及筛选

污泥样品采自江苏省某污水处理厂浓缩池，污泥稀释104~108倍后，用涂布平板法富集培养微生物，经反复分离、 纯化和筛选得絮凝剂产生菌C11，其生长代谢过程中产生的微生物絮凝剂命名为M-C11. 菌种鉴定采用16S rDNA扩增及序列测定，菌体形态在FEI Quanta 200型扫描电镜下观察.

1.3 培养基组分优化

培养基组成：KCl 0.5 g ·L-1、 NaNO3 2 g ·L-1、 FeSO4 0.01 g ·L-1、 K2HPO4 1 g ·L-1、 MgSO4 0.5 g ·L-1、 蔗糖30 g ·L-1，120℃高压蒸汽灭菌30 min. 菌体接种至装有50 mL培养基的锥形瓶，置于37℃恒温摇床发酵，150 r ·min-1 的转速下振荡培养48 h. 发酵液4 000 r ·min-1 离心30 min，上清液即为液体微生物絮凝剂.

1.4 絮凝活性测定

参考文献[19]的测定方法，将过60目筛的0.4 g高岭土、 5 mL的CaCl2 (1%)溶液和2 mL发酵上清液混合于250 mL烧杯，加去离子水至100 mL，磁力搅拌器400 r ·min-1 快搅1 min，150 r ·min-1 慢搅5 min，转移至100 mL量筒内静置5 min. 在紫外分光光度计550 nm波长下测定上层清液吸光度(optical density，D550)，选取新鲜培养基代替发酵液，测定处理后的高岭土悬浊液吸光度作为对照(D′ 550). 絮凝率(flocculating rate，Fr)计算公式如式(1)：

式中，Fr为絮凝率，%； D550为发酵上清液处理后高岭土悬浊液的吸光度； D′ 550为新鲜培养基处理后高岭土悬浊液的吸光度.

1.5 污泥脱水实验

研究微生物絮凝剂调理污泥脱水的效果，考察pH值，CaCl2投加量和M-C11投加量对污泥脱水性能的影响，并与常规有机和无机调理剂的脱水效果进行对比. 选取污泥比阻(specific resistance in filtration，SRF)、 泥饼含水率和过滤曲线表征污泥脱水效果. SRF采用污泥比阻仪(图 1)测定，含水率采用重量法测定，过滤曲线以真空抽滤的时间(t)为横坐标，以对应的滤液体积(V)为纵坐标，可有效表征污泥脱水效果[20].

图 1 污泥比阻测定装置示意 Fig. 1 Device for examining specific resistance in filtration (SRF)

25 mL待测污泥样品投加絮凝剂后，磁力搅拌器400 r ·min-1 快搅1 min，150 r ·min-1 慢搅5 min，移至污泥比阻测定仪，在恒定真空度0.05 MPa的条件下过滤，记录过滤时间t和相应的滤液体积V. 污泥比阻表示恒定压力下过滤时，单位质量污泥在单位过滤面积上的阻力. 污泥比阻愈大，过滤性能愈差，污泥比阻计算见式(2)：

式中，P为过滤压强，N ·m-2； A为过滤面积，m2； μ为滤液黏度，N ·s ·m-2； b为过滤方程t/V=bV+a所示直线的斜率，t为过滤时间，s； V为滤液体积，m3； C为单位体积滤液在过滤介质上截留的干固体重量，kg ·m-3，1/C=Ci/(100-Ci)-Cf/(100-Cf)； Ci为原泥含水率，%； Cf为抽滤后泥饼含水率，%.

