微生物絮凝劑在水處理上的應(yīng)用分析

尚 磊，郭麗麗

山東天元節(jié)能環(huán)保工程有限公司，山東新泰 271221

微生物絮凝劑在水處理上的應(yīng)用分析

尚 磊，郭麗麗

山東天元節(jié)能環(huán)保工程有限公司，山東新泰 271221

微生物絮凝劑因其高效性、無(wú)毒性而成為近年來國(guó)內(nèi)外研究開發(fā)的熱點(diǎn)課題，但對(duì)于它在凈化廢水過程中的實(shí)驗(yàn)條件探索，尚未詳細(xì)研究。本文對(duì)微生物絮凝劑在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用上的效果進(jìn)行了纖細(xì)的分析和解說，并對(duì)微生物絮凝劑的發(fā)現(xiàn)、絮凝機(jī)理、活性的因素及可分解的物質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究和討論

微生物；絮凝劑；污水處理；應(yīng)用分析

0 引言

目前，水處理方法很多，如吸附法、好氧法、厭氧法、混凝沉淀法、化學(xué)氧化法等等。其中混凝沉淀法以其見效快、構(gòu)造簡(jiǎn)單、應(yīng)用范圍廣而受到中外學(xué)術(shù)界和環(huán)保行業(yè)的高度重視，而混凝沉淀法應(yīng)用過程中尤以混凝劑的選擇為其處理效果好壞的決定因素。微生物絮凝劑(MBF)因其高效性、無(wú)毒性而成為近年來國(guó)內(nèi)外研究開發(fā)的熱點(diǎn)課題，但對(duì)于它在凈化廢水過程中的實(shí)驗(yàn)條件探索，尤其是在工業(yè)廢水處理中的實(shí)踐應(yīng)用，很少有人問津。

1 微生物絮凝劑概述

1.1 微生物絮凝劑的發(fā)現(xiàn)

70年代，日本學(xué)者在研究酞酸酯生物降解的過程中發(fā)現(xiàn)了具有絮凝作用的微生物培養(yǎng)液，以后的研究表明生物絮凝劑對(duì)水中膠體和懸浮顆粒物具有絮凝作用。隨后對(duì)培養(yǎng)基、菌種、生產(chǎn)條件等進(jìn)行了大量研究，開發(fā)出在廢水處理中有廣泛用途且無(wú)二次污染，代號(hào)為NOC-1的生物絮凝劑。

1.2 微生物絮凝劑的主要種類

1.2 .1 生物細(xì)胞的絮凝劑

生物細(xì)胞的絮凝劑，如某些細(xì)菌、霉菌、放線菌和酵母，他們大量存在于土壤、活性污泥和沉積物中。

1.2 .2 利用微生物細(xì)胞壁提取物的絮凝劑

微生物細(xì)胞壁提取物的絮凝劑，如酵母細(xì)胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白質(zhì)和N—乙酰葡萄糖胺等成分均可用作絮凝劑。

1.2 .3 利用微生物細(xì)胞代謝產(chǎn)物的絮凝劑

微生物細(xì)胞分泌到細(xì)胞外的代謝產(chǎn)物主要是細(xì)菌的莢膜和粘液質(zhì)，除水分外，其主要成分為多糖及少量的多肽、蛋白南、脂類及其復(fù)合物。其中多糖在某種程度上可用作絮凝劑。

至今發(fā)現(xiàn)的具有絮凝性的微生物已經(jīng)超過17種，包括霉菌、細(xì)菌、放線菌和酵母茵。一般來說，這些微生物產(chǎn)生的絮凝物質(zhì)的分子質(zhì)量多在1×105以上，如假單胞菌屬（Pseudomonas sp．）C-120產(chǎn)生的絮凝物質(zhì)的分子質(zhì)量大于2×106的天然雙鏈DNA.

2 微生物絮凝劑的絮凝機(jī)理

絮凝劑加入水中后，主要通過雙電層壓縮、電荷的中和作用、吸附架橋作用和網(wǎng)捕作風(fēng)使顆粒間排斥能降低，最終發(fā)生凝聚和絮凝。微生物絮凝劑是帶有電荷的生物大分子，其絮凝劑機(jī)理主要有下列幾種：

1）橋聯(lián)作用機(jī)理

在絮凝劑生物大分子濃度較低時(shí)，吸附在某個(gè)微粒表面上的生物分子長(zhǎng)鏈可能同時(shí)吸附在另一個(gè)微粒的表面上，通過架橋方式將兩個(gè)或更多的微粒聯(lián)一起從而導(dǎo)致絮凝。

2）電荷中和機(jī)理

膠體粒子的表面一般帶有負(fù)電荷，當(dāng)帶有一定正電荷的鏈狀生物大分子絮凝劑或其水解產(chǎn)物靠近膠粒表面或被吸附到膠粒表面上時(shí)，將會(huì)中和膠粒表面上的一部分負(fù)電荷，減少靜電斥力，從而使膠粒間能發(fā)生碰撞而凝聚。

