微生物絮凝劑的研究現狀及發展趨勢

韓宇軒

西北大學生命科學學院，陜西 西安 710069

微生物絮凝劑的研發是以生物技術為基礎，通過培養真菌和細菌等，使其發酵，隨后再對其進行提取與精制的一種方式。因為微生物絮凝劑具備生物高效性，可以讓高分子和無機高分子絮凝劑的缺陷得到彌補，能夠實現無污染排放的目標。當前，世界各國對絮凝劑的研究還處于深入之中，各國需要結合實際情況，進行深入探究。

1 微生物絮凝劑的概念解讀

微生物絮凝劑，具有天然生物高分子絮凝劑的屬性，微生物產生之后，便分泌到細胞之外，屬于絮凝活性的微生物代謝產物。微生物絮凝劑能夠讓液體中原本懸浮的固體顆粒以及菌體細胞等產生凝聚和沉淀，因其不會對水質等造成污染，所以被人們視為分解性與安全性高效、無毒，也不會導致二次污染的綠色水處理劑。不過，因為微生物絮凝劑需要較高的生產成本，且目前的發酵生產工藝還有很多待改善之處，加之絮凝劑的成分與絮凝效果欠缺一定的穩定性，因而會導致微生物絮凝劑發展受限。

2 微生物絮凝劑的研究現狀

2.1 絮凝機理分析

2.1.1 微觀絮凝

我們現在立足于微觀角度分析絮凝劑原理，其指的是當處于微觀世界中時，我們可將在水中懸浮的微小顆粒進行不斷放大。當污水經過人工處理之后，就會轉變成直徑介于10 ～30 微米之間的微型絮凝塊。這些帶電的負電粒子彼此排斥，所以幾乎一直處于運動狀態，不會停下。因為其體積小于一般物體，因此想要其在短時間內沉淀下來，是很難辦到的。對其進行處理的最佳方式即應用離子型絮凝劑，使其能夠轉變成更大的絮凝塊，加快沉淀或脫水的速度。

2.1.2 宏觀絮凝

水質中通常顆粒的直徑是大小不一的，針對超過1微米的顆粒，絮凝時的主要措施為水的慢速混合，可以適當應用機械攪拌器。攪拌產生的速度梯度會造成懸浮的顆粒在空中碰撞，由此被稱作是宏觀絮凝或是同向絮凝。但是，從宏觀方向來分析絮凝混合過程時，絮體的顆粒還會受到剪切力作用，由此造成部分絮體聚集體的瓦解和破損。經歷過一段時間的混合之后，就會逐漸形成尺寸和分布都很均勻的絮體，絮體顆粒的形成與破碎幾乎處于平衡狀態[1]。所以，工作人員也可以對水力條件進行控制，以此確保懸浮顆粒能夠形成較為穩定的絮體。

2.1.3 差異沉降

沉淀的過程當中，在非均相懸浮液（不同粒徑）中形成的不同沉降顆粒為了能夠促進絮凝，提供了額外的機理。針對粒徑范圍相對較大的懸浮顆粒而言，差異沉降也屬于較為關鍵的絮凝機理。差異沉降導致的絮凝對于直接過濾、溶氣氣浮與高速沉淀等都不會產生太大影響，這是由于沉淀距離與沉淀的時間都相對較短。

2.2 微生物絮凝劑應用現狀

2.2.1 工業廢水處理

工業廢水是我們常見的生活垃圾，工業廢水需要進行脫色處理、懸浮顆粒沉降和金屬離子去除等。印染工序造成的工業廢水色澤深、成分復雜且可生化性差的特點顯著，屬于工業廢水中最難處理的一種。張蔚萍等學者在研究中從土壤中挑選出放線菌F-1-2 菌株，將其應用于甲基橙印染廢水處理當中，從結果看還是比較可觀的。他們將該菌株進行了72 小時的培養，將其放置于碳源是蔗糖、氮源是硝酸鈉、轉速是每分鐘150 轉、溫度則始終維持在30 攝氏度的環境下，結果發現甲基橙的印染廢水脫色率達到了近70%。