2 结果与讨论
2.1 菌种分离与鉴定

微生物絮凝剂产生菌筛选分为初筛和复筛两个阶段，初筛得到4株高絮凝活性的菌种A3、 A12、 C11、 C16，再对其进行复筛的结果见图 2. 不同菌种产生的絮凝剂活性和稳定性差异明显，其中菌株A3、 A12对高岭土悬浊液絮凝效果不明显(Fr＜40%). C11菌种在第1周时絮凝率为85.05%，第2、 3周时絮凝率亦保持在75%以上，说明菌株C11生产的M-C11絮凝活性随时间变化稳定； 相比之下，C16菌种的絮凝稳定性差，菌株变异性强，不适合作絮凝剂产生菌.

图 2 絮凝剂产生菌种的分离筛选 Fig. 2 Screening for bioflocculant-producing strains

高活性絮凝剂产生菌C11在琼脂培养基上呈乳白色菌落，过氧化氢酶反应呈阳性. 扫描电镜下的C11菌体形态为规则的短杆状(图 3)，经16S rDNA基因序列及菌株形态，菌株鉴定为克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)，GenBank序列号为CP000647，同源度高达99%.

图 3 絮凝剂产生菌株C11的扫描电镜(SEM)形态 Fig. 3 Scanning electron microscope (SEM) image of strain C11
2.2 M-C11培养条件优化

将1 mL菌株C11的发酵液接种至50 mL不同组分的培养基中，振荡培养后以絮凝率(Fr)和吸光度(D550)为指标，分别考察培养基碳源、 氮源、 无机盐等成分对M-C11絮凝活性的影响.

2.2.1 碳源

分别以30 g ·L-1葡萄糖、 淀粉、 复合碳源(葡萄糖 ∶淀粉=1 ∶1)、 牛肉膏替代1.3节培养基中的蔗糖组分，研究碳源对M-C11培养和絮凝活性的影响，空白未投加碳源，不同碳源培养条件下M-C11絮凝效果见图 4. 培养基碳源促进微生物细胞生长，为代谢产物合成提供能源. 在葡萄糖、 蔗糖为碳源的培养条件下，M-C11保持较高的絮凝活性； 在牛肉膏、 淀粉、 复合碳源为碳源时絮凝效果不显著. 细胞外分布的多糖水解酶较少，葡萄糖是易分解的单糖，其作为克雷伯氏菌生长代谢的碳源时，产生的MBF絮凝活性最高达86.95%. 与芽孢杆菌产絮凝剂ZS-7的最佳培养碳源不同[16]，后者的最佳碳源淀粉是相对不易分解的多糖. 而淀粉作M-C11碳源时絮凝活性较低，这是因为部分淀粉降解产生葡萄糖酸，导致发酵液酸化，抑制细菌生长代谢过程. 培养基碳源优化结果表明，克雷伯氏菌产生的絮凝剂活性与碳源的可分解利用性密切相关.

图 4 不同碳源培养基生产的M-C11絮凝活性 Fig. 4 Flocculating activity in medium different carbon sources

2.2.2 氮源

分别以2 g ·L-1 NH4Cl、 酵母浸粉、 尿素替代1.3节培养基中的NaNO3组分，研究氮源对M-C11培养和絮凝活性的影响. 微生物絮凝剂多由多糖、 糖蛋白、 核酸等组成，培养基氮源为微生物絮凝剂合成分泌提供营养. 如图 5所示，M-C11絮凝活性从高到低分别为： NaNO3>酵母浸粉>尿素>NH4Cl>空白，NaNO3作为氮源时絮凝活性高于NH4Cl，说明硝态氮比铵态氮更易被菌株吸收利用. 克雷伯氏菌C11对有机氮源(酵母浸粉、 尿素)吸收不完全，絮凝剂M-C11的合成受抑制，导致有机氮培养下絮凝活性低于硝态氮，与周礼等[21]的研究结论不同. 最佳氮源NaNO3培养条件下，M-C11絮凝活性为82.63%.