3）卷掃作用

當(dāng)微生物絮凝劑投量一定且形成小粒絮體時(shí)，可以在重力作用下迅速網(wǎng)捕，卷掃水中膠粒，而產(chǎn)生沉淀分離，稱為卷掃或網(wǎng)捕作用。這種作用基本上是一種機(jī)械作用，所需絮凝劑量與原水雜質(zhì)含量成反比。原水膠體雜質(zhì)含量少時(shí)，所需絮凝劑量大，反之亦然。

3 影響微生物絮凝劑絮凝活性的主要因素

3.1 絮凝劑分子的性質(zhì)

絮凝劑的分子性質(zhì)中分子結(jié)構(gòu)，分子形狀，分子質(zhì)量和發(fā)子所帶的基團(tuán)對(duì)絮凝劑的活性都有影響。如果分子是交聯(lián)的或支聯(lián)的結(jié)構(gòu)，其絮凝效果就不好。分子質(zhì)量對(duì)活性的影響，一般來說，分子質(zhì)量越高，絮凝活性就越好。如用蛋白酶處理產(chǎn)生的絮凝劑，使其分子質(zhì)量下降，就能導(dǎo)致該絮凝劑活性的下降。而絮凝劑分子所帶的一些特殊基團(tuán)能在絮凝過程中充當(dāng)顆粒物質(zhì)的吸附部位或維持一定的空間構(gòu)相，對(duì)絮凝劑的活性也有很大影響。

3.2 膠體顆粒的性質(zhì)

膠體顆粒的影響主要是由于膠體粒子的表面結(jié)構(gòu)與所帶電荷性質(zhì)影響絮凝效果，研究表明：絮凝過程是膠體顆粒與絮凝劑大分子相互靠近、吸附形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過程，因而大分子與膠體顆粒的表面電荷對(duì)絮凝效果有直接影響。而不同的絮凝劑對(duì)不同的膠體顆粒表現(xiàn)出不同的絮凝效果，也從側(cè)面證明膠體顆粒的表面結(jié)構(gòu)對(duì)絮凝劑活性的影響。

3.3 反應(yīng)體系

圖1 絮凝劑濃度對(duì)絮凝劑活性的影響

絮凝反應(yīng)過程中，絮凝劑的濃度，處理水中的鈣、鎂等離子的濃度，反應(yīng)體系的pH值和溫度等對(duì)絮凝劑的活性也有很大影響。隨著絮凝劑的加入，開始時(shí)，絮凝活性逐漸增強(qiáng)，當(dāng)絮凝劑濃度值達(dá)到一定范圍時(shí)，處理水的PH值不僅影響絮凝劑的表面電荷性質(zhì)、形態(tài)結(jié)構(gòu)，還影響到水體中懸浮物質(zhì)的電荷性質(zhì)，從而影響到它們的靠近和吸附行為。在酸性條件下，絮凝作用很弱，當(dāng)PH超過7時(shí)，絮凝活性迅速提高，并維持在較高水平。絮凝活性

達(dá)到最佳，當(dāng)濃度繼續(xù)增加時(shí)，絮凝活性急劇下降，造成水的濃度增大，膠體的顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)減弱，碰撞機(jī)會(huì)減少，不利于膠粒脫穩(wěn)凝聚，絮凝惡化。由此，可以確定絮凝劑的加入量有一個(gè)最佳值，過多或過少，絮凝效果均下降。圖l粗略表示此過程。

體系中的Ca2+，Mg2+等離子能夠改變膠體的C電位(膠體滑動(dòng)層電位)，降低其表面電荷，促進(jìn)大分子與膠體顆粒的吸附與架橋。以Ca2+為例，隨著Ca2+濃度增加迅速上升到最大，且濃度即使再增加絮凝也沒有受到抑制，絮凝活性仍保持穩(wěn)定。該過程可以圖2表示。

圖2 Ca2+離子對(duì)絮凝活性的影響

4 微生物絮凝劑在污水處理中的應(yīng)用

4.1 微生物絮凝劑處理淀粉廢水

淀粉廠是食品行業(yè)的典型企業(yè)，解決淀粉廢水的處理問題具有重要意義。淀粉廠在進(jìn)行淀粉麩質(zhì)分離后，產(chǎn)生了麩質(zhì)水(俗稱黃漿水)，該水中含有細(xì)小的懸浮麩質(zhì)顆粒以及溶解性蛋白，從廢水中回收這些物質(zhì)可作為高蛋白飼料，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前，淀粉廠普遍采用濃縮池沉淀分離水中的懸浮物，時(shí)間長(zhǎng)，效率不高，更重要的是排放水中仍含有一部分蛋白質(zhì)，既浪費(fèi)資源，又增加外排水中的COD。采用絮凝法處理黃漿廢水可以加速懸浮物沉降，充分回收蛋白。從土壤中分離、篩選得到的細(xì)菌能夠產(chǎn)生高效絮凝劑，用于處理淀粉廠的黃漿廢水，效果良好

