微生物絮凝剂的研究现状及发展趋势

韩宇轩

西北大学生命科学学院，陕西 西安 710069

微生物絮凝剂的研发是以生物技术为基础，通过培养真菌和细菌等，使其发酵，随后再对其进行提取与精制的一种方式。因为微生物絮凝剂具备生物高效性，可以让高分子和无机高分子絮凝剂的缺陷得到弥补，能够实现无污染排放的目标。当前，世界各国对絮凝剂的研究还处于深入之中，各国需要结合实际情况，进行深入探究。

1 微生物絮凝剂的概念解读

微生物絮凝剂，具有天然生物高分子絮凝剂的属性，微生物产生之后，便分泌到细胞之外，属于絮凝活性的微生物代谢产物。微生物絮凝剂能够让液体中原本悬浮的固体颗粒以及菌体细胞等产生凝聚和沉淀，因其不会对水质等造成污染，所以被人们视为分解性与安全性高效、无毒，也不会导致二次污染的绿色水处理剂。不过，因为微生物絮凝剂需要较高的生产成本，且目前的发酵生产工艺还有很多待改善之处，加之絮凝剂的成分与絮凝效果欠缺一定的稳定性，因而会导致微生物絮凝剂发展受限。

2 微生物絮凝剂的研究现状

2.1 絮凝机理分析

2.1.1 微观絮凝

我们现在立足于微观角度分析絮凝剂原理，其指的是当处于微观世界中时，我们可将在水中悬浮的微小颗粒进行不断放大。当污水经过人工处理之后，就会转变成直径介于10 ～30 微米之间的微型絮凝块。这些带电的负电粒子彼此排斥，所以几乎一直处于运动状态，不会停下。因为其体积小于一般物体，因此想要其在短时间内沉淀下来，是很难办到的。对其进行处理的最佳方式即应用离子型絮凝剂，使其能够转变成更大的絮凝块，加快沉淀或脱水的速度。

2.1.2 宏观絮凝

水质中通常颗粒的直径是大小不一的，针对超过1微米的颗粒，絮凝时的主要措施为水的慢速混合，可以适当应用机械搅拌器。搅拌产生的速度梯度会造成悬浮的颗粒在空中碰撞，由此被称作是宏观絮凝或是同向絮凝。但是，从宏观方向来分析絮凝混合过程时，絮体的颗粒还会受到剪切力作用，由此造成部分絮体聚集体的瓦解和破损。经历过一段时间的混合之后，就会逐渐形成尺寸和分布都很均匀的絮体，絮体颗粒的形成与破碎几乎处于平衡状态[1]。所以，工作人员也可以对水力条件进行控制，以此确保悬浮颗粒能够形成较为稳定的絮体。

2.1.3 差异沉降

沉淀的过程当中，在非均相悬浮液（不同粒径）中形成的不同沉降颗粒为了能够促进絮凝，提供了额外的机理。针对粒径范围相对较大的悬浮颗粒而言，差异沉降也属于较为关键的絮凝机理。差异沉降导致的絮凝对于直接过滤、溶气气浮与高速沉淀等都不会产生太大影响，这是由于沉淀距离与沉淀的时间都相对较短。

2.2 微生物絮凝剂应用现状

2.2.1 工业废水处理

工业废水是我们常见的生活垃圾，工业废水需要进行脱色处理、悬浮颗粒沉降和金属离子去除等。印染工序造成的工业废水色泽深、成分复杂且可生化性差的特点显著，属于工业废水中最难处理的一种。张蔚萍等学者在研究中从土壤中挑选出放线菌F-1-2 菌株，将其应用于甲基橙印染废水处理当中，从结果看还是比较可观的。他们将该菌株进行了72 小时的培养，将其放置于碳源是蔗糖、氮源是硝酸钠、转速是每分钟150 转、温度则始终维持在30 摄氏度的环境下，结果发现甲基橙的印染废水脱色率达到了近70%。

工业废水中的除油处理方式主要运用的是生物除油，通常而言，化学絮凝剂可以在一定程度上对微生物的降解进行遏制。微生物絮凝剂却与此不同，其不仅有絮凝的作用，而且还兼具降解的性能，可以有效提高去油率。进行乳化液油水分离实验的过程中，我们可以将Alcaligenes Latus 作为培养物，从很大程度上可以降低棕榈酸分离于乳化液的难度，在细小均一的乳化液当中就可以形成肉眼可见的油滴，下层清液的化学需氧量去除率能够达到近50%，相对无机絮凝剂与高分子絮凝剂，絮凝效果显然更加明显。根据当前日本的相关研究结果来看，微生物絮凝剂在畜牧产业废水与瓦场废水的处理过程中具备良好效果。瓦厂废水主要指的是胚体废水与釉药废水，在加入适量的NOC-1 微生物絮凝剂进行处理之后，废水的浊度也会有明显下降，清液的透明度得到提升，通过这种方式，无机超微粒子净化效果也能够得到提升[2]。

2.2.2 城市生活污水

曾苏等学者为了对城市生活污水进行研究，从城市污水处理厂采取活性污泥，并且从这些污泥中选出高效絮凝活性的菌种，经过鉴定之后，判定为芽孢杆菌属。其所产生的絮凝剂更多是分布在发酵上清液，若絮凝剂的添加量达到了5%，污水的pH 是7.0，助凝剂投加量是2%的时候，那么生活污水絮凝率将会远远超过80%。

