微生物絮凝劑在廢水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀研究

1、<p>　　微生物絮凝劑在廢水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀研究</p><p>　　摘要：微生物絮凝劑是一種天然高分子絮凝劑，因其無(wú)毒、可生物降解、無(wú)二次污染等獨(dú)特的性質(zhì)而被廣泛的應(yīng)用于污水處理、給水工藝以及食品和發(fā)酵工業(yè)等。本文綜述了產(chǎn)生絮凝劑的微生物種類、微生物絮凝劑的主要成分及性質(zhì)、微生物絮凝劑的絮凝機(jī)理、微生物絮凝劑的合成條件及微生物絮凝劑在水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀。 </p><p>　

2、　關(guān)鍵詞：微生物絮凝劑；水處理；應(yīng)用 </p><p>　　中圖分類號(hào)：X505 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p>　　文章編號(hào)：1005-913X（2013）02-0112-02 </p><p>　　絮凝沉降是廣泛應(yīng)用于給水、工業(yè)廢水、城市污水及污泥脫水等處理過(guò)程中的一種水處理方法。用于將水中的溶質(zhì)、膠體或懸浮物顆粒形成絮狀物沉淀的物質(zhì)為絮凝劑。絮凝劑可除去水中

3、的懸浮物、膠體粒子，降低COD，還可除去水中的細(xì)菌、病毒，并兼有除磷、脫色、除臭，減輕水體富營(yíng)養(yǎng)化。 </p><p>　　絮凝劑的種類包括：無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)合成高分子絮凝劑、天然生物高分子絮凝劑。[1]在這些絮凝劑中有機(jī)合成的高分子絮凝劑因其良好的絮凝效果和低廉的價(jià)格而被廣泛的應(yīng)用。但是人工合成的絮凝劑如聚丙烯酰胺的單體有神經(jīng)毒性和“三致”效應(yīng)（致畸、致癌、致突變），[2]鋁鹽具有毒性，會(huì)影響人類的健康，鐵鹽會(huì)

4、造成處理水中帶顏色，高濃度的鐵也會(huì)對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利。[3]微生物絮凝劑克服了無(wú)機(jī)絮凝劑和合成高分子絮凝劑的上述缺點(diǎn)，它不僅可以被生物降解，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害，能快速絮凝各種顆粒物質(zhì)，而且很容易從發(fā)酵的培養(yǎng)基中獲得。[4] </p><p>　　一、微生物絮凝劑的研究概況 </p><p>　?。ㄒ唬┪⑸镄跄齽┑难芯窟M(jìn)展 </p><p>　　關(guān)于微生物絮凝

5、劑的最早報(bào)道是Louis Paste [4]的酵母菌（Levure casseeuse）。1935年，Butterfield從活性污泥中分離出一株細(xì)菌，該菌的培養(yǎng)液具有一定的絮凝能力。1971年Knetting[5]從煤油中分離出一株棒狀桿菌。1975年Nakamura[6]對(duì)214株微生物進(jìn)行了分離篩選，最終得到19株產(chǎn)絮凝劑的微生物，包括細(xì)菌5株、放線菌5株、霉菌8株、酵母菌1株，其中以醬油曲霉（Aspergillus sojae）

6、產(chǎn)生的絮凝劑AJ7002效果最佳。20世紀(jì)80年代，日本的倉(cāng)根隆一郎從日本的旱土土壤中分離篩選到紅平紅球菌S-1 （Rhodococcus erythropolis sp.-1），并將菌株產(chǎn)生的微生物劑命名為NOC-1。1985年，Hironki Takagi等[7]對(duì)擬青霉菌I-1（Paecilomyces sp.I-1）產(chǎn)生的微生物絮凝劑PF101的特性研究表明，該絮凝劑對(duì)各種微生物細(xì)胞都有絮凝沉淀作用，并且可以除去溶液中幾乎所有的

7、懸浮顆粒，包括有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，如血紅細(xì)胞、炭粉、纖維素、硅藻土等。1986年，Ryuichiro Kura</p><p>　　我國(guó)對(duì)微生物絮凝劑的研究起步較晚。山東大學(xué)的王鎮(zhèn)從污泥中分離出四種高絮凝性菌株，并對(duì)其進(jìn)行了一定的條件實(shí)驗(yàn)。中科院成都生物研究所張本蘭從活性污泥中分離到P. alcaligenes 產(chǎn)生的絮凝劑，武漢城市建設(shè)學(xué)院康健雄、陶濤由黑酵母以淀粉水解或葡萄糖為原料發(fā)酵產(chǎn)生了普魯蘭絮凝劑。另外，臺(tái)

