浅谈微生物絮凝剂(MBF)物质组成和应用

高孟臣 张馨予 曲东旭

絮凝剂是一类能使悬浮液中的细颗粒凝聚、沉降的物质，广泛应用于废水处理、化工等领域。随着工业的发展，污水量的增加，絮凝剂的需求量势必还将增加。微生物絮凝剂是一类由微生物产生的有絮凝活性的次生代谢产物，由于微生物种类繁多，分布广泛，易于从环境中筛选到絮凝剂产生菌。还可通过基因工程的手段，使絮凝剂产生菌同时获得其他优良性状，如高效性，产生更多的微生物絮凝剂，对环境的适应能力增强等，对某种难降解污染物具有降解性等，以提高微生物絮凝剂的实用性。由于上述特点，以及微生物絮凝剂的安全无毒，而且高效性，因此近年来得到了各国研究者的广泛关注并成为新型絮凝剂研究开发的热点。

1 微生物絮凝剂的种类、特点

1.1 微生物絮凝剂的主要类型

MBF的主要成分有蛋白质、多糖、脂质和DNA等大分子物质。迄今发现的絮凝剂多达25种以上，它们主要分布于放线菌、霉菌和酵母菌中。

MBF主要有3种类型:直接利用微生物细胞的絮凝剂，利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂，利用细胞代谢产物的絮凝剂。

1.2 微生物絮凝剂的特点

1)高效性;2)无毒无害，安全性高;3)易被微生物降解，无二次污染;4)应用范围广，脱色效果好;5)易于固液分离，形成的沉淀物少;6)有的MBF还具有不受pH条件影响，稳定性强，用量少等特点;7)产生絮凝剂的微生物绝大多数来自土壤中，资源极其丰富，获得的方法也较简单，成本低廉。

2 影响微生物絮凝活性的因素

2.1 影响絮凝活性的内因

1)絮凝剂分子量。絮凝剂分子量的大小对絮凝活性有很大影响。通常，絮凝剂分子量越大，其分子链越长，所带电荷和活性吸附位点越多，电荷中和能力就越强，架桥作用和卷扫作用越明显，其絮凝活性就越高。2)絮凝剂分子构型。絮凝剂分子在水中的伸展状态直接影响絮凝活性。一般认为，絮凝剂分子呈现无规则线团时，分子的有效长度变短，不利于吸附架桥;而分子充分伸展，呈现柔性线状则有利于絮凝。3)絮凝剂中活性基团的数量与类型。一些特殊基团在絮凝剂中充当颗粒物质的吸附部位或维持一定的空间结构，对絮凝活性有很大影响。大多数MBF的红外光谱表明，在其结构中存在着羧基、羟基、氨基和磷酸根。4)细胞表面疏水性。絮凝活性也与细胞表面疏水性有关，处于对数生长后期的细胞，表面疏水性增强，其絮凝活性升高。处理污水可降低MBF的细胞表面疏水性，其絮凝性能会明显下降。而聚合阳离子却可增强细胞表面疏水性，故能提高其细胞的絮凝活性。

2.2 影响絮凝活性的外因

1)絮凝剂的投加剂量。每一种絮凝剂都有一个最佳投加剂量，过多或过少絮凝效果均会下降。2)温度。有些微生物絮凝剂易受温度的影响，主要是因为高温可使某些生物高分子(如蛋白质絮凝剂)变性及空间结构改变，某些活性基团不再与悬浮颗粒结合，因而表现出絮凝活性下降。3)絮凝环境的pH值。微生物絮凝剂的絮凝能力与絮凝环境的pH值有关，主要是因为酸碱度的变化影响微生物絮凝剂及其被絮凝物表面电荷的性质、数量及中和电荷的能力。不同的微生物絮凝剂对不同的被絮凝物具有不同的初始pH值要求，这种差异主要是由絮凝剂的化学成分决定的。4)金属离子的种类和浓度。金属离子的种类和浓度对微生物絮凝剂的影响很大。一定浓度的金属离子可以使微生物絮凝剂分子与悬浮颗粒以离子键结合，从而促进絮凝，因此对于提高微生物絮凝剂的絮凝活性有重要意义。5)通气量。通气量对絮凝活性有一定影响。MBF产生菌的培养是好氧过程，当其他条件确定时，氧气的供应速度明显影响絮凝率，加大通气量可提高絮凝活性。6)胶粒表面电荷和表面结构。胶粒表面电荷亦影响絮凝活性，同一絮凝剂对不同胶粒会表现出不同的絮凝活性。MBF所带电荷多数为负电荷，在处理阳离子型废水时，加入的生物高聚物吸附在带电胶粒上，将中和胶粒的表面电荷，这就降低了胶粒的Zeta电位而使其聚沉，提高了絮凝活性。

