微生物絮凝剂在污水处理中的应用
摘要：随着我国经济的飞速发展和城市化水平的不断提高，污水的排放量也日渐增加。污水处理方法很多，微生物絮凝剂由于具有活性高、易生物降解、安全无害、无污染等特点倍受关注。文章介绍了目前对微生物絮凝剂的相关研究及其在污水处理中的具体应用。
关键词：微生物絮凝剂；絮凝机理；污水处理
目前，农业、工业以及城市生活所排放的污水已成为当今污水的三大主要来源。随着全球污水排放量不断增大，人们试图寻找更为有效的解决方案。其中，絮凝技术作为众多水处理技术当中较为经济、简便的一种而广受人们的青睐。无机和有机高分子絮凝剂是我国长期研制和应用的两类化学絮凝剂，这两类絮凝剂都以其各自的优势在不同领域发挥作用。然而，这两类污水处理技术在使用过程中都会给人类的身体健康以及生态环境带来许多不良影响[1]。无机絮凝剂絮凝速度快，形成的矾花比重大，且易降沉，但会给被处理液带入铝、铁等大量无机离子，人体摄入过量的铝离子，有可能引发老年痴呆症等一系列疾病。腐蚀性强是铁盐类絮凝剂在使用时的最大问题，会缩短设备的使用寿命，且会给被处理水带来颜色。有机高分子絮凝剂絮凝速度比无机絮凝剂更快，且在投加量、分离过程、适应性等方面都更具优势，但由于有些高分子絮凝剂单体本身具有毒性，甚至其水解或者降解产物也具有毒性（如聚丙烯酰胺单体）。因此研究者致力寻找高效、安全、不污染环境的絮凝剂，以满足污水处理过程中絮凝剂使用安全与减少二次污染的要求。与化学絮凝剂相比而突显出来的优越性使得微生物絮凝剂迅速发展起来，其无二次污染的突出优点更是引起了众多研究者的关注，开发前景广阔。
1 微生物絮凝剂
微生物絮凝剂（MBF）是由微生物产生的有絮凝活性的次生代谢产物，是一类可使液体中不易沉降的固体悬浮颗粒凝聚、沉淀的物质[2]。微生物絮凝剂主要包括[3，4]：利用微生物细胞的絮凝剂（如土壤、活性污泥中分离筛选得到的放线菌、细菌等）、利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂（如提取酵母细胞壁得到的蛋白质、葡聚糖、甘露聚糖等）、利用微生物细胞代谢产生的絮凝剂（如细菌的荚膜和粘液）和利用克隆技术所获得的絮凝剂。按化学组成不同可将其分为：糖蛋白、纤维素、蛋白质、脂肪、核酸等[5]。文献[6]报道：细菌、真菌、放线菌和藻类等具有絮凝作用的微生物已逾30 种，它们产生的絮凝剂当中，最具代表性的有以下三种[7]：絮凝剂AJ7002（Nakamura J．于1976 年利用酱油曲霉研制生产）；絮凝剂PF101（H．Takagi 于1985 利用拟青霉素研制生产）；絮凝剂NOC-1（R．Kurane 等人于1986 年利用红平红球菌研制生产）。
2 微生物絮凝剂的特点
（1）高效性：在两者用量相同的情况下，微生物絮凝剂的絮凝速度大于常规絮凝剂，并且其絮凝物采取过滤等比较简单的操作即可除去（如：纱布过滤）[8]。（2）安全无毒性：已被运用于某些安全性要求较高的生产领域，如：医药行业和食品行业。（3）无二次污染：微生物絮凝剂本身以及其絮凝后产生的絮凝物质都具有较强的可生化性，比常规絮凝剂更易被微生物降解，在絮凝前后都不会产生二次污染。（4）用途广泛：微生物絮凝剂的应用范围非常广泛，使用微生物絮凝剂处理废水已涉足工业、矿业、畜牧业、建筑业等众多行业，且在絮凝和脱色方面比常规使用的各类絮凝剂有更为突出的处理效果。（5）投放量相对少：处理等量污水时，在用量少于常规絮凝剂的情况下，可达到相同的处理效果[9]。
3 微生物絮凝剂的絮凝机理
随着微生物絮凝剂絮凝机理研究的不断深入，研究者对微生物絮凝剂的絮凝机理提出了不同的假说。受到众多研究者认可的是桥联学说，其包括以下三个作用。
（1）吸附架桥作用：在离子键、氢键和范德华力的作用下，水中的微生物絮凝剂可同时与其周围较近的多个悬浮物相结合形成架桥，从而得到絮体[10]。
（2）电中和作用：当微生物絮凝剂所带电荷符号与悬浮微粒表面所带电荷符号相反时，在相反电荷的粒子之间则会发生电中和作用，这样可有效减少微生物絮凝剂与悬浮微粒之间的静电斥力从而增强絮凝吸引力，使得颗粒彼此之间更能充分接近，在絮凝过程中更容易凝聚在一起[11]。
