微生物絮凝剂的现状

[摘 要]介绍了微生物絮凝剂的国内外研究概况与其类型及化学成分,阐述了微生物絮凝剂的絮凝机理及影响因素,总结了微生物絮凝剂的应用范围,指出了复合型生物絮凝剂和微生物絮凝剂的高效复配是今后研究中的两个重要方向.

[关 键 词]微生物絮凝剂　絮凝机　理影响因素　展望

微生物絮凝剂(MicrobialFlocculants,MBF)是微生物在生长繁殖过程中产生的具有絮凝作用的一类次生代谢产物,能够使水体中的悬浮颗粒、菌体细胞及胶体粒子发生絮凝沉淀.目前广泛应用的传统絮凝剂的安全性正在受到质疑,因此微生物絮凝剂因其高效、无毒、可生物降解、无二次污染等优点日益受到重视.

中国对微生物絮凝剂的研究起步较晚,虽然已经筛选出一些优良的微生物产生菌菌种,如邓述波的硅酸盐芽孢杆菌新变种,李智良等的P.alcaligenes8724菌株,王镇、王孔星等的MF3、MF6、MF8、HF24絮凝剂等.但研究中存在菌株筛选困难、培养成本高、絮凝过程机理不清等问题,一直集中在实验室小试阶段,尚未实现大规模工业应用.

1　微生物絮凝剂的类型与化学成分

微生物絮凝剂按活性成分来源分为三大类,一种是直接利用微生物细胞作为絮凝剂；第二种是利用微生物细胞壁提取物作为絮凝剂；第三种是利用微生物细胞代谢产物作为絮凝剂.微生物絮凝剂的化学成分主要包括蛋白质、多糖、脂类和DNA类等大分子物质,目前已经报道的大多数微生物絮凝剂的主要成分都是多糖类.

2　微生物絮凝剂的絮凝机理

由于微生物絮凝剂的产生菌多种多样,不同种类的微生物制备的絮凝剂的成分和絮凝性质相差很大,再加上所处理的废水水质千差万别,导致絮凝机理的分析十分困难,目前尚处于探讨阶段,只是对絮凝机理提出了一些检测说或通过传统的絮凝理论来进行解释.

2.1　传统絮凝机理

传统的絮凝机理主要有架桥作用、中和作用、卷扫作用和化学反应作用.

架桥作用是目前最为普遍接受的学说,该学说认为微生物絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力的作用对胶体颗粒产生吸附,在颗粒间起到“架桥”作用,最后形成一种三维网状结构沉淀下来.

中和作用认为由于胶体颗粒的表面一般带有负电荷,微生物絮凝剂大分子或其水解产物一般带有正电荷,当它们彼此靠近时,将会发生电性中和,使胶体颗粒间的静电斥力减少,从而发生磁力碰撞而凝聚.

卷扫作用基本是一种机械作用,认为微生物絮凝剂在重力作用下发生沉降室可以迅速网捕,卷扫水中的胶体颗粒从而产生沉淀.

化学反应作用认为微生物絮凝剂大分子中的某些活性基团与胶体颗粒上的相应基团发生化学反应,使之聚集成较大分子而沉淀下来.

2.2　其他机理检测说

除了上述机理外,国内外学者还先后提出过很多学说来解释微生物絮凝剂的絮凝机理,如Butterfield的黏质检测说、Grabtree的PHB酯合学说、Friedman的菌体外纤维素纤丝学说、Miki针对酵母菌提出的“类外源絮凝聚素”检测说以及Strantford提出的病毒检测说等,但这些学说往往只能解释部分絮凝现象,适用范围较窄.

3　微生物絮凝剂的影响因素

在微生物絮凝剂的产生过程中,除了微生物种类造成的遗传因素影响外,培养基的组成成分、初始pH值、培养时间、培养温度、供氧量、接种量等因素都会对絮凝剂的产生和产生量造成影响.

在微生物絮凝剂处理废水的过程中,影响其絮凝活性的因素主要分为内因和外因两大类.其中内因包括分子量大小、分子结构与形状、活性基团的类型与数量以及细胞表面疏水性等.而外因包括絮凝剂投加量、pH值、温度、絮凝体系中离子种类及离子强度、胶粒表面电荷和表面结构等.

4　微生物絮凝剂的应用

4.1　悬浮物的去除

微生物絮凝剂因其高效、无毒、无二次污染等优点,成为给水、排水、城市污水及含有高悬浮物废水等处理剂的首选絮凝剂.黄晓武等研究了几种用于高浊度建材废水处理的生物絮凝剂,浊度去除率均达92％以上.Levy等从活性污泥及土壤中筛选出一株对高岭土悬浊液具有良好絮凝效果的菌株黑曲霉.

4.2　有机物的去除

微生物絮凝剂在絮凝过程中,除了能够使悬浮物凝聚外,对有机物也有一定的去除作用.王琴等研制的复合型生物絮凝剂与化学絮凝剂进行复配使用,对松花江水的COD去除率达到91.2％.

4.3　印染废水的脱色

Shih等的6株菌株(命名为NAT－1至NAT－6)所产生的絮凝剂对7种染料生产废水的脱色性能良好.张志强等利用啤酒废水制备的MBF絮凝速度非常快,对靛蓝印染废水具有脱色效果,脱色率最高时可达87.6％.

4.4　重金属离子的去除

周玉松等研究发现,化学生物联合絮凝工艺对重金属离子铬、锰和铜的去除效果优于单一的化学絮凝工艺,同时可使出水铝含量大幅下降.高万超等利用BBD法对生物絮凝剂MBFAl捕集含铜模拟废水的进程进行了优化,在最佳捕集条件时铜的去除率达99.68％.

4.5　其他方面的应用

腐殖酸在给水和排水领域是一种难处理的物质,XiaowenBo等用复合型生物絮凝剂与硫酸铝复配处理腐植酸和高岭土的混合溶液,在相同的投加量下,浊度去除率：AS―CBF>As>CBF―AS,即先加硫酸铝再加复合型生物絮凝剂的絮凝效果优于硫酸铝单独絮凝.

5　结论与展望

微生物絮凝剂与传统絮凝剂相比具有许多特性和优点,如来源广泛、对多种指标去除效果良好、无毒害、可生物降解、无二次污染等,将微生物生物絮凝剂作为新一代水处理剂进行研究开发具有重要的意义.

在未来的发展中,如何提高微生物絮凝剂的絮凝效率及降低生产成本是两个重要的限制因素.复合型生物絮凝剂利用来源广泛、低廉的生物质作为培养基,同时避免了单一菌种筛选困难等缺点,是降低微生物絮凝剂生产成本的重要发展方向.同时,如何将微生物絮凝剂与金属离子或其他絮凝剂进行高效复配使用,既减少传统絮凝剂的用量,又能够提高微生物絮凝剂的效果,是微生物絮凝剂的另一个重要的发展方向.