工業廢水中的除油處理方式主要運用的是生物除油，通常而言，化學絮凝劑可以在一定程度上對微生物的降解進行遏制。微生物絮凝劑卻與此不同，其不僅有絮凝的作用，而且還兼具降解的性能，可以有效提高去油率。進行乳化液油水分離實驗的過程中，我們可以將Alcaligenes Latus 作為培養物，從很大程度上可以降低棕櫚酸分離于乳化液的難度，在細小均一的乳化液當中就可以形成肉眼可見的油滴，下層清液的化學需氧量去除率能夠達到近50%，相對無機絮凝劑與高分子絮凝劑，絮凝效果顯然更加明顯。根據當前日本的相關研究結果來看，微生物絮凝劑在畜牧產業廢水與瓦場廢水的處理過程中具備良好效果。瓦廠廢水主要指的是胚體廢水與釉藥廢水，在加入適量的NOC-1 微生物絮凝劑進行處理之后，廢水的濁度也會有明顯下降，清液的透明度得到提升，通過這種方式，無機超微粒子凈化效果也能夠得到提升[2]。

2.2.2 城市生活污水

曾蘇等學者為了對城市生活污水進行研究，從城市污水處理廠采取活性污泥，并且從這些污泥中選出高效絮凝活性的菌種，經過鑒定之后，判定為芽孢桿菌屬。其所產生的絮凝劑更多是分布在發酵上清液，若絮凝劑的添加量達到了5%，污水的pH 是7.0，助凝劑投加量是2%的時候，那么生活污水絮凝率將會遠遠超過80%。

2.2.3 活性污泥處理系統

活性污泥處理系統應用的過程中由于沉降性能較差，工作效率也會隨之降低。很多工業廢水運用活性污泥法處理的過程中，形成的活性污泥都處于極易膨脹的狀態，進而導致效率變低。如果活性污泥當中加入一定比例的微生物絮凝劑，污泥的容積指數就會快速降低，進而避免污泥的膨脹，快速恢復活性污泥的沉降能力[3]。張娜等學者運用醬油曲霉產生的絮凝劑對污泥進行調理，這樣污泥的脫水率能夠超過80%，濾餅的含水率也能夠降到70%左右，污泥退水之后的體積也可以減到原本的20%左右。

3 微生物絮凝劑的發展趨勢

3.1 進一步擴大應用范圍

3.1.1 供水處理

微生物絮凝劑的優勢顯著，可將其廣泛應用于其他領域。供水質量關系民生問題，更是涉及每個人的健康。現階段，無論是國內還是國外，大部分凈水廠所使用的絮凝劑中都富含鋁鹽與鐵鹽，且較為普遍，這些都屬于無機鹽類的絮凝劑。對此，可以采取靜止培養的方式，來制備微生物絮凝劑。這種方式不僅只需要簡單設備即可，而且還與工業領域的大量生產相符。部分學者在選擇了微生物絮凝劑之后，根據實驗結論，得出了最佳的實驗方案。例如，在處理25 升的自來水原水時，可對其進行4 個小時的實驗，可發現有25 項指標是符合現行飲用水標準的。不過因為微生物絮凝劑制備與處理需要高昂的成本，所以還有待日后的進一步優化。

3.1.2 膨脹污泥處理

工業廢水處理時運用活性污泥法的方式處理，其形成的活性污泥很容易膨脹，進而導致效率受到影響。如果能夠在其中添加微生物絮凝劑，效果往往會更加顯著。例如，進行甘草制藥廢水生化處理時，可以添加NOC-1，此時我們可以看到污泥膨脹情況明顯得到了緩解，活性污泥沉降性能也得以盡快恢復。

