淺談微生物絮凝劑(MBF)物質(zhì)組成和應(yīng)用

高孟臣 張馨予 曲東旭

絮凝劑是一類能使懸浮液中的細(xì)顆粒凝聚、沉降的物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于廢水處理、化工等領(lǐng)域。隨著工業(yè)的發(fā)展，污水量的增加，絮凝劑的需求量勢(shì)必還將增加。微生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生的有絮凝活性的次生代謝產(chǎn)物，由于微生物種類繁多，分布廣泛，易于從環(huán)境中篩選到絮凝劑產(chǎn)生菌。還可通過(guò)基因工程的手段，使絮凝劑產(chǎn)生菌同時(shí)獲得其他優(yōu)良性狀，如高效性，產(chǎn)生更多的微生物絮凝劑，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力增強(qiáng)等，對(duì)某種難降解污染物具有降解性等，以提高微生物絮凝劑的實(shí)用性。由于上述特點(diǎn)，以及微生物絮凝劑的安全無(wú)毒，而且高效性，因此近年來(lái)得到了各國(guó)研究者的廣泛關(guān)注并成為新型絮凝劑研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。

1 微生物絮凝劑的種類、特點(diǎn)

1.1 微生物絮凝劑的主要類型

MBF的主要成分有蛋白質(zhì)、多糖、脂質(zhì)和DNA等大分子物質(zhì)。迄今發(fā)現(xiàn)的絮凝劑多達(dá)25種以上，它們主要分布于放線菌、霉菌和酵母菌中。

MBF主要有3種類型:直接利用微生物細(xì)胞的絮凝劑，利用微生物細(xì)胞壁提取物的絮凝劑，利用細(xì)胞代謝產(chǎn)物的絮凝劑。

1.2 微生物絮凝劑的特點(diǎn)

1)高效性;2)無(wú)毒無(wú)害，安全性高;3)易被微生物降解，無(wú)二次污染;4)應(yīng)用范圍廣，脫色效果好;5)易于固液分離，形成的沉淀物少;6)有的MBF還具有不受pH條件影響，穩(wěn)定性強(qiáng)，用量少等特點(diǎn);7)產(chǎn)生絮凝劑的微生物絕大多數(shù)來(lái)自土壤中，資源極其豐富，獲得的方法也較簡(jiǎn)單，成本低廉。

2 影響微生物絮凝活性的因素

2.1 影響絮凝活性的內(nèi)因

1)絮凝劑分子量。絮凝劑分子量的大小對(duì)絮凝活性有很大影響。通常，絮凝劑分子量越大，其分子鏈越長(zhǎng)，所帶電荷和活性吸附位點(diǎn)越多，電荷中和能力就越強(qiáng)，架橋作用和卷掃作用越明顯，其絮凝活性就越高。2)絮凝劑分子構(gòu)型。絮凝劑分子在水中的伸展?fàn)顟B(tài)直接影響絮凝活性。一般認(rèn)為，絮凝劑分子呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則線團(tuán)時(shí)，分子的有效長(zhǎng)度變短，不利于吸附架橋;而分子充分伸展，呈現(xiàn)柔性線狀則有利于絮凝。3)絮凝劑中活性基團(tuán)的數(shù)量與類型。一些特殊基團(tuán)在絮凝劑中充當(dāng)顆粒物質(zhì)的吸附部位或維持一定的空間結(jié)構(gòu)，對(duì)絮凝活性有很大影響。大多數(shù)MBF的紅外光譜表明，在其結(jié)構(gòu)中存在著羧基、羥基、氨基和磷酸根。4)細(xì)胞表面疏水性。絮凝活性也與細(xì)胞表面疏水性有關(guān)，處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)后期的細(xì)胞，表面疏水性增強(qiáng)，其絮凝活性升高。處理污水可降低MBF的細(xì)胞表面疏水性，其絮凝性能會(huì)明顯下降。而聚合陽(yáng)離子卻可增強(qiáng)細(xì)胞表面疏水性，故能提高其細(xì)胞的絮凝活性。

2.2 影響絮凝活性的外因

1)絮凝劑的投加劑量。每一種絮凝劑都有一個(gè)最佳投加劑量，過(guò)多或過(guò)少絮凝效果均會(huì)下降。2)溫度。有些微生物絮凝劑易受溫度的影響，主要是因?yàn)楦邷乜墒鼓承┥锔叻肿?如蛋白質(zhì)絮凝劑)變性及空間結(jié)構(gòu)改變，某些活性基團(tuán)不再與懸浮顆粒結(jié)合，因而表現(xiàn)出絮凝活性下降。3)絮凝環(huán)境的pH值。微生物絮凝劑的絮凝能力與絮凝環(huán)境的pH值有關(guān)，主要是因?yàn)樗釅A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。不同的微生物絮凝劑對(duì)不同的被絮凝物具有不同的初始pH值要求，這種差異主要是由絮凝劑的化學(xué)成分決定的。4)金屬離子的種類和濃度。金屬離子的種類和濃度對(duì)微生物絮凝劑的影響很大。一定濃度的金屬離子可以使微生物絮凝劑分子與懸浮顆粒以離子鍵結(jié)合，從而促進(jìn)絮凝，因此對(duì)于提高微生物絮凝劑的絮凝活性有重要意義。5)通氣量。通氣量對(duì)絮凝活性有一定影響。MBF產(chǎn)生菌的培養(yǎng)是好氧過(guò)程，當(dāng)其他條件確定時(shí)，氧氣的供應(yīng)速度明顯影響絮凝率，加大通氣量可提高絮凝活性。6)膠粒表面電荷和表面結(jié)構(gòu)。膠粒表面電荷亦影響絮凝活性，同一絮凝劑對(duì)不同膠粒會(huì)表現(xiàn)出不同的絮凝活性。MBF所帶電荷多數(shù)為負(fù)電荷，在處理陽(yáng)離子型廢水時(shí)，加入的生物高聚物吸附在帶電膠粒上，將中和膠粒的表面電荷，這就降低了膠粒的Zeta電位而使其聚沉，提高了絮凝活性。