图 5 不同氮源培养基生产的M-C11絮凝活性 Fig. 5 Flocculating activity in medium with different nitrogen sources

2.2.3 无机盐

分别以0.5 g ·L-1 NaCl、 CaCl2、 FeSO4、 CuSO4、 Al2(SO4)3替代1.3节培养基中的MgSO4组分，研究无机盐对M-C11培养和絮凝活性的影响(图 6). 带正电荷的无机盐能中和悬浮颗粒表面负电荷，以及絮凝剂分子羧基等基团上的负电荷，减弱颗粒间的静电斥力，促进絮体形成[22]. 培养基不同阳离子类型对M-C11合成分泌量和絮凝活性影响不同，除Cu2+对絮凝剂的产生和活性具有一定抑制作用外，其它无机盐类型均可促进絮凝率的提高. 按絮凝率从高到低排序：MgSO4>CaCl2>Al2(SO4)3>NaCl>FeSO4>空白>CuSO4. MgSO4易于被克雷伯氏菌吸收合成微生物絮凝剂[23]，是促进絮凝剂M-C11合成和分泌的最佳无机盐，CaCl2次之，作培养基无机盐时絮凝率Fr=81.23%. 已有研究证实，无机盐对絮凝活性改善效果还与阳离子价态、 离子强度等因素有关，且与一价、 三价离子相比，二价阳离子可更有效地促进絮凝剂对高岭土颗粒的吸附[24].

图 6 不同无机盐培养基生产的M-C11絮凝活性 Fig. 6 Flocculating activity by different medium metal ions

2.3 M-C11絮凝稳定性

在葡萄糖、 NaNO3、 MgSO4分别作为碳源、 氮源、 无机盐的培养条件下，M-C11应用于处理不同pH、 不同温度的高岭土悬浊液，以考察M-C11絮凝稳定性.

2.3.1 pH稳定性

酸碱度能够改变颗粒表面的电荷性质和氧化还原电位，影响酶促反应速率和菌体对胞外营养物质的吸收[25]. 不同菌株产生的絮凝剂对pH值的耐性范围不同，莫海威芽孢杆菌产絮凝剂pH耐性范围偏中性(pH 5~9)[22]，罗思氏菌属絮凝剂MBF4-13仅在pH为7~9的耐性范围内絮凝率保持85%以上[13]. 中性条件下Ca2+对絮凝作用的调理效果最明显[26]，絮凝剂M-C11的 pH稳定性实验表明，克雷伯氏菌产絮凝剂M-C11处理高岭土悬浊液时，在pH 4~8的范围内活性在82.77%以上，且pH=7时的絮凝率最高(Fr=91.70%)，在pH＜4的强酸性溶液中絮凝率低，由于H+浓度过高会改变酶蛋白的解离度和荷电性质，抑制酶蛋白活性及酶促反应的进行，干扰微生物生长代谢过程中絮凝剂的分泌量和絮凝效果[27]； pH>8时M-C11絮凝率迅速降低，大量OH-存在造成悬浊颗粒表面负电荷密度升高，阻碍Ca2+对M-C11和高岭土颗粒的电中和作用，导致高岭土颗粒分散程度提高，阻碍絮体凝聚沉降.

2.3.2 热稳定性

M-C11置于0~100℃恒温水浴加热30 min，测定其絮凝率(图 7)，在20~60℃范围热稳定性良好，可能与M-C11以多糖为主的组分有关； 温度高于60℃的条件下，微生物絮凝剂分子中的蛋白质类物质发生降解，且部分蛋白质变性失活[26]，分子表面可吸附高岭土颗粒的结合位点减少，导致絮凝活性变差，与多种MBF热稳定性有类似规律[22, 28].

