微生物絮凝劑用于廢水處理的研究及其應(yīng)用

于海波

微生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生的有絮凝活性的代謝產(chǎn)物，主要有糖蛋白、多糖、蛋白質(zhì)、纖維素和DNA等［1］。它一般是利用生物技術(shù)，通過細(xì)菌、真菌等微生物發(fā)酵、抽提、精煉而成。與傳統(tǒng)的無機(jī)和有機(jī)高分子絮凝劑相比，微生物絮凝劑具有高效、無毒、可生物降解等特點;與目前普遍采用的天然高分子絮凝劑相比，微生物絮凝劑具有絮凝活性高，能產(chǎn)生絮凝劑的微生物種類多，生長快，易于采取生物工程手段實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化等特點，有著良好的發(fā)展前景［2］。

此外，產(chǎn)生絮凝劑的微生物絕大多數(shù)來自土壤中，資源極其豐富，獲得的方法也較簡單，成本低廉。因此，生物絮凝劑作為一類高效安全絮凝劑已經(jīng)得到研究者的關(guān)注和認(rèn)可。

1 微生物絮凝劑的研究現(xiàn)狀

1.1 微生物絮凝劑產(chǎn)生菌

絮凝劑產(chǎn)生菌是指具有分泌絮凝劑能力的微生物，至今發(fā)現(xiàn)的具有絮凝性的微生物已經(jīng)超過20種，包括霉菌、細(xì)菌、放線菌和酵母菌等，其中最具代表性的產(chǎn)微生物絮凝劑的微生物有三種，即:醬油曲霉(Asp-ergillus sojae)、擬青霉(Paecilomyces sp)、紅平紅球菌(Rhodococcus erythropolis)［3］。

1.2 絮凝機(jī)理、絮凝能力的影響因素

1.2.1 絮凝機(jī)理

由于微生物絮凝劑是帶電荷的生物大分子，其混凝現(xiàn)象比較復(fù)雜，不同種類絮凝劑以及不同的水質(zhì)條件，作用機(jī)理都有所不同。對其作用機(jī)理曾提出多種學(xué)說，其中比較能接受的有以下幾種［4］: 1)“吸附架橋”作用;2)“電性中和”作用;3)“化學(xué)反應(yīng)”作用。

此外，還有其他一些絮凝機(jī)理，如網(wǎng)捕作用、粘質(zhì)說、酯合學(xué)說等可解釋部分絮凝現(xiàn)象。從微生物絮凝劑的多樣性以及表現(xiàn)出的絮凝范圍的廣譜性可以斷定，絮凝機(jī)理肯定是多樣的。

1.2.2 微生物絮凝劑絮凝能力的影響因素

同一般的化學(xué)絮凝劑一樣，微生物絮凝劑效果的好壞主要受絮凝劑和膠體顆粒本身特性及反應(yīng)條件的影響［5］。

1 )微生物絮凝劑本身的性質(zhì)及絮凝劑的投加量。絮凝劑的絮凝效果受本身分子結(jié)構(gòu)、形狀、分子量和所帶基團(tuán)等因素影響。一般說來，線形結(jié)構(gòu)有利于絮凝，如果分子結(jié)構(gòu)是交聯(lián)的或支鏈結(jié)構(gòu)，其絮凝效果就差;相對分子質(zhì)量越大，吸附位點越多，攜帶的電荷也越多，其絮凝能力也強(qiáng)。此外，絮凝劑都有一個最佳投加量，投加量過大或過小都影響絮凝效果。2)被絮凝物質(zhì)的性質(zhì)。絮凝過程是絮凝劑大分子借助離子鍵、氫鍵和范德華力同時吸附多個膠體顆粒，在顆粒間產(chǎn)生“架橋”現(xiàn)象，形成一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而沉淀下來，故膠體顆粒表面電荷對絮凝有重要影響。雖然絮凝劑均具有廣譜絮凝作用，但是對不同的膠體顆粒表現(xiàn)出不同的絮凝活性。3)反應(yīng)條件。微生物絮凝劑的絮凝效果受pH值、溫度、金屬離子、攪拌速度等多種反應(yīng)條件的影響。絮凝劑的絮凝能力受pH值影響的原因是:酸堿度的變化影響微生物絮凝劑及其被絮凝物表面電荷的性質(zhì)、數(shù)量及中和電荷的能力。溫度對某些微生物絮凝劑的活性有較大的影響，主要是因為這些絮凝劑蛋白質(zhì)成分在高溫下變性及空間結(jié)構(gòu)改變而喪失部分絮凝能力，對多聚糖構(gòu)成的絮凝劑則沒有這種變化，所以受溫度影響不大。