8、灣的鄧德豐從廢水處理廠分離到C-62細(xì)菌產(chǎn)生的微生物絮凝劑。目前，國(guó)內(nèi)微生物絮凝劑的研究主要停留在實(shí)驗(yàn)室階段，尚未大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。 </p><p>　?。ǘ┊a(chǎn)生絮凝劑的微生物類群 </p><p>　　能產(chǎn)生絮凝劑的微生物有細(xì)菌、放線菌、真菌以及藻類都可以產(chǎn)生絮凝劑等。它們大量存在于土壤、活性污泥中，從這些微生物中分離出的絮凝劑不僅可以處理廢水和改進(jìn)活性污泥的沉淀性能，還可以在微生

9、物發(fā)酵工業(yè)中進(jìn)行微生物細(xì)胞和產(chǎn)物的分離。下面列出幾種主要的產(chǎn)生絮凝劑的微生物：[8]協(xié)腹產(chǎn)堿桿菌、醬油曲霉、棕曲霉、寄生曲霉、嗜蟲(chóng)短桿菌、棕腐真菌、棒狀桿菌、白地霉、赤紅曲霉、椿象蟲(chóng)諾卡氏菌、石灰壤諾卡氏菌、紅色諾卡氏菌、銅綠假單胞菌、熒光假單胞菌、產(chǎn)堿假單胞菌、紅平紅球菌、施氏假單胞菌栗灑裂殖酵母、金黃色葡萄糖球菌及白腐真菌等。 </p><p>　?。ㄈ┪⑸镄跄齽┑闹饕煞旨捌湫再|(zhì) </p>

10、<p>　　由微生物產(chǎn)生的絮凝劑是一種生物高分子化合物，包括機(jī)能性蛋白質(zhì)或機(jī)能性多糖類物質(zhì)，Micknney發(fā)現(xiàn)了積累在細(xì)胞外的多糖類物質(zhì)和細(xì)菌絮凝作用之間的關(guān)系，隨后Buch、Pavoni也從廢水中發(fā)現(xiàn)了絮凝物質(zhì)，[9]這就決定了微生物絮凝劑具有生物可分解性的獨(dú)特性質(zhì)。一般說(shuō)來(lái)微生物絮凝劑的相對(duì)分子質(zhì)量多在1.0×105以上，如假單胞菌C-120 （Pseudomonas sp.C-120）產(chǎn)生的絮凝物質(zhì)是相對(duì)分

11、子質(zhì)量大于2×106的天然雙鏈DNA。微生物絮凝劑對(duì)多種細(xì)微顆粒以及可溶性色素物質(zhì)都具有良好的凝聚效果。微生物絮凝劑具有較高的熱穩(wěn)定性，將C-62菌株產(chǎn)生的絮凝劑煮沸10 min后，其活性仍然存在。[10] </p><p>　　（四）微生物絮凝劑的特點(diǎn) </p><p>　　與無(wú)機(jī)或有機(jī)高分子絮凝劑相比，微生物絮凝劑具有許多優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)。 </p><p>

12、;　　一是微生物具有比表面大、轉(zhuǎn)化能力強(qiáng)、繁殖速度快、易變異、分布廣等特點(diǎn)。 </p><p>　　二是高效。同等用量下，與現(xiàn)在常用的鐵鹽、鋁鹽、聚丙烯酰胺相比，微生物絮凝劑對(duì)活性污泥的絮凝速度最高，而且絮凝沉淀物容易過(guò)濾。 </p><p>　　三是無(wú)毒。微生物絮凝劑為微生物菌體或菌體外分泌的生物高分子物質(zhì)，屬天然生物高分子絮凝劑，它安全無(wú)毒。 </p><p>

13、　　四是可消除二次污染。微生物絮凝劑是微生物的分泌物，絮凝后的殘?jiān)杀簧锝到?，不?huì)影響水處理效果，對(duì)環(huán)境無(wú)害，不會(huì)造成二次污染。 </p><p>　　五是應(yīng)用范圍廣泛，脫色效果獨(dú)特。微生物絮凝劑能處理的對(duì)象有活性污泥、粉煤灰、木炭、墨水、泥水、河底沉積物、高嶺土、印染廢水等。而且，微生物絮凝劑對(duì)懸濁液絮凝速度快、用量少，對(duì)膠體、溶液均有較好的絮凝效果，對(duì)富含有機(jī)物的屠宰廢水和血水也有較好的去色效果。 　　三

