微生物絮凝劑在廢水處理中的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向

張瓊

摘 ?要：隨著我國城市化進(jìn)程的加快、經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各類廢水的排放不斷增加，隨之給污水的治理工作也帶來了極大的挑戰(zhàn)。現(xiàn)階段，微生物絮凝劑作為一種天然的高分子絮凝劑，在污水的處理方面具有十分理想的效果，而且不容易產(chǎn)生污染。[1]且相較于其他處理廢水的方式，微生物絮凝劑具有獨(dú)特的優(yōu)勢。因此，本文概括了微生物絮凝劑廢水方面的研究現(xiàn)狀，并指出其在廢水領(lǐng)域治理研究中存在的問題，同時(shí)提出微生物絮凝劑在廢水處理領(lǐng)域的的研究發(fā)展方向，最后提出微生物—化學(xué)絮凝劑對含磷廢水的處理。

關(guān)鍵詞：微生物絮凝劑;廢水處理;研究現(xiàn)狀;發(fā)展方向

前言：

十三五規(guī)劃中提出，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)是實(shí)現(xiàn)中國夢的偉大舉措，同時(shí)也掀起了社會對環(huán)保問題的重視，2017年習(xí)近平主席提出的關(guān)于“綠水青山”的講話內(nèi)容，更是將環(huán)保問題提上桌面。水生態(tài)系統(tǒng)對維持人類健康生活以及可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。[2]而目前，我國的水體污染十分嚴(yán)重且污染種類眾多，未經(jīng)治理的工業(yè)污水、殘留大量農(nóng)藥的農(nóng)藥廢水及生活中產(chǎn)生的大量生活廢水都給我國的地表水和地下水帶來了嚴(yán)峻的污染問題。且而在各類廢水的整治中，微生物絮凝劑具有良好的生物學(xué)特性，同時(shí)以其良好的生物降解性、安全無毒、高效絮凝劑效果等特點(diǎn)，在各類污水的處理中得到了廣泛的應(yīng)用。

基于前人研究基礎(chǔ)，有較多關(guān)于微生物絮凝劑在廢水治理方面的研究，但是微生物絮凝劑在實(shí)際應(yīng)用方面仍存在很大的挑戰(zhàn)，且有關(guān)微生物絮凝劑相關(guān)研究目前仍沒有重大突破，因此，微生物-化學(xué)復(fù)合絮凝劑的研究與發(fā)展是當(dāng)前重要的發(fā)展趨勢。目前，將微生物與化學(xué)吸附相結(jié)合應(yīng)用于廢水處理的方法，尚未出現(xiàn)。因此，本次課程作業(yè)我就從微生物絮凝劑在廢水中的研究現(xiàn)狀、存在的問題，以及復(fù)合絮凝劑等方面進(jìn)行探討。

第一章 微生物絮凝劑的研究現(xiàn)狀

1.1微生物絮凝劑國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

隨著科技水平的發(fā)展，絮凝劑的生產(chǎn)技術(shù)也在不斷進(jìn)步與發(fā)展。按照化學(xué)成分組成，目前絮凝劑主要有無機(jī)絮凝劑、有機(jī)高分子絮凝劑、微生物絮凝劑、復(fù)合絮凝劑等四類。

微生物絮凝劑的出現(xiàn)，大大地提高了絮凝效果，更有助于污水處理工作的開展，因此引起來國內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視。微生物絮凝劑（簡稱MBF），是指由微生物的身產(chǎn)生的、具有高效絮凝作用的天然高分子物質(zhì)。[3]從國內(nèi)外研究最早的絮凝劑產(chǎn)生菌是1935年Butterfield從活性污泥中分離出來的，1971年，Zajic和Knetting也從煤油中分離出了一株捧狀桿菌，該菌可分泌對泥水具有絮凝作用的多聚物。1986年Ryuichiro KuraneP等人將NOC-l用于畜產(chǎn)廢水、膨脹污泥和磚場生產(chǎn)廢水等的處理，均取得了很好的效果。而我國在微生物絮凝劑方面的研究還比較晚，且目前微生物絮凝劑的研究方面還主要停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，因此還暫時(shí)未出現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。

1.2微生物絮凝劑的特點(diǎn)與優(yōu)勢

綜合比較多種絮凝劑，微生物絮凝劑具有高效、安全的特點(diǎn)，且由于它同時(shí)具有絮凝劑及微生物可降解的特性，因此對環(huán)境不產(chǎn)生二次污染，也逐漸應(yīng)用到環(huán)境治理的領(lǐng)域，如在高濃度難降解廢水的除濁、除重金屬，脫色和除油等方面它就表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢。除此之外，相較于傳統(tǒng)絮凝劑而言，微生物絮凝的用量少、作用條件較粗放，因此其適用范圍也更廣。由于它的獨(dú)特性質(zhì)，它的脫泥效果也很好，能夠很好地改善傳統(tǒng)活性污泥工藝系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的污泥活性不高、污泥膨脹等問題。除此之外，從目前國內(nèi)外對微生物絮凝劑應(yīng)用方面的研究來看，它的應(yīng)用領(lǐng)域比我們想象中的還要廣泛，不止應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境中處理污水，還廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥、食品加工及發(fā)酵等相關(guān)行業(yè)的固液分離方面。