2 微生物絮凝劑在廢水處理中的應(yīng)用

2.1 低濃度城市污水處理

楊開等［6］采用微生物絮凝劑普魯蘭(Pullulan)和聚合氯化鋁復(fù)合絮凝的方法，對我國南方低濃度城市污水進(jìn)行了強(qiáng)化一級處理試驗研究。結(jié)果表明，在最佳復(fù)配比和最佳絮凝動力學(xué)條件下，復(fù)合絮凝劑對污水濁度，COD，TP，NH3-N等指標(biāo)的去除率分別達(dá)到了95%，58%，91%，15%以上，且具有污泥沉降與脫水性能良好、處理費(fèi)用低等特點。尹華等［7］篩選出的菌株GS7，處理城市污水等實際廢水時具有用量少、澄清速度快等特點，濁度去除率達(dá)93.5%。

2.2 建材廢水處理

建筑材料加工廢水中含有大量懸浮物，例如陶瓷廠廢水，主要包括胚體廢水和釉藥廢水兩種，前者主要含有較多的黏土顆粒，后者除含黏土顆粒外，還有相當(dāng)數(shù)量的釉藥，廢水處理起來有較大困難。當(dāng)添加NOC-1后5min，胚體廢水的濁度從原來的1.4降低到0.043，釉藥廢水的濁度從17.2下降到0.35，濁度去除率分別為96.6%和97.9%，可得到幾乎透明的上清液［8］。有研究表明，微生物絮凝劑的投加量在200×10－16時，就能達(dá)到FeCl3濃度超過3 000×10－6時的絮凝效果。

2.3 印染廢水處理

印染廢水中含有大量色素，特別是其中的可溶性色素很難處理。李智良等用P.alcaligenes 8724菌株產(chǎn)生的絮凝劑，在實驗室對紙漿黑液和氯霉素等色素較深的廢水進(jìn)行脫色處理，脫色率分別達(dá)95%和98%以上［9］。莊源益等［10］用生物絮凝劑對水中染料的脫色進(jìn)行的大量試驗表明，在含有鈣離子的條件下，直接對黑染料生產(chǎn)廢水稀釋液的脫色率達(dá)60%左右。

2.4 畜產(chǎn)廢水處理

畜產(chǎn)廢水的BOD含量較高，是屬于較難處理的一類高濃度有機(jī)廢水，如豬糞尿廢水，采用合成高分子絮凝劑處理效果不好，而采用NOC-1微生物絮凝劑加Ca2+處理，則效果十分顯著，處理后10 min廢水的上清液變成幾乎透明的液體。廢水的TOC由處理前的8 200 mg/L變?yōu)? 980 mg/L，去除率達(dá)63.7%，濁度由處理前的15.7變?yōu)?.86，去除率達(dá)94.5%［11］。R.erythropoli培養(yǎng)物與一定濃度的鈣離子溶液混合后，對該種廢水的TOC去除率將會更高，同時對總氮也有顯著的去除作用。

2.5 食品工業(yè)廢水處理

由于微生物絮凝劑具有安全、無毒的特性，逐漸在食品廢水處理中被采用，并達(dá)到了滿意的效果。如用微生物絮凝劑普魯蘭處理味精廢水，其COD和SS的去除率可達(dá)到40%左右，其濁度去除率可達(dá)99%［12］。鄧述波等［13］用MBFA9處理淀粉廠的黃漿廢水，無論是懸浮物還是COD的去除率均高于傳統(tǒng)的化學(xué)絮凝劑PAM，且可回收蛋白質(zhì)成分作飼料。

