微生物絮凝剂在水处理上的应用分析

微生物絮凝剂在水处理上的应用分析

摘要微生物絮凝剂因其高效性、无毒性而成为近年来国内外研究开发的热点课题,但对于它在净化废水过程中的实验条件探索,尚未详细研究。本文对微生物絮凝剂在工业实际应用上的效果进行了纤细的分析和解说,并对微生物絮凝剂的发现、絮凝机理、活性的因素及可分解的物质进行了详细的研究和讨论

关键词微生物;絮凝剂;污水处理;应用分析

中图分类号TU991.2 文献标识码A 文章编号

1674-6708(2010)24-0148-02

0 引言

目前,水处理方法很多,如吸附法、好氧法、厌氧法、混凝沉淀法、化学氧化法等等。其中混凝沉淀法以其见效快、构造简单、应用范围广而受到中外学术界和环保行业的高度重视,而混凝沉淀法应用过程中尤以混凝剂的选择为其处理效果好坏的决定因素。微生物絮凝剂(MBF)因其高效性、无毒性而成为近年来国内外研究开发的热点课题,但对于它在净化废水过程中的实验条件探索,尤其是在工业废水处理中的实践应用,很少有人问津。

1 微生物絮凝剂概述

1.1 微生物絮凝剂的发现

70年代,日本学者在研究酞酸酯生物降解的过程中发现了具有絮凝作用的微生物培养液,以后的研究表明生物絮凝剂对水中胶体和悬浮颗粒物具有絮凝作用。随后对培养基、菌种、生产条件等进行了大量研究,开发出在废水处理中有广泛用途且无二次污染,代号为NOC-1的生物絮凝剂。

1.2 微生物絮凝剂的主要种类

1.2.1 生物细胞的絮凝剂

生物细胞的絮凝剂,如某些细菌、霉菌、放线菌和酵母,他们大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中。

1.2.2 利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂

微生物细胞壁提取物的絮凝剂,如酵母细胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质和N―乙酰葡萄糖胺等成分均可用作絮凝剂。

1.2.3 利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂

微生物细胞分泌到细胞外的代谢产物主要是细菌的荚

膜和粘液质,除水分外,其主要成分为多糖及少量的多肽、蛋白南、脂类及其复合物。其中多糖在某种程度上可用作絮凝剂。

至今发现的具有絮凝性的微生物已经超过17种,包括霉菌、细菌、放线菌和酵母茵。一般来说,这些微生物产生的絮凝物质的分子质量多在1×105以上,如假单胞菌属

(Pseudomonas sp.)C-120产生的絮凝物质的分子质量大于2×106的天然双链DNA.

2 微生物絮凝剂的絮凝机理

絮凝剂加入水中后,主要通过双电层压缩、电荷的中和作用、吸附架桥作用和网捕作风使颗粒间排斥能降低,最终发生凝聚和絮凝。微生物絮凝剂是带有电荷的生物大分子,其絮凝剂机理主要有下列几种:

1)桥联作用机理

在絮凝剂生物大分子浓度较低时,吸附在某个微粒表面上的生物分子长链可能同时吸附在另一个微粒的表面上,通过架桥方式将两个或更多的微粒联一起从而导致絮凝。

2)电荷中和机理

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胶粒表面或被吸附到胶粒表面上时,将会中和胶粒表面上的一部分负电荷,减少静电斥力,从而使胶粒间能发生碰撞而凝聚。

3)卷扫作用

当微生物絮凝剂投量一定且形成小粒絮体时,可以在重力作用下迅速网捕,卷扫水中胶粒,而产生沉淀分离,称为卷扫或网捕作用。这种作用基本上是一种机械作用,所需絮凝剂量与原水杂质含量成反比。原水胶体杂质含量少时,所需絮凝剂量大,反之亦然。

3 影响微生物絮凝剂絮凝活性的主要因素

3.1 絮凝剂分子的性质

絮凝剂的分子性质中分子结构,分子形状,分子质量和发子所带的基团对絮凝剂的活性都有影响。如果分子是交联的或支联的结构,其絮凝效果就不好。分子质量对活性的影响,一般来说,分子质量越高,絮凝活性就越好。如用蛋白酶处理产生的絮凝剂,使其分子质量下降,就能导致该絮凝剂活性的下降。而絮凝剂分子所带的一些特殊基团能在絮凝过程中充当颗粒物质的吸附部位或维持一定的空间构相,对絮凝剂的活性也有很大影响。

3.2 胶体颗粒的性质

胶体颗粒的影响主要是由于胶体粒子的表面结构与所带电荷性质影响絮凝效果,研究表明:絮凝过程是胶体颗粒与絮凝剂大分子相互靠近、吸附形成网状结构的过程,因而大分子与胶体颗粒的表面电荷对絮凝效果有直接影响。而不同的絮凝剂对不同的胶体颗粒表现出不同的絮凝效果,也从侧面证明胶体颗粒的表面结构对絮凝剂活性的影响。

3.3 反应体系

絮凝反应过程中,絮凝剂的浓度,处理水中的钙、镁等离子的浓度,反应体系的pH值和温度等对絮凝剂的活性也有很大影响。随着絮凝剂的加入,开始时,絮凝活性逐渐增强,当絮凝剂浓度值达到一定范围时,处理水的PH值不仅影响絮凝剂

的表面电荷性质、形态结构,还影响到水体中悬浮物质的电荷性质,从而影响到它们的靠近和吸附行为。在酸性条件下,絮凝作用很弱,当PH超过7时,絮凝活性迅速提高,并维持在较高水平。絮凝活性达到最佳,当浓度继续增加时,絮凝活性急剧下降,造成水的浓度增大,胶体的颗粒的布朗运动减弱,碰撞机会减少,不利于胶粒脱稳凝聚,絮凝恶化。由此,可以确定絮凝剂的加入量有一个最佳值,过多或过少,絮凝效果均下降。图l粗略表示此过程。

体系中的Ca2+,Mg2+等离子能够改变胶体的C电位(胶体滑动层电位),降低其表面电荷,促进大分子与胶体颗粒的吸附与架桥。以Ca2+为例,随着Ca2+浓度增加迅速上升到最大,且浓度即使再增加絮凝也没有受到抑制,絮凝活性仍保持稳定。该过程可以图2表示。

4 微生物絮凝剂在污水处理中的应用

4.1 微生物絮凝剂处理淀粉废水

淀粉厂是食品行业的典型企业,解决淀粉废水的处理问题具有重要意义。淀粉厂在进行淀粉麸质分离后,产生了麸质水(俗称黄浆水),该水中含有细小的悬浮麸质颗粒以及溶解性蛋白,从废水中回收这些物质可作为高蛋白饲料,具有较高的经济价值。目前,淀粉厂普遍采用浓缩池沉淀分离水中的悬浮物,时间长,效率不高,更重要的是排放水中仍含有一部分蛋白质,既浪费资源,又增加外排水中的COD。采用絮凝法处理黄