14、、影響絮凝活性的因素 </p><p><b>　?。ㄒ唬﹑H值 </b></p><p>　　環(huán)境的pH 值直接影響微生物絮凝劑表面的Zeta電位。由于酸堿度的變化影響微生物絮凝劑及懸浮顆粒表面電荷的性質(zhì)、數(shù)量和中和電荷的能力，從而影響它們之間的靠近和吸附行為。有些微生物絮凝劑的適用pH值范圍窄，如JIM-127[11]在pH值為3.5左右時(shí)絮凝活性較高；而有些微生

15、物絮凝劑具有廣泛的pH值適應(yīng)性，BD-4在pH值為5～11時(shí)絮凝率均可達(dá)80%以上。 </p><p><b>　?。ǘ囟?</b></p><p>　　高溫可使某些生物高分子物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致變性，使某些活性基團(tuán)不再與懸浮顆粒結(jié)合，因而表現(xiàn)出絮凝活性的下降。也有的絮凝劑對(duì)溫度不敏感，如Paecilmyces sp. I-1產(chǎn)生的絮凝劑，其絮凝活性不隨溫度變化

16、，這是由于該絮凝劑主要是由多聚糖構(gòu)成，其表現(xiàn)絮凝活性的主要部分在高溫處理后結(jié)構(gòu)不改變，仍能與膠體顆粒結(jié)合，活性不隨溫度改變。 </p><p><b>　?。ㄈ┙饘匐x子 </b></p><p>　　一定濃度的金屬離子可以加強(qiáng)絮凝劑分子與懸浮顆粒以離子鍵結(jié)合而促進(jìn)絮凝，即加強(qiáng)其架橋作用和中和作用。大多數(shù)陽(yáng)離子如Ca2+、Mn2+、Mg2+、Al3+、Fe2+、Na+

17、等作為助凝劑能提高絮凝活性。但加入的金屬離子濃度不宜太高，大量的離子會(huì)占據(jù)絮凝劑分子的活性位置，把絮凝劑分子與懸浮顆粒隔開(kāi)而抑制絮凝。此外，各種金屬離子對(duì)于絮凝機(jī)理不同的微生物絮凝劑的影響并不一致，比如BD-4以Al3+、Fe3+為助凝劑的促進(jìn)作用較好。此外，微生物絮凝劑的絮凝性能還與絮凝體系中絮凝劑和被處理物的濃度、膠體粒子的表面結(jié)構(gòu)、細(xì)胞表面的疏水性、絮凝劑的用量、分離方法和工藝設(shè)計(jì)等有關(guān)。 </p><p>

18、;　　四、微生物絮凝劑的應(yīng)用現(xiàn)狀 </p><p>　　（一）畜產(chǎn)、屠宰廢水的處理 </p><p>　　畜產(chǎn)廢水是BOD較高的難處理的一類有機(jī)廢水，含有較高的TOC和TN。有研究表明，豬糞尿廢水采用微生物絮凝劑NOC-1處理10 min后，廢水的上清液變成幾乎透明的液體。廢水的TOC由處理前的1420 mg/L變成425 mg/L，TN從425mg/L降至215 mg/L，去除率分別達(dá)7

19、0%和40%，OD660由處理前的15.7變成0.86，濁度去除率達(dá)94.5%。 </p><p>　　（二）膨脹活性污泥的處理 </p><p>　　工業(yè)廢水在采用活性污泥法處理過(guò)程中，形成的活性污泥容易膨脹，從而影響處理效率，若添加微生物絮凝劑，會(huì)取得良好的效果。如甘草制藥廢水生化處理過(guò)程中形成的膨脹活性污泥。當(dāng)在其中添加NOC-1微生物絮凝劑，污泥的SVI很快從290降到50，消除了

