淺談微生物絮凝劑(MBF)物質組成和應用

高孟臣 張馨予 曲東旭

絮凝劑是一類能使懸浮液中的細顆粒凝聚、沉降的物質，廣泛應用于廢水處理、化工等領域。隨著工業的發展，污水量的增加，絮凝劑的需求量勢必還將增加。微生物絮凝劑是一類由微生物產生的有絮凝活性的次生代謝產物，由于微生物種類繁多，分布廣泛，易于從環境中篩選到絮凝劑產生菌。還可通過基因工程的手段，使絮凝劑產生菌同時獲得其他優良性狀，如高效性，產生更多的微生物絮凝劑，對環境的適應能力增強等，對某種難降解污染物具有降解性等，以提高微生物絮凝劑的實用性。由于上述特點，以及微生物絮凝劑的安全無毒，而且高效性，因此近年來得到了各國研究者的廣泛關注并成為新型絮凝劑研究開發的熱點。

1 微生物絮凝劑的種類、特點

1.1 微生物絮凝劑的主要類型

MBF的主要成分有蛋白質、多糖、脂質和DNA等大分子物質。迄今發現的絮凝劑多達25種以上，它們主要分布于放線菌、霉菌和酵母菌中。

MBF主要有3種類型:直接利用微生物細胞的絮凝劑，利用微生物細胞壁提取物的絮凝劑，利用細胞代謝產物的絮凝劑。

1.2 微生物絮凝劑的特點

1)高效性;2)無毒無害，安全性高;3)易被微生物降解，無二次污染;4)應用范圍廣，脫色效果好;5)易于固液分離，形成的沉淀物少;6)有的MBF還具有不受pH條件影響，穩定性強，用量少等特點;7)產生絮凝劑的微生物絕大多數來自土壤中，資源極其豐富，獲得的方法也較簡單，成本低廉。

2 影響微生物絮凝活性的因素

2.1 影響絮凝活性的內因

1)絮凝劑分子量。絮凝劑分子量的大小對絮凝活性有很大影響。通常，絮凝劑分子量越大，其分子鏈越長，所帶電荷和活性吸附位點越多，電荷中和能力就越強，架橋作用和卷掃作用越明顯，其絮凝活性就越高。2)絮凝劑分子構型。絮凝劑分子在水中的伸展狀態直接影響絮凝活性。一般認為，絮凝劑分子呈現無規則線團時，分子的有效長度變短，不利于吸附架橋;而分子充分伸展，呈現柔性線狀則有利于絮凝。3)絮凝劑中活性基團的數量與類型。一些特殊基團在絮凝劑中充當顆粒物質的吸附部位或維持一定的空間結構，對絮凝活性有很大影響。大多數MBF的紅外光譜表明，在其結構中存在著羧基、羥基、氨基和磷酸根。4)細胞表面疏水性。絮凝活性也與細胞表面疏水性有關，處于對數生長后期的細胞，表面疏水性增強，其絮凝活性升高。處理污水可降低MBF的細胞表面疏水性，其絮凝性能會明顯下降。而聚合陽離子卻可增強細胞表面疏水性，故能提高其細胞的絮凝活性。

2.2 影響絮凝活性的外因

1)絮凝劑的投加劑量。每一種絮凝劑都有一個最佳投加劑量，過多或過少絮凝效果均會下降。2)溫度。有些微生物絮凝劑易受溫度的影響，主要是因為高溫可使某些生物高分子(如蛋白質絮凝劑)變性及空間結構改變，某些活性基團不再與懸浮顆粒結合，因而表現出絮凝活性下降。3)絮凝環境的pH值。微生物絮凝劑的絮凝能力與絮凝環境的pH值有關，主要是因為酸堿度的變化影響微生物絮凝劑及其被絮凝物表面電荷的性質、數量及中和電荷的能力。不同的微生物絮凝劑對不同的被絮凝物具有不同的初始pH值要求，這種差異主要是由絮凝劑的化學成分決定的。4)金屬離子的種類和濃度。金屬離子的種類和濃度對微生物絮凝劑的影響很大。一定濃度的金屬離子可以使微生物絮凝劑分子與懸浮顆粒以離子鍵結合，從而促進絮凝，因此對于提高微生物絮凝劑的絮凝活性有重要意義。5)通氣量。通氣量對絮凝活性有一定影響。MBF產生菌的培養是好氧過程，當其他條件確定時，氧氣的供應速度明顯影響絮凝率，加大通氣量可提高絮凝活性。6)膠粒表面電荷和表面結構。膠粒表面電荷亦影響絮凝活性，同一絮凝劑對不同膠粒會表現出不同的絮凝活性。MBF所帶電荷多數為負電荷，在處理陽離子型廢水時，加入的生物高聚物吸附在帶電膠粒上，將中和膠粒的表面電荷，這就降低了膠粒的Zeta電位而使其聚沉，提高了絮凝活性。

