微生物絮凝剂用于废水处理的研究及其应用

于海波

微生物絮凝剂是一类由微生物产生的有絮凝活性的代谢产物，主要有糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素和DNA等［1］。它一般是利用生物技术，通过细菌、真菌等微生物发酵、抽提、精炼而成。与传统的无机和有机高分子絮凝剂相比，微生物絮凝剂具有高效、无毒、可生物降解等特点;与目前普遍采用的天然高分子絮凝剂相比，微生物絮凝剂具有絮凝活性高，能产生絮凝剂的微生物种类多，生长快，易于采取生物工程手段实现产业化等特点，有着良好的发展前景［2］。

此外，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。因此，生物絮凝剂作为一类高效安全絮凝剂已经得到研究者的关注和认可。

1 微生物絮凝剂的研究现状

1.1 微生物絮凝剂产生菌

絮凝剂产生菌是指具有分泌絮凝剂能力的微生物，至今发现的具有絮凝性的微生物已经超过20种，包括霉菌、细菌、放线菌和酵母菌等，其中最具代表性的产微生物絮凝剂的微生物有三种，即:酱油曲霉(Asp-ergillus sojae)、拟青霉(Paecilomyces sp)、红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)［3］。

1.2 絮凝机理、絮凝能力的影响因素

1.2.1 絮凝机理

由于微生物絮凝剂是带电荷的生物大分子，其混凝现象比较复杂，不同种类絮凝剂以及不同的水质条件，作用机理都有所不同。对其作用机理曾提出多种学说，其中比较能接受的有以下几种［4］: 1)“吸附架桥”作用;2)“电性中和”作用;3)“化学反应”作用。

此外，还有其他一些絮凝机理，如网捕作用、粘质说、酯合学说等可解释部分絮凝现象。从微生物絮凝剂的多样性以及表现出的絮凝范围的广谱性可以断定，絮凝机理肯定是多样的。

1.2.2 微生物絮凝剂絮凝能力的影响因素

同一般的化学絮凝剂一样，微生物絮凝剂效果的好坏主要受絮凝剂和胶体颗粒本身特性及反应条件的影响［5］。

1 )微生物絮凝剂本身的性质及絮凝剂的投加量。絮凝剂的絮凝效果受本身分子结构、形状、分子量和所带基团等因素影响。一般说来，线形结构有利于絮凝，如果分子结构是交联的或支链结构，其絮凝效果就差;相对分子质量越大，吸附位点越多，携带的电荷也越多，其絮凝能力也强。此外，絮凝剂都有一个最佳投加量，投加量过大或过小都影响絮凝效果。2)被絮凝物质的性质。絮凝过程是絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力同时吸附多个胶体颗粒，在颗粒间产生“架桥”现象，形成一种三维网状结构而沉淀下来，故胶体颗粒表面电荷对絮凝有重要影响。虽然絮凝剂均具有广谱絮凝作用，但是对不同的胶体颗粒表现出不同的絮凝活性。3)反应条件。微生物絮凝剂的絮凝效果受pH值、温度、金属离子、搅拌速度等多种反应条件的影响。絮凝剂的絮凝能力受pH值影响的原因是: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。温度对某些微生物絮凝剂的活性有较大的影响，主要是因为这些絮凝剂蛋白质成分在高温下变性及空间结构改变而丧失部分絮凝能力，对多聚糖构成的絮凝剂则没有这种变化，所以受温度影响不大。

2 微生物絮凝剂在废水处理中的应用

2.1 低浓度城市污水处理

杨开等［6］采用微生物絮凝剂普鲁兰(Pullulan)和聚合氯化铝复合絮凝的方法，对我国南方低浓度城市污水进行了强化一级处理试验研究。结果表明，在最佳复配比和最佳絮凝动力学条件下，复合絮凝剂对污水浊度，COD，TP，NH3-N等指标的去除率分别达到了95%，58%，91%，15%以上，且具有污泥沉降与脱水性能良好、处理费用低等特点。尹华等［7］筛选出的菌株GS7，处理城市污水等实际废水时具有用量少、澄清速度快等特点，浊度去除率达93.5%。

2.2 建材废水处理

建筑材料加工废水中含有大量悬浮物，例如陶瓷厂废水，主要包括胚体废水和釉药废水两种，前者主要含有较多的黏土颗粒，后者除含黏土颗粒外，还有相当数量的釉药，废水处理起来有较大困难。当添加NOC-1后5min，胚体废水的浊度从原来的1.4降低到0.043，釉药废水的浊度从17.2下降到0.35，浊度去除率分别为96.6%和97.9%，可得到几乎透明的上清液［8］。有研究表明，微生物絮凝剂的投加量在200×10－16时，就能达到FeCl3浓度超过3 000×10－6时的絮凝效果。