图 7 微生物絮凝剂的pH和热稳定性 Fig. 7 The pH and thermal stability of bioflocculant

2.4 M-C11调理对污泥脱水性能的影响
2.4.1 pH值对污泥脱水的影响

调节污泥至不同pH值(2~11)，投加3 mL M-C11和3 mL CaCl2(1%)，研究pH值对微生物絮凝剂调理污泥效果的影响. 如图 8所示，投加微生物絮凝剂调理可有效改善脱水性能，pH在4~8的范围内污泥比阻值低，与M-C11处理高岭土悬浊液的pH耐性范围一致. 在pH为 6时污泥比阻(SRF)和含水率分别降至5.95×1012 m ·kg-1和87.93%，弱酸性条件下污泥脱水效果显著，可能是由于少量的氢离子存在，可中和污泥絮体表面的负电荷，减弱污泥颗粒间静电斥力并促进絮体稳定性[29]，还可能与弱酸性pH条件下污泥阳离子(Al3+、 Fe3+)的溶解促进絮凝效果有关[30]，但在强酸性条件下(pH<4)，阳离子H+浓度过高反而阻碍絮凝脱水效果的改善. 碱性条件下污泥脱水效果有一定程度的下降，微生物絮凝剂M-C11分子上的—COO—、 —CONH2—、 —NH—等活性基团通过氢键和范德华力吸附污泥颗粒，形成絮体凝聚沉降，pH值过高导致羟基自由基数量降低，阻碍污泥脱水性能的提高[31].

图 8 不同pH条件下污泥脱水效果 Fig. 8 Sludge dewatering performance at different pH

2.4.2 CaCl2投加量对污泥脱水性能的影响

调节污泥pH为 6，投加5 mL絮凝剂调理污泥，相对未投加CaCl2的对照组，助凝剂CaCl2可通过压缩双电层和电中和作用，减弱颗粒间静电斥力[32]. 絮凝剂分子中蛋白质浓度上升，为Ca2+提供吸附结合位点，促进污泥絮体间的架桥作用[33]. 过滤曲线显示CaCl2的最佳投加量为4 mL，在0~4 mL投加量范围内，SRF和含水率呈不断下降趋势并在4 mL时达到架桥平衡(图 9、 Fig. 9)，SRF由0 mL投加量时的11.64×1012 m ·kg-1降至4 mL时的6.94×1012 m ·kg-1； 此后随投加量增加污泥脱水性能变差，由于Ca2+投加量过高反而导致体系正电荷浓度上升，脱稳后的悬浮污泥颗粒和絮凝剂分子重新分散稳定，阻碍污泥脱水效果的进一步提高[34]，与文献[35, 36]的研究结论一致.

图 9 CaCl2不同投加量下污泥过滤曲线 Fig. 9 Sludge filtrate curve at different CaCl2 dosages


图10 CaCl2不同投加量下污泥脱水效果 Fig. 10 Sludge dewatering performance at different CaCl2 dosages

2.4.3 M-C11投加量对污泥脱水影响

调节污泥pH为6，投加4 mL CaCl2和0~5 mL絮凝剂调理污泥，图 11过滤曲线在3 mL的M-C11投加量下滤液体积最大，与图 12中污泥比阻和含水率变化规律类似. 微生物絮凝剂分子含带负电官能团，通过范德华力和氢键作用压缩污泥表面双电层，使表面胞外聚合物(extracellular polymeric substances，EPS)脱落[37]，释放部分结合水并提高活性污泥脱水效果. MBF为污泥颗粒提供吸附结合位点[38]，投加量不足影响吸附架桥的效果. 污泥比阻和泥饼含水率均呈先下降而后上升的趋势，3 mL M-C11投加量条件下，污泥比阻和含水率分别由原泥的11.64×1012 m ·kg-1和98.86%，降低至4.66×1012 m ·kg-1和83.74%，污泥脱水性能显著改善. 此后随着投加量增加，污泥比阻和含水率有所上升，这是因为过多带负电的絮凝剂分子存在，使污泥颗粒间的静电斥力和竞争吸附加强，不利于絮体稳定和沉淀[39].