3 微生物絮凝劑的應用

3.1 微生物絮凝劑在污水處理中的應用

1)城市生活污水的處理。用從城市生活污水中分離出的具有絮凝、降解作用的高效混合菌群對生活污水進行處理，可使污水的COD和BOD去除率達到100%。用絮凝劑TH6處理生活污水，其COD和SS去除率分別為68%和90%。2)建材和焦化廢水的處理。在含有大量固體懸浮顆粒的廢水中，加入某種微生物絮凝劑的發酵液，可使廢水中形成大量絮凝體以沉淀去除。如在焦化廢水懸濁液中加入Alcaligenues latus培養液，沉降后上清液的固體懸浮顆粒去除率達78%。用紅平紅球菌產生的絮凝劑處理瓦廠廢水，處理后的上清液幾乎是透明的。3)染料廢水的脫色。目前的廢水處理技術雖能降低BOD5，但是對可溶性色素溶液的脫色效果不佳，使用微生物絮凝劑處理可以達到理想的效果。如用P.al-caligenes 8724菌株產生的絮凝劑對造紙黑液和氯霉素生產廢水等顏色較深的廢水進行脫色處理，其脫色率可分別達到95%和98%。用NTX絮凝劑對質量濃度為100 mg/L的蒽醌染料廢水進行脫色，其脫色率可達93%。4)畜產廢水的處理。畜產廢水的BOD5很高，是一類難處理的有機廢水。采用微生物絮凝劑可以有效地降低其TOC含量和TN含量。如在畜產廢水中加入微生物絮凝劑NOC-1，處理10 min后，其TOC和TN去除率分別為70%和40%，濁度去除率達94.5%，處理后的水基本上是無色澄清的。5)食品工業廢水的處理。微生物絮凝劑用于食品廢水的處理，可達到滿意的效果。如用微生物絮凝劑普魯蘭來處理味精生產廢水，其COD和SS去除率可達到40%左右，其濁度去除率可達99%。用絮凝劑A-9處理淀粉廠的黃漿廢水，其處理效果也明顯優于目前使用的化學絮凝劑，且可回收其蛋白質成分作飼料。6)塑料工業廢水的處理。在塑料工業廢水中酞酸酯含量較高，較難處理，Rhodoccocusn erythropolis能在以酞酸酯為碳源的培養基上生長，并合成一種酶。該酶將具有不同支鏈的鄰苯二甲酸酯分解成鄰苯二甲酸和乙醇，而且同時產生絮凝劑，達到雙重處理效果。7)電鍍廢水的處理。電鍍廢水中的鉻和氰對人體危害很大，是廢水處理的重點治理成分。田小光以硫酸鹽還原菌培養液為凈化劑，可使水中的Cr6+質量濃度由44.11 mg/L下降為 5.37 μ g/L 。

3.2 絮凝劑在其他方面的應用

1)給水和飲用水。水源水中往往含有顆粒物、少量有毒有機物及水中滋生的病原菌等。微生物絮凝劑在給水中去除濁度、病原菌等方面的效率高于傳統的無機及有機絮凝劑，而且用量少，應用范圍廣，沉淀物過濾性好，飲用后對人體無毒副作用。2)乳化液的油水分離。向一些乳化液中加入特定的絮凝劑，在一定程度上可使油水分離。如用Alcaligenus latus培養物可以將棕櫚酸從乳化液中分離出來，下層清液的COD從450 mg/L下降為235 mg/L，去除率為48%，遠高于有機和無機高分子絮凝劑。3)活性污泥沉降性能的改善。活性污泥處理系統的效率常因污泥的沉降性能變差而降低，微生物絮凝劑能有效地提高整個處理系統的效率。如將由紅平紅球菌制得的微生物絮凝劑NOC-1加入到已膨脹的活性污泥中，可以使污泥容積指數從290下降到50，并且在污泥沉降性能得到恢復的同時不會降低有機物的去除效率。

4 開發前景及建議

微生物絮凝劑以其無二次污染、可降解等特點展示了廣闊的應用前景。但要實現微生物絮凝劑的大規模推廣，關鍵是要提高生產效率、降低成本、拓寬適用范圍和使用效率。

[1] 蔣挺大.甲殼素[M].北京:中國環境科學出版社，1995:366-367.

[2] 周群英，高廷耀.環境工程微生物學[M].第 2版.北京:高等教育出版社，2000:223-232.

[3] 孔繁翔，尹大強，嚴國安.環境生物學[M].北京:高等教育出版社，2001:241-254.

[4] Ryuichiro kurane.生長于酒精中的紅平紅球菌S-1的微生物絮凝劑的產生[J].人類與生物科學技術研究工業科技機構(日本)，1999，1(5):47-48.

[5] 程金平，張蘭英，張玉鈴.生物絮凝劑的絮凝性能研究[J].南京林業大學學報，2002，32(4):413-416.

[6] 陳 歡.微生物絮凝劑SC06的化學組成和特性[J].環境化學，2002，21(4):360-364.

[7] 湛雪輝.影響微生物絮凝劑生成的條件與研究[J].環境科學與技術，2002，25(6):5-14.

[8] 時 紅.微生物絮凝劑產生菌的篩選及培養研究[J].生物技術，2003，13(1):25-27.

[9] 馬 放，劉俊良.復合型微生物絮凝劑的開發[J].中國給水排水，2003，63(2):200-206.