3.2 優化微生物絮凝劑制造技術

3.2.1 復合菌群的應用

相較于單一的菌群，復合菌群當中含有多種微生物，類型較為豐富，呈多樣化態勢，同時也為微生物的良性共生提供了穩定、和諧的生存環境，使得功能可以更加齊全和多樣。發揮復合菌群的作用，制備微生物絮凝劑，可以讓處理的效果更為顯著，便利性有所增強。所以，利用復合菌群制備微生物絮凝劑，能夠從很大程度上讓制備的成本控制在最低，絮凝效果得到提升，二次污染的可能性會有所降低。

3.2.2 廉價培養基的應用

現行的培養基方式，需要付出較大的成本，這一點對于微生物絮凝劑制備始終有所影響，因此，尋求相對廉價的培養基就成為微生物絮凝劑之輩的重要課題。具體來說，制備微生物絮凝劑基碳源進行選擇時，其不僅可以是蜜糖廢水、甘蔗渣，也可以是銑槽廢水或生物制氫廢液等。隨著碳源的渠道不斷增多，價格也相對較為低廉，同時也能夠對廢物進行充分利用。在對碳源進行利用的過程中，不但可以讓微生物絮凝劑的制備成本得到有效控制，且提升生物絮凝劑活性，而且也能夠防止環境被再次污染，起到一箭雙雕的作用[4]。但需要注意的是，如果我們采用直接的方式，將這些廢液作為微生物絮凝劑培養基的氮源，那對絮凝的效果就會產生較大影響。由于有機廢液中的成分構成相對復雜，所以部分無關的成分也會不可控地參與到微生物培養之中。所以，工作人員需要預先對有機廢液進行處理，將無用的成分剔除掉，并有效應用有機廢液當中的碳源，發揮被產絮菌的最大價值，讓培養的效果能夠事半功倍。

3.2.3 污泥的應用

進行水處理的過程中，可能會產生大量的剩余污泥，其中涵蓋多種微生物形成的菌膠圖案與其他的無機物或有機物等。菌膠團的核心為微生物，圍繞在其外圍的是天然有機高分子物質，物質進行聚合之后，就形成了聚合物EPS。EPS 所具備的功能與微生物絮凝劑有極大的相似之處，當條件相同時，絮凝的效果也會有所增強。因為水處理過程中，剩余污泥的產量相對較大，并且還要進行無害化的處理，所以，可以充分發揮污泥的價值，將其作為原材料，制備微生物絮凝劑，繼而讓成本能夠控制在最低，讓剩余污泥的處理可以有更加廣闊的渠道。

3.3 優化微生物絮凝劑儲存和應用技術

未來生物技術處于不斷的應用和發展之中，微生物絮凝劑制造技術相對以往，已經有了顯著的提升。工作人員對微生物絮凝劑產品提取的方式加以優化之后，可以對其儲備條件進行完善。微生物絮凝劑物質的主要成分為蛋白質與多糖，在對相關的物質進行提取時，所采用的方式與流程都是相對復雜的。筆者認為，我們可以以此為基礎，加大新提取技術的開發力度，讓微生物絮凝劑制作的經濟性可以得到提升。伴隨著智能化技術的應用領域與深度不斷加強，我們可以構建智能化形勢下的菌種資源庫，資源庫當中會含有多種形式的菌群，采用現有方式，不但能夠讓產品得到優化，也可以確保微生物絮凝劑更加豐富多樣。

4 結 語

微生物絮凝劑技術的探索與應用現在已經成為世界性問題，并且還在不斷地進行提升。根據現階段的情況，微生物絮凝劑的研究目前已經處于較為關鍵的時刻，研發人員不但需要有效掌握微生物絮凝劑相關的技術、特點和材料內容，還應該考慮其制造的成本或工藝技術等內容，以便對其后續的發展進行準確預估。考慮到微生物絮凝劑的生產制造成本問題，在未來可以采用復合型的微生物絮凝劑。對微生物絮凝劑的提取方法進行優化，并在此基礎上建立產品的評價體系，提高其產品試驗效率擴大生產規模，并以梯級利用的方式，提升微生物絮凝劑的底物轉化率。