微生物絮凝劑用于廢水處理的研究及其應用

于海波

微生物絮凝劑是一類由微生物產生的有絮凝活性的代謝產物，主要有糖蛋白、多糖、蛋白質、纖維素和DNA等［1］。它一般是利用生物技術，通過細菌、真菌等微生物發酵、抽提、精煉而成。與傳統的無機和有機高分子絮凝劑相比，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產業化等特點，有著良好的發展前景［2］。

此外，產生絮凝劑的微生物絕大多數來自土壤中，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得到研究者的關注和認可。

1 微生物絮凝劑的研究現狀

1.1 微生物絮凝劑產生菌

絮凝劑產生菌是指具有分泌絮凝劑能力的微生物，至今發現的具有絮凝性的微生物已經超過20種，包括霉菌、細菌、放線菌和酵母菌等，其中最具代表性的產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 絮凝機理、絮凝能力的影響因素

1.2.1 絮凝機理

由于微生物絮凝劑是帶電荷的生物大分子，其混凝現象比較復雜，不同種類絮凝劑以及不同的水質條件，作用機理都有所不同。對其作用機理曾提出多種學說，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)“化學反應”作用。

此外，還有其他一些絮凝機理，如網捕作用、粘質說、酯合學說等可解釋部分絮凝現象。從微生物絮凝劑的多樣性以及表現出的絮凝范圍的廣譜性可以斷定，絮凝機理肯定是多樣的。

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條件的影響［5］。

1 )微生物絮凝劑本身的性質及絮凝劑的投加量。絮凝劑的絮凝效果受本身分子結構、形狀、分子量和所帶基團等因素影響。一般說來，線形結構有利于絮凝，如果分子結構是交聯的或支鏈結構，其絮凝效果就差;相對分子質量越大，吸附位點越多，攜帶的電荷也越多，其絮凝能力也強。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)被絮凝物質的性質。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，在顆粒間產生“架橋”現象，形成一種三維網狀結構而沉淀下來，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出不同的絮凝活性。3)反應條件。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、數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成分在高溫下變性及空間結構改變而喪失部分絮凝能力，對多聚糖構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)和聚合氯化鋁復合絮凝的方法，對我國南方低濃度城市污水進行了強化一級處理試驗研究。結果表明，在最佳復配比和最佳絮凝動力學條件下，復合絮凝劑對污水濁度，COD，TP，NH3-N等指標的去除率分別達到了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，還有相當數量的釉藥，廢水處理起來有較大困難。當添加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行脫色處理，脫色率分別達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，直接對黑染料生產廢水稀釋液的脫色率達60%左右。

2.4 畜產廢水處理

畜產廢水的BOD含量較高，是屬于較難處理的一類高濃度有機廢水，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變為2 980 mg/L，去除率達63.7%，濁度由處理前的15.7變為0.86，去除率達94.5%［11］。R.erythropoli培養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的去除率可達到40%左右，其濁度去除率可達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的化學絮凝劑PAM，且可回收蛋白質成分作飼料。

2.6 鞣革廢水處理

在鞣革工業廢水中加入C-62菌株產生的絮凝劑，濁度去除率可達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生菌Azomonoas sp.進行發酵培養，并對其產量絮凝劑進行了提純和應用試驗。實驗結果表明，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越性，它的大規模生產和應用將有廣闊的市場前景。但是從規?；a和廢水處理角度看，目前國內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、活性測定指標單一、絮凝機理不明確等問題。

基于上述亟待解決的問題，作者認為，微生物絮凝劑研究和開發的重點應集中在以下幾方面:1)建立一套快速尋找、篩選高效絮凝劑產生菌的方法系統;2)深入研究微生物絮凝劑的絮凝機理;3)構建工程菌;4)優化原料，降低制取微生物絮凝劑成本;5)優化生產條件;6)開發復合型微生物絮凝劑。

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

［2］ 徐美娟，胡惠仁，劉秋娟.環境友好絮凝劑——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用前景［J］.環境保護科學，2006，35(4)：17-20.

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

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

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

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

［8］ 辛寶平，莊源益，李 彤.生物絮凝劑的研究和應用［J］.環境科學進展，1998，6(5)：57-62.

［9］ 李智良，張本蘭.微生物絮凝劑產生菌的篩選及相關廢水絮凝效果試驗［J］.微生物學報，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，1997，23(6)：348-353.

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

［12］ 陶 濤，詹德吳，盧秀清，等.預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］.工業水處理，1999，19(5)：810.

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

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