微生物絮凝剂的研究现状与发展趋势

微生物絮凝剂的研究现状与发展趋势

前言：

絮凝是废水处理的一个重要方法 , 用于去除水中细小的悬浮物和胶体污染物质。絮凝剂是一种可使液体中不易沉降的固体悬浮颗粒凝聚沉降的物质。传统的絮凝剂主要有两类 , 一类是无机型的 , 如铁盐、铝盐等; 另一类是有机型的 , 如聚丙烯酰胺等。这两类絮凝剂的絮凝效果都比较好 , 尤其是聚丙烯酰胺类絮凝剂 , 由于其具有高絮凝性和低生产成本而得到广泛应用。80年代 , 日本这类絮凝剂的年产量已达 2400吨。但是 , 近年来人们发现 , 无机絮凝剂用量较大易产生二次污染 , 更为严重的是 , 经常饮用以铝盐为絮凝剂的水会引起老年性痴呆症。而聚丙烯酰胺类物质不易被降解 , 且单体有致突变性 , 现在在许多领域已被禁止或限量使用。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。微生物絮凝剂不但没有传统絮凝剂的上述缺点 , 而且还具有安全、高效、可生物降解、不污染环境等特点。因此其越来越受到人们的重视呈现出逐,步取代传统絮凝剂的趋势。微生物絮凝剂（MBF）是某些种类的微生物在特定培养条件下，其生长代谢至一定阶段产生的具有絮凝活性的代谢产物。其主要活性成分是具有两性多聚电解质特性的蛋白质，多糖、核酸类生物高分子化合物，具有可生化性，即能够自行降解。它们通过其电荷性质和高分子特性在液体

介质中起电荷中和、吸附、桥联、网捕等作用，使胶体脱稳、絮凝沉淀、固液分离。

它克服了常规的无机絮凝剂和有机絮凝剂对人体有害和易产生二次污染的缺点，被广泛地应用于各类废水的生物处理、清除污泥膨胀、食品及餐饮业废水中可利用成分的回收利用等。

1 微生物絮凝剂的种类和特点

1.1 微生物絮凝剂的种类

根据近些年对微生物絮凝剂的研究与报道,可把它分为4大类：1）从微生物细胞壁提取的絮凝剂，如酵母细胞壁葡聚糖、蛋白质和N—乙酰葡萄糖胺等成分均可作絮凝剂使用。

2）从微生物细胞代谢产生絮凝剂，这类絮凝剂主要是细菌的荚膜和粘液质,其主要成分为多糖及少量的多肽、蛋白质、脂类及其复合物等。

3）直接利用微生物细菌作为絮凝剂，如某些细菌、霉菌、放线菌和酵母等，它们大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中。

4）利用克隆技术所获得的絮凝剂。这类絮凝剂是用基因工程技术和现代分子生物学，把高效絮凝基因转移到便于发酵的菌中，构造高效遗传菌株，克隆絮凝基因能在多种降解中产出有效的微生物絮凝剂。从组成上看，微生物絮凝剂是属于生物分子系列结构的复杂物质，主要含多糖、糖蛋白、纤维素、DNA、蛋白质及脂肪等。

1.2 微生物絮凝剂特点

微生物絮凝剂与其他絮凝剂相比，具有许多独特的性质。（1）来源广、生产周期短；（2）高效，同等用量下，与常用的铁盐、铝盐、聚丙烯酰胺相比，微生物絮凝剂对活性污泥的絮凝速度最高，而且絮凝沉淀物容易过滤；（3）无毒，微生物絮凝剂为微生物菌体或菌体外分泌的生物高分子物质，属于天然有机高分子絮凝剂，安全无毒；（4）消除二次污染，微生物絮凝剂是微生物的分泌物，自然不会危害他自身，不会影响水处理效果，且絮凝后的残渣可被生物降解，对环境无害，不会造成二次污染；（5）应用范围广泛，脱色效果独特，微生物絮凝剂处理对象有活性污泥、粉煤灰、木炭、墨水、泥水、河底沉积物、高岭土、印染废水等，且对悬浊液絮凝速度快、用量少，对胶体、溶液均有较好的絮凝效果，对富含有机物的屠宰废水和血水也有较好的去色效果；（6）价格较低。无论从生产成本还是处理技术总费用，微生物絮凝剂的价格都低于化学絮凝剂的价格。