第二章 微生物在廢水治理中的應(yīng)用

2.1在去除懸浮顆粒方面的應(yīng)用

隨著工業(yè)化進(jìn)程，工業(yè)廢水的產(chǎn)生難以通過普通的方法進(jìn)行有效處理。而據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際研究和應(yīng)用中，很多微生物絮凝劑在懸浮物廢水去除方面有著較理想的效果。例如，王偉等[4]研究發(fā)現(xiàn)絮凝劑 GSY-9 分子上各個(gè)吸附點(diǎn)對煤泥水中各組分具有不同程度作用力，且最終能完成對煤泥水的有效絮凝。張超等人[5]提到微生物絮凝劑在難處理的建筑材料加工廢水懸浮物的應(yīng)用方面有著較好的絮凝效果，在向陶瓷廠廢水中添加微生物絮凝劑NOC-1后，廢水的OD值可從原來的1.4降至0.043。且相較于其他材料而言，用微生物絮凝劑處理懸浮物高達(dá)150g·L-1的濁水，沉降率是陽離子聚丙烯酰胺的2.5倍，陰離子聚丙烯酰胺的4倍[6-8]。李靜等[9]通過研究發(fā)現(xiàn)，MBF-HG6微生物絮凝劑及助凝劑CaCl2共同處理粉煤灰，其結(jié)果是對于膠體顆粒脫穩(wěn)后的絮凝和吸附架橋具有鞏固作用，且能夠?qū)崿F(xiàn)最大限度地去除含鉛廢水中的重金屬。

由此可見，目前已有較多的微生物絮凝劑在去除懸浮顆粒方面的應(yīng)用效果較為理想，且對這些固體懸浮物含量較高的廢水有著良好的澄清除濁效果。

2.2在水質(zhì)改善方面的應(yīng)用

早有學(xué)者表明，微生物絮凝劑在處理城市廢水方面有著很理想的效果。主要原因是因?yàn)椋诔鞘猩顝U水中能夠分離出一種混合高效的菌群，而該菌群就具有將生活廢水降解和絮凝的作用，它能夠去除污水中大量化學(xué)需氧量（COD）、五天生化需氧量（BOD5）等物質(zhì)，且高分子絮凝劑對COD的去除率高達(dá)68%，對懸浮物的去除率高達(dá)91%。而在處理水體惡臭方面，美國生物細(xì)菌控制系統(tǒng)公司亞洲有限公司研制的高效生物凈水劑PX，處理2.2萬t·d-1的市政污水，添加量為1/107，使臭味得到控制，BOD去除率80%～90%，SS去除率80%～92%：處理300t·d-1的酒店污水，添加量為1g·t-1，3d后臭味消失，7d后出現(xiàn)明顯效果，隔油池積油消除，出水BOD為20mg·L-1，COD為80mg·L-1[10]。此外，微生物絮凝劑對于有色廢水的處理方面也表現(xiàn)出較好的脫除效果。例如，R.Kurane發(fā)現(xiàn)Alcaligenes latus B-16產(chǎn)生的絮凝劑對化妝品廠排放的藍(lán)色廢水具有良好的脫色效果[11]。

微生物絮凝劑對于改善水體質(zhì)量的方面的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，國內(nèi)外還有大量研究表明，微生物絮凝劑對于含油污水等乳濁液的處理、對于污泥沉降性能的改善以及在工業(yè)廢水中提純物質(zhì)方面都具有較理想的效果。

2.3重金屬廢水處理及貴金屬回收

就目前我國環(huán)境而言，金屬廢水中的金屬離子仍是造成水體污染的重要原因，且這些金屬離子很多都具有生物毒性，過多地排放到外界不僅會急劇地增加環(huán)境污染，也會危害到人體健康。因此，在金屬廢水的治理和貴重金屬的回收方面，微生物絮凝劑也得到了較好的應(yīng)用。首先在重金屬廢水處理，目前使用廣泛的傳統(tǒng)處理方法有化學(xué)還原、電解、離子交換等，微生物絮凝劑與之相比，在mg·L-1級的廢水處理上擁有著獨(dú)特優(yōu)勢，而且效果十分顯著，在后處理時(shí)，用一般的化學(xué)方法如調(diào)節(jié)p H，加入較強(qiáng)絡(luò)合能力的解吸劑，就可以解吸生物吸附劑上的重金屬離子，回收吸附劑以循環(huán)利用。與此同時(shí)，Bender等先后報(bào)道了藻青菌可以從水中除去Mn2+、Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+、Co3+、Cr3+、Fe3+等金屬離子。