4.2 城市污水的處理

從城市污水及工業(yè)廢水中分離選育出的高效多功能混合菌群，包括具有絮凝作用的芽胞桿菌7株(同時(shí)還有降解污染物的功能)。能利用其他有機(jī)物和降解某些工業(yè)污染物的細(xì)菌6株，酵母7株，該混合菌群生長(zhǎng)的PH和溫度范圍較廣，PH為6～10，最適PH7～8，最適溫度為15～37℃，生長(zhǎng)碳源以紅糖為最優(yōu)，有機(jī)氮優(yōu)于無(wú)機(jī)氮，利用多功能混合菌完整細(xì)胞對(duì)城市污水處理效果表明，當(dāng)細(xì)胞濃度達(dá)20mg/ml時(shí)只需通氣20min就可以將污水中580.64mg/L CODcr和376.26mg/L BOD5完全去除。

4.3 乳化液的油水分離

用Alcaligenes latus培養(yǎng)物可以很容易地將棕櫚酸從其乳化液中分離來。向100mL含0.25%的乳化液中加入10m的LAlcaligenes latus培養(yǎng)物和1mL的聚氨基葡糖后，在細(xì)小均一的乳化液中即形成明顯可見的油滴， 這些油滴浮于廢水表面，有明顯的分層。下層清液的COD值從原來的450mg/L降為235mg/L，去除率為48%。無(wú)論是無(wú)機(jī)絮凝劑還是人工合成高分子絮凝劑都未有這樣好的絮凝效果。

這種微生物絮凝劑不僅有望用于乳化液的油水分離，也可為海上溢油的控制提供一種安全有效的絮凝劑。

4.4 污泥沉降性能的改善

活性污泥處理系統(tǒng)的效率常因污泥的沉降性能變差而降低，從微生物中分離出的絮凝劑能有效地改善污泥的沉降性能，防止污泥解絮，提高整個(gè)處理系統(tǒng)的效率。將從Rhodococcus erythropolis中分離的絮凝劑加入已發(fā)生膨脹的活性污泥中，可以使污泥的SVI(污泥體積指數(shù))從290下降到50。在活性污泥中添加絮凝微生物可以促進(jìn)污泥的沉降，但不會(huì)降低有機(jī)物的去除效率。

4.5 化工廢水的凈化處理

用常規(guī)的細(xì)菌分離純化方法從廢水、土壤、活性污泥中分離出多株細(xì)菌，將單株菌培養(yǎng)于特殊的絮凝劑液體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)物離心后上液對(duì)高嶺土懸液絮凝效果作為指標(biāo)來衡量其絮凝活性及產(chǎn)絮凝劑能力，由此獲得微生物絮凝劑產(chǎn)生茵：I—23、I—24、I—4等6株，其發(fā)酵離心上液對(duì)造紙黑液、皮革廢水、偶氮染料廢水、硫化染料廢水、電鍍廢水、彩印制板廢水、石油化工廢水、造幣廢水及藍(lán)墨水、碳素墨水等進(jìn)行的絮凝試驗(yàn)表明，廢水固液分離效果良好，CODcr去除率55～98%，懸浮物、色度、濁度去除率為如90%以上。

4.6 鉆井廢水的處理

鉆井污水是油氣田的主要污水之一，來源于油氣開采鉆井過程中起、下鉆作業(yè)時(shí)鉆井液的返排流失、循環(huán)系統(tǒng)的滲漏、設(shè)備和平臺(tái)的清洗等環(huán)節(jié)。鉆井污水的特點(diǎn)是高含鹽高含懸浮物，高COD，高色度。由于含有石油類、重金屬及一些高分子物質(zhì)。因此，排入環(huán)境會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重污染。我國(guó)許多油氣田，如江蘇、塔里木、冀東等油田，鉆井污水的問題比較突出。全國(guó)各油氣田每年約產(chǎn)生鉆井污水800萬(wàn)t，由此造成的污染事故時(shí)有發(fā)生，不僅污染環(huán)境。還需交納相當(dāng)數(shù)額的排污費(fèi)及罰款。所以，必須對(duì)鉆井污水進(jìn)行治理。

5 結(jié)論

因微生物絮凝劑具有高效、無(wú)毒、無(wú)二次污染、能自行降解等多種優(yōu)勢(shì)，它必將部分或全部取代傳統(tǒng)的絮凝劑而成為污水處理的主導(dǎo)絮凝物質(zhì)。但因我國(guó)在微生物絮凝劑方面的開發(fā)和研究還處于初級(jí)階段，這急需投入更多人力物力進(jìn)行開發(fā)，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)絮凝劑的工業(yè)化應(yīng)用服務(wù)。

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