微生物絮凝剂的应用及研究进展

微生物絮凝剂的应用及研究进展

刘敏，张兴

作者简介：刘敏(1986-),女，在读研究生，主要研究方向：微生物絮凝剂

通信联系人：张兴(1964-)，男，教授，重要从事环境生物技术的研究. E-mail: kuangdazhang@

（中国矿业大学化工学院，江苏 徐州 221008）

摘要：微生物絮凝剂(MBF)是利用生物技术，从微生物或其分泌物中提取、纯化而获得的一种安全、高效，且能自然降解的新型水处理剂，微生物絮凝剂种类直接利用微生物细胞的絮凝剂、利用微生物细胞提取物的絮凝剂、利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂。微生物絮凝剂可广泛应用于废水处理、饮料工业、生物制药、重金属废水处理及贵重金属回收与选择性絮凝选矿等方面。

关键词：微生物絮凝剂；絮凝；水处理；应用；进展

Development and Application of Microbial Flocculant

Liu Min, Zhang Xing

(Department of Chenistry,CUMT, JiangSu XuZhou 221008)

Abstract: Microbial Flocculant (MBF) is to use biotechnology, is taken from microorganisms or their secretions extract, purification, then get a safe, efficient, and natural degradation of water dispose reagent and oakum of the main coagulant directly from the cells flocculant, using microorganisms's cell extract flocculant, using flocculant bring by microorganisms cell metabolism. Microbial flocculant widely applied in waste treatment and beverage industry, the biological waste treatment and pharmaceutical, the heavy metal waster water treatment , metal reclaim noble metal and selectivity flocculant mill run.

Keywords:MBF;flocculate;water treatment;application;development

0 引言

微生物的絮凝作用首先是由路易斯·帕斯特于1876年在酵母菌中观察到的，两年后类似现象亦在细菌中发现。1976年J. Nakamura 等从霉菌、细菌、放线菌和酵母菌等214种菌株中筛选出19种具有絮凝能力的微生物，其中以酱油曲霉(Asperillussojae)AJ7002产生的絮凝剂效果最好。1985年H. Takagi 等研究了拟青霉属(Paecilomyces sp ．I-1)微生物产生的絮凝剂，精制获得PF-101絮凝剂。1986年R. Kurane 等从能降解酞酸酯的微生物中筛选出日本旱田土壤中常见的红平红球菌(Rhodococcuserythropolis)，并利用该菌研制开发了絮凝剂NOC-1。该絮凝剂对大肠杆菌、酵母、泥浆水、河水、粉煤灰水、活性碳水、膨胀污泥、纸浆废水均有良好的絮凝和脱色效果[1~4]。

生物絮凝剂能絮凝处理的对象广泛，包括粉煤灰、活性污泥、木炭、墨水、泥水、饮用水、河低沉积物、高岭土、印染废水、果汁、细菌、酵母菌以及各种生产废水等。如现已研制成的生物絮凝NOC —1是以红平红球菌为主体，在Ca 2+存在下，对大肠杆菌、酵母、泥浆水、河底泥水、河底沉积物、粉煤灰、活性炭粉水、畜产废水、膨胀污泥、瓦长废水、纸浆废水、染料废水有极好的絮凝和脱色效果，该产品已商业化。生物絮凝对悬浊液絮凝速度快、用量少、效果好，对胶体、溶液均有较好的絮凝效果，对富含有机质的屠宰水等也有较好的絮凝、去色效果，而其它絮凝剂由于各自的特点在某些应用领域的应用受到限制。不足之处是，生物絮凝的效果容易受到有毒物质的干扰，菌体生长受影响较多，因此，被处理废

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液中必须无妨碍菌体生长的因素。 1 絮凝剂种类

絮凝剂的分类方法很多，按其组成不同，一般可将其分为无机絮凝剂、有机絮凝剂及生物絮凝剂；按分子量高低、官能团的特性及官能团离解后所带电荷的性质，可将其进一步分为高分子、低分子、阳离子型、阴离子型、非离子型絮凝剂。

1.1 无机絮凝剂

无机低分子絮凝剂主要包括：硫酸铝、硫酸亚铁和三氯化铁等。见表1：

表1 常用无机絮凝剂

Tab. 1 the common inorganic flocculant

名称 化学式

硫酸铝 Al 2(SO 4)3·18H 2O

明矾 KAl(SO 4)2·12H 2O 或NH 4Al(SO 4)2·12H 2O

聚合氯化铝 [Al 2(OH)n Cl 6－n ]m

聚合硫酸铝 [Al 2(OH)n (SO 4)3－n/2 ]m

三氯化铁 FeCl 3·6H 2O

硫酸亚铁 FeSO 4·7H 2O

聚合氯化铁 [Fe 2(OH)n Cl 6－n ]m

水解硅酸 Si(OH)4等

1.2 有机絮凝剂

有机絮凝剂包括人工合成有机高分子絮凝剂及天然改性有机高分子絮凝剂。 合成高分子絮凝剂：聚丙烯酰胺（PAM)及其衍生物

天然高分子改性絮凝剂：淀粉、纤维素、含胶植物、多糖类和蛋白质等类别的衍生物

1.3 微生物絮凝剂

微生物絮凝剂(MBF)是利用生物技术，从微生物或其分泌物中提取、纯化而获得的一种安全、高效，且能自然降解的新型水处理剂，包括糖蛋白、多糖、纤维素、蛋白质和DNA 等。微生物絮凝剂种类包括三种类型：直接利用微生物细胞的絮凝剂、利用微生物细胞提取物的絮凝剂、利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂。有文献报道包括通过克隆技术所获得的絮凝剂第四种类型。

与无机或有机絮凝相比，微生物絮凝具有许多独特的性质。微生物絮凝剂具有产生菌易得、高效、可生物降解、无毒、无二次污染、用途广泛，脱色效果独特等特点。生物具有繁殖速度快、异变异等特点，且生物絮凝剂产生菌的来源广，土壤、活性污泥中含有大量产生菌，这样生物絮凝剂的生产不但周期短而且效率高。但是目前生物絮凝剂存在成本高的缺点。 2 絮凝作用机理[5~6]

2.1 压缩双电层机理

DLVO 理论指出：比较薄的双电层能够降低排斥能，如果排斥能降低到相当小时，颗粒就能被第二最小能量值的吸引力所吸引，产生疏松的絮凝体，这样的絮凝体容易扩散，而且只适合静止沉降分离。双电层的压缩不能大量减少胶体颗粒表面的电荷，而电荷只是从胶体颗粒表面扩散开来。这样的机理仅是借静电现象来说明电解质对胶粒脱稳的作用。