第三章、微生物絮凝劑存在問題與發(fā)展趨勢

3.1微生物絮凝劑的發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)上文可知，微生物絮凝劑在環(huán)境治理方面起著重要作用，且在廢水治理的多方面也實(shí)現(xiàn)了巨大的突破。但根據(jù)查閱文獻(xiàn)可知，應(yīng)用微生物絮凝劑治理廢水還存在著許多不足，比如說在篩選高效菌種的條件較為嚴(yán)苛，難以培養(yǎng)：且我國目前在微生物絮凝劑的研究仍沒有重大突破，也沒有公認(rèn)的機(jī)理。另外，培養(yǎng)基的成本及培養(yǎng)條件也較高，導(dǎo)致絮凝劑產(chǎn)量低，因此難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中缺乏廣泛應(yīng)用性和可行性，且很難大規(guī)模地應(yīng)用到實(shí)際生態(tài)環(huán)境的治理方面。但隨著絮凝劑的不斷發(fā)展，復(fù)合型絮凝劑的應(yīng)用已經(jīng)體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，而開發(fā)復(fù)合型絮凝劑即微生物-化學(xué)復(fù)合絮凝劑，則可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。

3.2在含磷廢水的處理方面

我們知道，隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，有機(jī)農(nóng)藥的排放日益嚴(yán)重，且在農(nóng)藥中所含的有害物質(zhì)很多，其中最為主要的是有機(jī)磷及其有機(jī)鹽，這就給水體污染帶來巨大壓力。因此處理污水中的磷，成為當(dāng)前重要的研究方向。含磷廢水處理方法工藝主要包括，高級氧化技術(shù)，超聲波技術(shù)，生物化學(xué)技術(shù)。常用于處理該廢水的方法主要包括鐵碳微電解法、臭氧氧化法、生物化學(xué)法、高級氧化法和光催化氧化法等方法。張海彥等提出，生物法對低濃度磷處理基本能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但對高濃度磷處理很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，且還存在二次污染的問題;而化學(xué)除磷法能可靠有效地去除磷，具有除磷效果較好、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。但我們知道，目前單獨(dú)的處理工藝處理效果不理想而且費(fèi)用高，仍較為局限，效果不理想。

第四章、微生物化學(xué)復(fù)合絮凝劑

4.1微生物化學(xué)復(fù)合絮凝劑研究背景

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快和經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，工業(yè)廢水、生活污水、畜業(yè)廢水產(chǎn)生以及排放量都在不斷地增加，所以，污水處理的問題也變得十分嚴(yán)峻，勢在必行。現(xiàn)階段，微生物絮凝劑對于污水處理的效果十分良好而且不容易產(chǎn)生污染，但在廣大廢水處理方式中，復(fù)合絮凝劑憑借優(yōu)勢脫穎而出，受到了很多企業(yè)的支持與關(guān)注。

雖然微生物絮凝劑在污水治理中表現(xiàn)出較理想的效果，但目前單獨(dú)的處理工藝處理效果不理想而且費(fèi)用高。因此，隨著絮凝劑的迅速發(fā)展，復(fù)合絮凝劑開始應(yīng)運(yùn)而生并逐漸成為目前的研究領(lǐng)域。復(fù)合絮凝劑，即將多種單組分絮凝劑通過化學(xué)反應(yīng)而形成的大分子量大共聚復(fù)合物。復(fù)合絮凝劑是將前幾種絮凝劑按一定的配比所形成的一種復(fù)合型絮凝劑，它在一定程度上克服了單一絮凝劑適用范圍窄等缺點(diǎn)，可以綜合多種絮凝劑的優(yōu)勢，有助于提高絮凝效果。

4.2微生物化學(xué)復(fù)合絮凝劑研究目標(biāo)

復(fù)合絮凝劑是將兩種或多種單組分絮凝劑通過某些化學(xué)反應(yīng)，形成大分子量的共聚復(fù)合物，這樣既克服了單一絮凝劑的不足，也充分發(fā)揮了多種絮凝劑的協(xié)同作用產(chǎn)生顯著的增效互補(bǔ)作用，實(shí)踐證明，復(fù)合絮凝劑表現(xiàn)出優(yōu)于單一絮凝劑的絮凝性能。

因此，此次通過期末作業(yè)的機(jī)會，展望了復(fù)合絮凝劑的研究發(fā)展方向，并提出了自己的研究設(shè)想。本設(shè)想為實(shí)驗(yàn)將探究微生物—化學(xué)絮凝劑對含磷廢水的處理為例，展望復(fù)合絮凝劑的研究發(fā)展方向。查閱文獻(xiàn)得知，實(shí)驗(yàn)中提到的Candidatus Accumulibacte（假絲酵母）是最新研究表明的主要除磷微生物。

基于前人研究基礎(chǔ)，有較多關(guān)于其他含磷廢水處理方法的研究，但將微生物與化學(xué)吸附相結(jié)合的方法，尚未出現(xiàn)。具體實(shí)驗(yàn)路線見圖1，懇請老師予以批評指正。

4.3實(shí)驗(yàn)思路設(shè)想

微生物-化學(xué)絮凝劑處理含磷廢水的研究

參考文獻(xiàn)

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