（3）卷扫作用：在絮凝吸附结束之后得到的絮体（三维网状结构）会在重力的作用下不断下沉。由于絮体的结构像一张网，因此会在下沉的过程中网捕水中的胶体颗粒而沉降，从而完成微生物絮凝剂絮凝的整个过程[12]。
4 微生物絮凝剂的实际应用
微生物絮凝剂作为一种高效、安全、用量少、适用范围广的新型水处理技术，在处理高浓度有机废水、建材废水、改善活性污泥降沉性能及印染废水脱色等方面都有较为突出的效果。从目前国内外对微生物絮凝剂应用的研究来看，在高浓度难降解废水的除浊、脱色等方面具有独特的处理效果。
4．1 处理印染废水
染料废水不仅在色度方面明显高于一般废水，其所含成分比一般废水更为复杂，且还含有多种难于被微生物降解的物质因而可生化性较弱。而目前常用的无机、有机高分子絮凝剂对此类废水中有色物质的去除效果并不十分理想。庄源益[13]等筛选出6株菌株（代号为NAT-1 至NAT-6）对水溶液中几种典型的染料进行絮凝实验，在NAT 型生物絮凝剂絮凝中加入5mL 10％CaCl2 溶液后，活性艳蓝染料的脱色率最高可达65％左右。胡筱敏[14]等在处理硫化染料废水时使用未添加助凝剂的MBF A-9，在投加剂量仅为0．1mol／L 时，可使光密度（OD590）从处理前的1．89 降为处理后的0．015，处理效率为99．2％，脱色率也可达99．2％。
4．2 处理食品工业废水
陶涛[15]等使用味精厂的生产废水进行絮凝实验。在未调节被处理水pH 值的情况下用微生物絮凝剂普鲁兰对废水进行处理，在最佳投加剂量300mg／L时，废水的COD（由36320mg／L 降至22277mg／L）去除率为38．7％，SS（悬浮固态颗粒）去除率最高可达到44．6％，浊度去除率可达99％以上。邓述波[16]等使用淀粉厂产生的麸质水（也被称为黄浆水废水）进行絮凝实验。与目前常使用的絮凝剂（聚铝与聚丙烯酰胺）相比，所使用的微生物絮凝剂（絮凝剂产生菌A-9 产生）在悬浊物的除去、沉降速度方面具有明显的优势。经絮凝沉降处理后的废水COD（由6222mg／L降至1962mg／L）去除率为70．52％，SS （由2145mg／L降至310mg／L）去除率达到93．59％。陈烨[17]等使用啤酒厂的生产废水进行絮凝实验。在最佳处理工艺条件下，直接使用硅酸盐细菌GY03 菌株产生的微生物絮凝剂对废水进行处理，废水中各指标值都有所下降，BOD （由761mg／L 降至172mg／L）去除率为77．40％，COD（由1479mg／L 降至436mg／L）去除率为70．52％，SS 去除率达到93．59％。
4．3 处理高浓度有机废水
高浓度有机废水主要来自于造纸、畜牧等行业。畜产废水所含总有机碳（TOC）和总氮（TN）浓度较高。目前，大部分畜产废水都是直接排放到环境中，因而造成了严重的环境污染。李兆龙[18]等人在使用的微生物絮凝剂NOC-1 中添加钙离子后，用其处理畜产废水10min，TOC（由8200 mg／L 降至2980 mg／L）去除率为63．7％。TN（从420 mg／L 下降为215 mg／L）去除率为49％，废水OD660 值从15．7 降为0．85，处理率为94．6％。沈荣辉[19]等分别考察了三种絮凝剂（微生物絮凝剂、聚丙烯酸钠、微生物絮凝剂＋聚丙烯酸钠）在最佳絮凝条件下对味精废水进行预处理的效果，从实验数据上看，与聚丙烯酸钠相比微生物絮凝剂具有更好的絮凝效果，将微生物絮凝剂与少量SPA（聚丙烯酸钠）混合后，COD（由47500mg／L 降至20900mg／L）去除率达56％，使味精废水的预处理效果得到了进一步的提高。
4．4 在活性污泥处理废水中的应用
在使用活性污泥处理废水时，常常因活性污泥的沉降性能变差而影响到整个处理系统的效率，这已经成为使用活性污泥处理废水时最难解决的问题之一。文献[7]指出，将微生物絮凝剂NOC-1 添加到已膨胀的活性污泥中，可使SVI（污泥体积指数）明显降低，从290mg／L 下降到50mg／L，处理率为82．8％。马希晨[20]等提取回流污泥并在培养基上分离、筛选菌种，菌种在发酵基上进行培养后产生MF生物絮凝剂，用其处理膨胀活性污泥，可使SVI 指数明显降低（从281mg／L 下降到54mg／L），处理率为80．8％[16]。