3 微生物絮凝劑的應(yīng)用

3.1 微生物絮凝劑在污水處理中的應(yīng)用

1)城市生活污水的處理。用從城市生活污水中分離出的具有絮凝、降解作用的高效混合菌群對(duì)生活污水進(jìn)行處理，可使污水的COD和BOD去除率達(dá)到100%。用絮凝劑TH6處理生活污水，其COD和SS去除率分別為68%和90%。2)建材和焦化廢水的處理。在含有大量固體懸浮顆粒的廢水中，加入某種微生物絮凝劑的發(fā)酵液，可使廢水中形成大量絮凝體以沉淀去除。如在焦化廢水懸濁液中加入Alcaligenues latus培養(yǎng)液，沉降后上清液的固體懸浮顆粒去除率達(dá)78%。用紅平紅球菌產(chǎn)生的絮凝劑處理瓦廠廢水，處理后的上清液幾乎是透明的。3)染料廢水的脫色。目前的廢水處理技術(shù)雖能降低BOD5，但是對(duì)可溶性色素溶液的脫色效果不佳，使用微生物絮凝劑處理可以達(dá)到理想的效果。如用P.al-caligenes 8724菌株產(chǎn)生的絮凝劑對(duì)造紙黑液和氯霉素生產(chǎn)廢水等顏色較深的廢水進(jìn)行脫色處理，其脫色率可分別達(dá)到95%和98%。用NTX絮凝劑對(duì)質(zhì)量濃度為100 mg/L的蒽醌染料廢水進(jìn)行脫色，其脫色率可達(dá)93%。4)畜產(chǎn)廢水的處理。畜產(chǎn)廢水的BOD5很高，是一類難處理的有機(jī)廢水。采用微生物絮凝劑可以有效地降低其TOC含量和TN含量。如在畜產(chǎn)廢水中加入微生物絮凝劑NOC-1，處理10 min后，其TOC和TN去除率分別為70%和40%，濁度去除率達(dá)94.5%，處理后的水基本上是無(wú)色澄清的。5)食品工業(yè)廢水的處理。微生物絮凝劑用于食品廢水的處理，可達(dá)到滿意的效果。如用微生物絮凝劑普魯蘭來(lái)處理味精生產(chǎn)廢水，其COD和SS去除率可達(dá)到40%左右，其濁度去除率可達(dá)99%。用絮凝劑A-9處理淀粉廠的黃漿廢水，其處理效果也明顯優(yōu)于目前使用的化學(xué)絮凝劑，且可回收其蛋白質(zhì)成分作飼料。6)塑料工業(yè)廢水的處理。在塑料工業(yè)廢水中酞酸酯含量較高，較難處理，Rhodoccocusn erythropolis能在以酞酸酯為碳源的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，并合成一種酶。該酶將具有不同支鏈的鄰苯二甲酸酯分解成鄰苯二甲酸和乙醇，而且同時(shí)產(chǎn)生絮凝劑，達(dá)到雙重處理效果。7)電鍍廢水的處理。電鍍廢水中的鉻和氰對(duì)人體危害很大，是廢水處理的重點(diǎn)治理成分。田小光以硫酸鹽還原菌培養(yǎng)液為凈化劑，可使水中的Cr6+質(zhì)量濃度由44.11 mg/L下降為 5.37 μ g/L 。

3.2 絮凝劑在其他方面的應(yīng)用

1)給水和飲用水。水源水中往往含有顆粒物、少量有毒有機(jī)物及水中滋生的病原菌等。微生物絮凝劑在給水中去除濁度、病原菌等方面的效率高于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)及有機(jī)絮凝劑，而且用量少，應(yīng)用范圍廣，沉淀物過(guò)濾性好，飲用后對(duì)人體無(wú)毒副作用。2)乳化液的油水分離。向一些乳化液中加入特定的絮凝劑，在一定程度上可使油水分離。如用Alcaligenus latus培養(yǎng)物可以將棕櫚酸從乳化液中分離出來(lái)，下層清液的COD從450 mg/L下降為235 mg/L，去除率為48%，遠(yuǎn)高于有機(jī)和無(wú)機(jī)高分子絮凝劑。3)活性污泥沉降性能的改善?；钚晕勰嗵幚硐到y(tǒng)的效率常因污泥的沉降性能變差而降低，微生物絮凝劑能有效地提高整個(gè)處理系統(tǒng)的效率。如將由紅平紅球菌制得的微生物絮凝劑NOC-1加入到已膨脹的活性污泥中，可以使污泥容積指數(shù)從290下降到50，并且在污泥沉降性能得到恢復(fù)的同時(shí)不會(huì)降低有機(jī)物的去除效率。

4 開(kāi)發(fā)前景及建議

微生物絮凝劑以其無(wú)二次污染、可降解等特點(diǎn)展示了廣闊的應(yīng)用前景。但要實(shí)現(xiàn)微生物絮凝劑的大規(guī)模推廣，關(guān)鍵是要提高生產(chǎn)效率、降低成本、拓寬適用范圍和使用效率。

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