不足之处是，生物絮凝剂的效果容易受到有毒物质的干扰，因此，被处理的废液中必须无妨害菌体生长的因素。

2 微生物絮凝剂的絮凝机理

微生物絮凝剂实际上是带有电荷的生物大分子，对絮凝物质的絮凝机理，已有一些研究，目前认为其絮凝机理与高分子絮凝剂相似，主要有以下几种：

2.1 “架桥絮凝”机理

这一机理认为，絮凝剂借助离子键、氢键、同时结合了多个颗粒上的分子，在颗粒间起了

“中间桥梁”的作用，从而使悬浮物形成网状结构的絮凝物而沉淀下来。通常认为合成的高分子絮凝剂都是通过这种机理产生絮凝作用，微生物絮凝剂的絮凝机理与合成的高分子絮凝剂的作用机理是一致的。这种机理最为人们所认可。

2.2 “离子键、氢键的结合”学说

该学说认为：通过离子键、氢键的作用与悬浮物结合，由于絮凝剂的分子量较大，一个絮凝剂分子可同时与几个悬浮颗粒结合。在适宜条件下,迅速形成网状结构而沉积，从而表现出很强的絮凝能力。但是，离子键、氢键学说并不能很好地解释某些絮凝反应机理。2.3 “电性中和”机理

这一机理认为胶体粒子的表面一般带有负电荷，当带有一定正电荷的链状生物大分子絮凝剂或其水解产物靠近这种胶粒时，会中和胶体表面上的部分电荷，使静电斥力减少，从而使胶粒间发生磁力碰撞而凝聚，向溶液中加入金属离子或调节pH值可影响其絮凝效果。2.4 “化学反应”机理

这一机理认为生物大分子中某些活性基团与被絮凝物质相应基团反应，进而聚集成较大的分子而沉淀下来。通过对生物大分子进行改性处理，使其添加或丧失某些活性基团,絮凝活性发生变化而起作用。某些学者指出絮凝剂的活性主要是依赖于活性基团，即活性基团决定了絮凝剂的活性。

2.5 “卷扫作用”机理

这一机理认为，当微生物絮凝剂的投加量一定且形成小颗粒絮体时，可以在重力作用下，迅速网捕，卷扫水中一些胶粒，从而产生沉淀。这种作用可看成是一种机械作用，实践证明，所需絮凝剂的量与原水中杂质悬浮体含量成正比。

除上述5种机理外，还有粘质学说、酶合学说等絮凝机理，这些机理可解释部分絮凝现象。实际上，随微生物絮凝剂作用对象的不同，其作用机理也不完全相同。总之，絮凝过程是一个复杂的过程，为了更好地解释机理，需要对特定絮凝剂和胶体颗粒的组成、结构、电荷、构象及各种反应条件对它的影响进行更深入的研究。

3 影响产生微生物絮凝剂及其絮凝能力的因素

3.1 影响产生微生物絮凝剂的因素

为获得微生物絮凝剂，必须研究了解产生这种絮凝剂的各种因素，如培养基的组成、pH值、通气情况、温度等。实践证明,各种微生物絮凝剂产生的最佳条件是不一致的,在此仅阐述有共性的几种因素：

1）培养基的组成。培养基包括硫源、氮源、能源生长因子、无机盐和水等六大营养物质，各种微生物絮凝剂要求营养成分不同，因此，应灵活控制培养基组成，选择合适的最佳配方。

2）pH值。初始pH值可影响产生微生物絮凝剂的生长和絮凝物质的分泌，通常作为絮凝用的细菌和放线菌的适宜pH值在中性至弱碱性范围内，对于不同的微生物絮凝剂，其适宜生长pH值是不相同