2.3 印染废水处理

印染废水中含有大量色素，特别是其中的可溶性色素很难处理。李智良等用P.alcaligenes 8724菌株产生的絮凝剂，在实验室对纸浆黑液和氯霉素等色素较深的废水进行脱色处理，脱色率分别达95%和98%以上［9］。庄源益等［10］用生物絮凝剂对水中染料的脱色进行的大量试验表明，在含有钙离子的条件下，直接对黑染料生产废水稀释液的脱色率达60%左右。

2.4 畜产废水处理

畜产废水的BOD含量较高，是属于较难处理的一类高浓度有机废水，如猪粪尿废水，采用合成高分子絮凝剂处理效果不好，而采用NOC-1微生物絮凝剂加Ca2+处理，则效果十分显著，处理后10 min废水的上清液变成几乎透明的液体。废水的TOC由处理前的8 200 mg/L变为2 980 mg/L，去除率达63.7%，浊度由处理前的15.7变为0.86，去除率达94.5%［11］。R.erythropoli培养物与一定浓度的钙离子溶液混合后，对该种废水的TOC去除率将会更高，同时对总氮也有显著的去除作用。

2.5 食品工业废水处理

由于微生物絮凝剂具有安全、无毒的特性，逐渐在食品废水处理中被采用，并达到了满意的效果。如用微生物絮凝剂普鲁兰处理味精废水，其COD和SS的去除率可达到40%左右，其浊度去除率可达99%［12］。邓述波等［13］用MBFA9处理淀粉厂的黄浆废水，无论是悬浮物还是COD的去除率均高于传统的化学絮凝剂PAM，且可回收蛋白质成分作饲料。

2.6 鞣革废水处理

在鞣革工业废水中加入C-62菌株产生的絮凝剂，浊度去除率可达96%［14］。柴晓利等［15］利用从活性污泥中筛选得到的微生物絮凝剂产生菌Azomonoas sp.进行发酵培养，并对其产量絮凝剂进行了提纯和应用试验。实验结果表明，染料废水用微生物絮凝剂处理后，COD、色度去除率分别为32.2%，54%。

3 存在的问题和发展方向

毋庸置疑，微生物絮凝剂在处理废水方面有着突出的优越性，它的大规模生产和应用将有广阔的市场前景。但是从规模化生产和废水处理角度看，目前国内外的微生物絮凝剂研究还存在诸如:研究水平低、制备成本高、活性测定指标单一、絮凝机理不明确等问题。

基于上述亟待解决的问题，作者认为，微生物絮凝剂研究和开发的重点应集中在以下几方面:1)建立一套快速寻找、筛选高效絮凝剂产生菌的方法系统;2)深入研究微生物絮凝剂的絮凝机理;3)构建工程菌;4)优化原料，降低制取微生物絮凝剂成本;5)优化生产条件;6)开发复合型微生物絮凝剂。

［1］ 王 镇，王孔星，谢玉敏.一株絮凝剂产生菌的特性研究［J］.微生物学报，1995，35(2)：121-129.

［2］ 徐美娟，胡惠仁，刘秋娟.环境友好絮凝剂——微生物絮凝剂［J］.上海造纸，2004，35(1)：52-55.

［3］ 张 晶.微生物絮凝剂的研究及应用前景［J］.环境保护科学，2006，35(4)：17-20.

［4］ 马青山，贾 瑟，孙丽珉，等.絮凝化学和絮凝剂［M］.北京：中国环境科学出版社，1990：6-9.

［5］ 韩玉琨.浅谈微生物絮凝剂在废水治理中的应用［J］.科技信息，2008(22)：36-37.

［6］ 杨 开.微生物絮凝剂用于污水强化一级处理［J］.中国给水排水，2002(18)：43-45.

［7］ 尹 华.微生物絮凝剂产生菌的筛选及其絮凝除浊性能［J］.城市环境与城市生态，2000，13(1)：8-10.

［8］ 辛宝平，庄源益，李 彤.生物絮凝剂的研究和应用［J］.环境科学进展，1998，6(5)：57-62.

［9］ 李智良，张本兰.微生物絮凝剂产生菌的筛选及相关废水絮凝效果试验［J］.微生物学报，1997，3(1)：67-70.

［10］ 庄源益.生物絮凝剂对水中染料絮凝效果探讨［J］.水处理技术，1997，23(6)：348-353.

［11］ 李兆龙，虞杏英.微生物絮凝剂［J］.上海环境科学，1991，10(9)：45-46.

［12］ 陶 涛，詹德吴，卢秀清，等.预处理高浓度味精废水的试验研究［J］.中国给水排水，2001，27(1)：39-42.

［13］ 邓述波，胡筱敏，罗 茜.微生物絮凝剂处理淀粉废水的研究［J］.工业水处理，1999，19(5)：810.

［14］ 鲁玉菱，翟素军.微生物絮凝剂的研究进展［J］.山东环境，1997(6)：12-16.

［15］ 柴晓利，陈 洁.微生物絮凝剂的提纯及应用研究［J］.工业水处理，2000，20(6)：23-25.