3 微生物絮凝剂的应用

3.1 微生物絮凝剂在污水处理中的应用

1)城市生活污水的处理。用从城市生活污水中分离出的具有絮凝、降解作用的高效混合菌群对生活污水进行处理，可使污水的COD和BOD去除率达到100%。用絮凝剂TH6处理生活污水，其COD和SS去除率分别为68%和90%。2)建材和焦化废水的处理。在含有大量固体悬浮颗粒的废水中，加入某种微生物絮凝剂的发酵液，可使废水中形成大量絮凝体以沉淀去除。如在焦化废水悬浊液中加入Alcaligenues latus培养液，沉降后上清液的固体悬浮颗粒去除率达78%。用红平红球菌产生的絮凝剂处理瓦厂废水，处理后的上清液几乎是透明的。3)染料废水的脱色。目前的废水处理技术虽能降低BOD5，但是对可溶性色素溶液的脱色效果不佳，使用微生物絮凝剂处理可以达到理想的效果。如用P.al-caligenes 8724菌株产生的絮凝剂对造纸黑液和氯霉素生产废水等颜色较深的废水进行脱色处理，其脱色率可分别达到95%和98%。用NTX絮凝剂对质量浓度为100 mg/L的蒽醌染料废水进行脱色，其脱色率可达93%。4)畜产废水的处理。畜产废水的BOD5很高，是一类难处理的有机废水。采用微生物絮凝剂可以有效地降低其TOC含量和TN含量。如在畜产废水中加入微生物絮凝剂NOC-1，处理10 min后，其TOC和TN去除率分别为70%和40%，浊度去除率达94.5%，处理后的水基本上是无色澄清的。5)食品工业废水的处理。微生物絮凝剂用于食品废水的处理，可达到满意的效果。如用微生物絮凝剂普鲁兰来处理味精生产废水，其COD和SS去除率可达到40%左右，其浊度去除率可达99%。用絮凝剂A-9处理淀粉厂的黄浆废水，其处理效果也明显优于目前使用的化学絮凝剂，且可回收其蛋白质成分作饲料。6)塑料工业废水的处理。在塑料工业废水中酞酸酯含量较高，较难处理，Rhodoccocusn erythropolis能在以酞酸酯为碳源的培养基上生长，并合成一种酶。该酶将具有不同支链的邻苯二甲酸酯分解成邻苯二甲酸和乙醇，而且同时产生絮凝剂，达到双重处理效果。7)电镀废水的处理。电镀废水中的铬和氰对人体危害很大，是废水处理的重点治理成分。田小光以硫酸盐还原菌培养液为净化剂，可使水中的Cr6+质量浓度由44.11 mg/L下降为 5.37 μ g/L 。

3.2 絮凝剂在其他方面的应用

1)给水和饮用水。水源水中往往含有颗粒物、少量有毒有机物及水中滋生的病原菌等。微生物絮凝剂在给水中去除浊度、病原菌等方面的效率高于传统的无机及有机絮凝剂，而且用量少，应用范围广，沉淀物过滤性好，饮用后对人体无毒副作用。2)乳化液的油水分离。向一些乳化液中加入特定的絮凝剂，在一定程度上可使油水分离。如用Alcaligenus latus培养物可以将棕榈酸从乳化液中分离出来，下层清液的COD从450 mg/L下降为235 mg/L，去除率为48%，远高于有机和无机高分子絮凝剂。3)活性污泥沉降性能的改善。活性污泥处理系统的效率常因污泥的沉降性能变差而降低，微生物絮凝剂能有效地提高整个处理系统的效率。如将由红平红球菌制得的微生物絮凝剂NOC-1加入到已膨胀的活性污泥中，可以使污泥容积指数从290下降到50，并且在污泥沉降性能得到恢复的同时不会降低有机物的去除效率。

4 开发前景及建议

微生物絮凝剂以其无二次污染、可降解等特点展示了广阔的应用前景。但要实现微生物絮凝剂的大规模推广，关键是要提高生产效率、降低成本、拓宽适用范围和使用效率。

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