2.2.3 活性污泥处理系统

活性污泥处理系统应用的过程中由于沉降性能较差，工作效率也会随之降低。很多工业废水运用活性污泥法处理的过程中，形成的活性污泥都处于极易膨胀的状态，进而导致效率变低。如果活性污泥当中加入一定比例的微生物絮凝剂，污泥的容积指数就会快速降低，进而避免污泥的膨胀，快速恢复活性污泥的沉降能力[3]。张娜等学者运用酱油曲霉产生的絮凝剂对污泥进行调理，这样污泥的脱水率能够超过80%，滤饼的含水率也能够降到70%左右，污泥退水之后的体积也可以减到原本的20%左右。

3 微生物絮凝剂的发展趋势

3.1 进一步扩大应用范围

3.1.1 供水处理

微生物絮凝剂的优势显著，可将其广泛应用于其他领域。供水质量关系民生问题，更是涉及每个人的健康。现阶段，无论是国内还是国外，大部分净水厂所使用的絮凝剂中都富含铝盐与铁盐，且较为普遍，这些都属于无机盐类的絮凝剂。对此，可以采取静止培养的方式，来制备微生物絮凝剂。这种方式不仅只需要简单设备即可，而且还与工业领域的大量生产相符。部分学者在选择了微生物絮凝剂之后，根据实验结论，得出了最佳的实验方案。例如，在处理25 升的自来水原水时，可对其进行4 个小时的实验，可发现有25 项指标是符合现行饮用水标准的。不过因为微生物絮凝剂制备与处理需要高昂的成本，所以还有待日后的进一步优化。

3.1.2 膨胀污泥处理

工业废水处理时运用活性污泥法的方式处理，其形成的活性污泥很容易膨胀，进而导致效率受到影响。如果能够在其中添加微生物絮凝剂，效果往往会更加显著。例如，进行甘草制药废水生化处理时，可以添加NOC-1，此时我们可以看到污泥膨胀情况明显得到了缓解，活性污泥沉降性能也得以尽快恢复。

3.2 优化微生物絮凝剂制造技术

3.2.1 复合菌群的应用

相较于单一的菌群，复合菌群当中含有多种微生物，类型较为丰富，呈多样化态势，同时也为微生物的良性共生提供了稳定、和谐的生存环境，使得功能可以更加齐全和多样。发挥复合菌群的作用，制备微生物絮凝剂，可以让处理的效果更为显著，便利性有所增强。所以，利用复合菌群制备微生物絮凝剂，能够从很大程度上让制备的成本控制在最低，絮凝效果得到提升，二次污染的可能性会有所降低。

3.2.2 廉价培养基的应用

现行的培养基方式，需要付出较大的成本，这一点对于微生物絮凝剂制备始终有所影响，因此，寻求相对廉价的培养基就成为微生物絮凝剂之辈的重要课题。具体来说，制备微生物絮凝剂基碳源进行选择时，其不仅可以是蜜糖废水、甘蔗渣，也可以是铣槽废水或生物制氢废液等。随着碳源的渠道不断增多，价格也相对较为低廉，同时也能够对废物进行充分利用。在对碳源进行利用的过程中，不但可以让微生物絮凝剂的制备成本得到有效控制，且提升生物絮凝剂活性，而且也能够防止环境被再次污染，起到一箭双雕的作用[4]。但需要注意的是，如果我们采用直接的方式，将这些废液作为微生物絮凝剂培养基的氮源，那对絮凝的效果就会产生较大影响。由于有机废液中的成分构成相对复杂，所以部分无关的成分也会不可控地参与到微生物培养之中。所以，工作人员需要预先对有机废液进行处理，将无用的成分剔除掉，并有效应用有机废液当中的碳源，发挥被产絮菌的最大价值，让培养的效果能够事半功倍。

3.2.3 污泥的应用

进行水处理的过程中，可能会产生大量的剩余污泥，其中涵盖多种微生物形成的菌胶图案与其他的无机物或有机物等。菌胶团的核心为微生物，围绕在其外围的是天然有机高分子物质，物质进行聚合之后，就形成了聚合物EPS。EPS 所具备的功能与微生物絮凝剂有极大的相似之处，当条件相同时，絮凝的效果也会有所增强。因为水处理过程中，剩余污泥的产量相对较大，并且还要进行无害化的处理，所以，可以充分发挥污泥的价值，将其作为原材料，制备微生物絮凝剂，继而让成本能够控制在最低，让剩余污泥的处理可以有更加广阔的渠道。

3.3 优化微生物絮凝剂储存和应用技术

未来生物技术处于不断的应用和发展之中，微生物絮凝剂制造技术相对以往，已经有了显著的提升。工作人员对微生物絮凝剂产品提取的方式加以优化之后，可以对其储备条件进行完善。微生物絮凝剂物质的主要成分为蛋白质与多糖，在对相关的物质进行提取时，所采用的方式与流程都是相对复杂的。笔者认为，我们可以以此为基础，加大新提取技术的开发力度，让微生物絮凝剂制作的经济性可以得到提升。伴随着智能化技术的应用领域与深度不断加强，我们可以构建智能化形势下的菌种资源库，资源库当中会含有多种形式的菌群，采用现有方式，不但能够让产品得到优化，也可以确保微生物絮凝剂更加丰富多样。

4 结 语

微生物絮凝剂技术的探索与应用现在已经成为世界性问题，并且还在不断地进行提升。根据现阶段的情况，微生物絮凝剂的研究目前已经处于较为关键的时刻，研发人员不但需要有效掌握微生物絮凝剂相关的技术、特点和材料内容，还应该考虑其制造的成本或工艺技术等内容，以便对其后续的发展进行准确预估。考虑到微生物絮凝剂的生产制造成本问题，在未来可以采用复合型的微生物絮凝剂。对微生物絮凝剂的提取方法进行优化，并在此基础上建立产品的评价体系，提高其产品试验效率扩大生产规模，并以梯级利用的方式，提升微生物絮凝剂的底物转化率。