2.6 鞣革廢水處理

在鞣革工業(yè)廢水中加入C-62菌株產(chǎn)生的絮凝劑，濁度去除率可達(dá)96%［14］。柴曉利等［15］利用從活性污泥中篩選得到的微生物絮凝劑產(chǎn)生菌Azomonoas sp.進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，并對其產(chǎn)量絮凝劑進(jìn)行了提純和應(yīng)用試驗。實驗結(jié)果表明，染料廢水用微生物絮凝劑處理后，COD、色度去除率分別為32.2%，54%。

3 存在的問題和發(fā)展方向

毋庸置疑，微生物絮凝劑在處理廢水方面有著突出的優(yōu)越性，它的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用將有廣闊的市場前景。但是從規(guī)模化生產(chǎn)和廢水處理角度看，目前國內(nèi)外的微生物絮凝劑研究還存在諸如:研究水平低、制備成本高、活性測定指標(biāo)單一、絮凝機(jī)理不明確等問題。

基于上述亟待解決的問題，作者認(rèn)為，微生物絮凝劑研究和開發(fā)的重點應(yīng)集中在以下幾方面:1)建立一套快速尋找、篩選高效絮凝劑產(chǎn)生菌的方法系統(tǒng);2)深入研究微生物絮凝劑的絮凝機(jī)理;3)構(gòu)建工程菌;4)優(yōu)化原料，降低制取微生物絮凝劑成本;5)優(yōu)化生產(chǎn)條件;6)開發(fā)復(fù)合型微生物絮凝劑。

［1］ 王 鎮(zhèn)，王孔星，謝玉敏.一株絮凝劑產(chǎn)生菌的特性研究［J］.微生物學(xué)報，1995，35(2)：121-129.

［2］ 徐美娟，胡惠仁，劉秋娟.環(huán)境友好絮凝劑——微生物絮凝劑［J］.上海造紙，2004，35(1)：52-55.

［3］ 張 晶.微生物絮凝劑的研究及應(yīng)用前景［J］.環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2006，35(4)：17-20.

［4］ 馬青山，賈 瑟，孫麗珉，等.絮凝化學(xué)和絮凝劑［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1990：6-9.

［5］ 韓玉琨.淺談微生物絮凝劑在廢水治理中的應(yīng)用［J］.科技信息，2008(22)：36-37.

［6］ 楊 開.微生物絮凝劑用于污水強(qiáng)化一級處理［J］.中國給水排水，2002(18)：43-45.

［7］ 尹 華.微生物絮凝劑產(chǎn)生菌的篩選及其絮凝除濁性能［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，2000，13(1)：8-10.

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［9］ 李智良，張本蘭.微生物絮凝劑產(chǎn)生菌的篩選及相關(guān)廢水絮凝效果試驗［J］.微生物學(xué)報，1997，3(1)：67-70.

［10］ 莊源益.生物絮凝劑對水中染料絮凝效果探討［J］.水處理技術(shù)，1997，23(6)：348-353.

［11］ 李兆龍，虞杏英.微生物絮凝劑［J］.上海環(huán)境科學(xué)，1991，10(9)：45-46.

［12］ 陶 濤，詹德吳，盧秀清，等.預(yù)處理高濃度味精廢水的試驗研究［J］.中國給水排水，2001，27(1)：39-42.

［13］ 鄧述波，胡筱敏，羅 茜.微生物絮凝劑處理淀粉廢水的研究［J］.工業(yè)水處理，1999，19(5)：810.

［14］ 魯玉菱，翟素軍.微生物絮凝劑的研究進(jìn)展［J］.山東環(huán)境，1997(6)：12-16.

［15］ 柴曉利，陳 潔.微生物絮凝劑的提純及應(yīng)用研究［J］.工業(yè)水處理，2000，20(6)：23-25.