图 11 M-C11不同投加量下污泥过滤曲线 Fig. 11 Sludge filtrate curve at different M-C11 dosages


图 12 M-C11不同投加量下污泥脱水效果 Fig. 12 Sludge dewatering performance at different M-C11 dosages

2.4.4 M-C11与其他絮凝剂对改善污泥脱水效果的比较

图 13、 图 14为微生物絮凝剂M-C11和化学絮凝剂在调理污泥脱水方面的对比，调节活性污泥pH为6，加入硫酸铝、 聚合氯化铝(PAC)、 阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)和微生物絮凝剂M-C11调理，均可不同程度地改善污泥脱水性能. 各类污泥调理剂(1%)在3 mL投加量下的污泥比阻如图 13所示. 其中，3 mL M-C11(pH 6、 4 mL CaCl2)调理下污泥比阻由原泥的11.64×1012 m ·kg-1降至 4.66×1012 m ·kg-1，比阻降低率高达59.97%，Al2(SO4)3和PAC调理污泥比阻分别为6.04×1012 m ·kg-1和5.25×1012 m ·kg-1，

图 13 M-C11与常规絮凝剂的污泥脱水效果比较 Fig. 13 Comparison of M-C11 and conventional flocculants

表明微生物絮凝剂调理后污泥脱水效果明显优于无机絮凝剂. 无机絮凝剂调理污泥脱水机制主要是电中和作用[40]，微生物絮凝剂M-C11和有机高分子絮凝剂CPAM具有链状结构，分子上的活性基团(羧基、 羟基、 氨基等)为污泥颗粒提供吸附位点[41]，破坏污泥胶体分散的稳定结构，颗粒凝聚并相互结合成较大絮体. 相对无机絮凝剂，M-C11可以更有效地提高污泥脱水效果.

图 14 M-C11与常规絮凝剂的污泥过滤曲线比较 Fig. 14 Sludge filtrate curve of bioflocculant M-C11 and conventional conditioners

3 mL投加量下各类污泥调理剂的过滤曲线如图 14，微生物絮凝剂脱水效果与有机絮凝剂CPAM接近，均可显著提升调理后的污泥脱水效果. 污水处理厂大规模应用无机絮凝剂如聚合氯化铝会引发健康风险[16]，有机絮凝剂聚丙烯酰胺等在实际水处理中，会产生难降解的中间产物，造成水体的二次污染[42]. 微生物絮凝剂M-C11来自从活性污泥样品中分离、 筛选得到的克雷伯氏菌，絮凝剂对如污泥pH值、 盐度等特性，具有良好的适应性，应用于污泥脱水时絮凝活性明显高于传统的无机絮凝剂，且具有易生物降解、 高效无毒等突出优点，是具有广阔的应用前景的新型高效絮凝剂.

3 结论

(1)从活性污泥中筛选分离得到克雷伯氏菌C11，微生物絮凝剂M-C11培养的最佳碳源、 氮源、 无机盐分别为葡萄糖、 NaNO3、 MgSO4，且其絮凝活性与碳源的可分解利用性密切相关，硝态氮比铵态氮更易被菌株利用，不同培养基阳离子类型中，Cu2+对絮凝剂M-C11的合成和絮凝活性起抑制作用，其它无机盐类型均可不同程度地提高絮凝活性. 在最优培养基条件下，摇床发酵(37℃，150 r ·min-1)培养48 h后，絮凝活性高达91.70%.

(2)高岭土悬浊液的絮凝稳定性实验表明，克雷伯氏菌属絮凝剂M-C11的pH稳定性和热稳定性良好，在pH为4~8、 温度为20~60℃的范围内保持稳定的高絮凝活性.

(3)pH、 CaCl2投加量和M-C11投加量对活性污泥脱水效果影响显著，其絮凝机制为电中和、 吸附架桥、 压缩双电层等，优化后的污泥调理参数为：pH为 6，3 mL M-C11+4 mL CaCl2 (1%). 微生物絮凝剂调理后活性污泥脱水性能显著改善，M-C11调理效果明显优于无机絮凝剂，且M-C11对污泥pH值、 盐度等表现出良好的适应性.

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