5 结语
微生物絮凝剂的研究和开发应用正不断向高效、新型、廉价等方向拓展，一方面源于人们对生态建设和环境保护的日益重视，另一方面则源于它的现实意义不仅在于使人类的生活环境变得更好，还在于它是一项福泽当代，利在千秋的持久工程。微生物絮凝剂的研究以及在污水处理方面的不断应用，不仅使水处理技术的使用领域继续扩展，而且使污水处理技术踏上了新的台阶。但就目前而言，对微生物絮凝剂的开发仍存在一系列问题，如：成本较高而无法满足工业化生产的需求、大多数研究还处于菌种的筛选阶段等，但其开发不会因为这些问题而停止。优良菌种的筛选以及生物技术与各类水处理技术的不断融合，为微生物絮凝剂研究过程中出现的诸多问题提供了有效的解决途径。从长远来说，微生物絮凝剂必将成为未来絮凝剂发展的热门之一。
参考文献：
[1]石璐，寻立祥，唐受印，等．絮凝剂产生菌的筛选、鉴定及培养条件优化[J]．湘潭大学自然科学学报，2003，1（25）：50-52．
[2]王镇，王孔星，谢裕敏，等．几株絮凝剂产生菌的特性研究[J]．微生物学报，1995，35（2）：121-129．
[3]陶涛，卢秀清，冷静．微生物絮凝剂研究与应用进展[J]．环境科学进展，1999，7（6）：21-25．
[4]岳松．微生物絮凝剂在废水处理中的应用[J]．西华大学学报（自然科学版），2006，25（4）：44-46．
[5]邱峰，王永强，蒋林时，等．微生物絮凝剂在废水处理中的应用[J]．辽宁城乡环境科技，2004，24（1）：25-27．
[6]董双石，王爱杰，任南琪，等．微生物絮凝剂处理废水的研究和发展趋势[J]．生物技术，2004，14（1）：72-74．
[7]胡勇有，高健．微生物絮凝剂的研究与应用进展[J]．环境科学进展，1999，7（4）：24-29．
[8]徐斌，王竞，周集体，等．微生物利用废弃物产生絮凝剂研究与应用[J]．工业水处理，2000，20（5）：1-3．
[9]薛西改，郝雯，宋丽芝，等.微生物絮凝剂在废水处理中的应用[J]．河北工业科技，2010，27（1）：60-62．
[10]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．
[11]傅旭庆，汪大荤，徐新华．微生物絮凝剂及其絮凝机理[J]．污染防治技术，1998，11（1）：6-9．
[12]李锋，杨小俊，黄运平，等．微生物絮凝剂及其在染料废水处理中的应用[J]．广州化工，2010，38（9）：12-14．
[13]庄源益，戴树桂，李彤，等．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）：349-353．
[14]胡筱敏，邓述波，牛力东，等．一株芽孢杆菌所产絮凝剂的研究[J]．环境科学研究，2001，14（1）：36-40．
[15]陶涛，詹德昊，芦秀青，等．普鲁兰预处理高浓度味精废水的研究[J]．中国给水排水，2001，27（1）：39-42．
[16]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）：8-10．
[17]陈烨，陈勤怡，连宾．啤酒厂废水的生物处理[J]．食品科学，2004，25（10）：148-150．
[18]李兆龙，虞杏英．微生物絮凝剂[J]．上海环境科学，1991，10（9）：45-48．
[19]沈荣辉，应惠芳，黄民生．微生物絮凝剂研制条件优化和废水净化研究[J]．化工装备技术，2000，21（6）：31-35．
[20]马希晨，韩铁民，谭凤芝，等．MF 微生物絮凝剂的制备与应用[J]．环境保护科学，2002，28（4）：13-14．
作者简介：朱彬，男，浙江海宁人，遵义师范学院化学系教授，硕士。
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