20、污泥膨脹，恢復(fù)了污泥的沉降能力。 </p><p>　?。ㄈ┤玖蠌U水的脫色 </p><p>　　染料廢水難以生物降解，一般的化學(xué)絮凝劑處理效果又不佳，但用微生物絮凝劑處理可以達(dá)到理想的目標(biāo)。張本蘭等用協(xié)腹產(chǎn)堿桿菌（P.alcaligenes）菌株產(chǎn)生的絮凝劑在實(shí)驗(yàn)室對(duì)紙漿黑液和氯霉素等顏色較深的廢水進(jìn)行脫色處理，其脫色率分別可達(dá)95%和98%以上。宋文華用NXT絮凝劑在4 h內(nèi)，使10

21、0 mg/L蒽醌染料KNR脫色率達(dá)93%。 </p><p>　?。ㄋ模┙ú膹U水的處理 </p><p>　　含高懸浮物的建筑材料加工廢水也是較難處理的一類廢水。例如，瓦廠廢水主要有坯體廢水和釉藥廢水兩種。添加紅平紅球菌產(chǎn)生的NOC-1絮凝劑5 min，坯體廢水的OD660從1.40降為0.043，釉藥廢水的OD660從17.20降為0.35，處理后的上清液幾乎是透明的。 </p&g

22、t;<p>　　（五）其他方面的應(yīng)用 </p><p>　　由陶濤等人開(kāi)發(fā)的普魯蘭（短梗霉多糖）微生物絮凝劑對(duì)味精廢水具有較好的處理效果，濁度去除率可達(dá)99%左右，COD去除率可達(dá)30%～40%，SS去除率可達(dá)40%左右。鄧述波等利用一株硅酸鹽芽孢桿菌新變種產(chǎn)生的絮凝劑MBFA9處理生活污水，產(chǎn)生的絮團(tuán)大、沉降快、上清液濁度低，而且處理后COD值較低；MBFA9絮凝劑處理淀粉廢水，SS和CODCr去

23、除率分別為85.5%和68.5%。 </p><p><b>　　五、發(fā)展趨勢(shì) </b></p><p>　　目前，微生物絮凝劑的研究大多處于菌種的篩選階段，且成本較高，要從實(shí)驗(yàn)室研究階段轉(zhuǎn)化到大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，并在實(shí)際工程上應(yīng)用還須對(duì)微生物絮凝劑進(jìn)行深入的研究。今后的研究方向?yàn)椋汉Y選高產(chǎn)菌株、降低培養(yǎng)基成本、優(yōu)化培養(yǎng)條件；絮凝機(jī)理的深入研究，利用基因和生物工程技術(shù)提

24、高微生物絮凝劑的性能；復(fù)合絮凝劑的研究，將微生物絮凝劑與傳統(tǒng)的其他絮凝劑復(fù)合，研究復(fù)合后的絮凝作用機(jī)理和絮凝效果等；同時(shí)還要進(jìn)行微生物絮凝劑的應(yīng)用研究，對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)條件進(jìn)行優(yōu)化。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 馬青山，賈 瑟，孫利珉.絮凝化學(xué)和絮凝劑[M].北京： 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1990. </p>

25、<p>　　[2] 尹 華. 微生物絮凝劑的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 云南環(huán)境科學(xué)，2000，（8）：226-229. </p><p>　　[3] Kurane R， Takeda K， Suzuki T. Screening for and characteristics of microbial flocculants [J]. Agric biolchem， 1986， 50 （9）： 23

26、01-2307. </p><p>　　[4] Salehizadeh H， Shojaosadati S. A. Extracellular biopolymeric flocculants recent trends and biotechnogical importance [J]. Biotechnology advances，2001 （19）： 371-385. </p><p&g

27、t;　　[5] Zajic J E， Knetting E. Developments in industrial microbiology [M]. Washington D.C.： American institute of biological science，1971. </p><p>　　[6] Nakamura J， Miyashiro S， Hirose Y. Screening isolatio

28、n and some properties of microbial cell flocculants [J]. Agric biolchem， 1976，40 （2）：377-383. </p><p>　　[7] Takagi H， Kadowaki K. Flocculant production by peacilomyces sp. taxonomic studies and culture condi

29、tions for production [J]. Agric. biolchem.， 1985，49 （11）：3151-3157. </p><p>　　[8] 胡勇有，高 健.微生物絮凝劑的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)進(jìn)展，1999（4）： 24-29. </p><p>　　[9] 朱曉江.微生物絮凝劑的研究和應(yīng)用[J].中國(guó)給水排水，2001（6）：19-22. </p&