微生物絮凝劑在污水處理中的應用

朱 彬，吳治琴

（遵義師范學院化學系，貴州遵義563002）

目前，農業、工業以及城市生活所排放的污水已成為當今污水的三大主要來源。隨著全球污水排放量不斷增大，人們試圖尋找更為有效的解決方案。其中，絮凝技術作為眾多水處理技術當中較為經濟、簡便的一種而廣受人們的青睞。無機和有機高分子絮凝劑是我國長期研制和應用的兩類化學絮凝劑，這兩類絮凝劑都以其各自的優勢在不同領域發揮作用。然而，這兩類污水處理技術在使用過程中都會給人類的身體健康以及生態環境帶來許多不良影響[1]。無機絮凝劑絮凝速度快，形成的礬花比重大，且易降沉，但會給被處理液帶入鋁、鐵等大量無機離子，人體攝入過量的鋁離子，有可能引發老年癡呆癥等一系列疾病。腐蝕性強是鐵鹽類絮凝劑在使用時的最大問題，會縮短設備的使用壽命，且會給被處理水帶來顏色。有機高分子絮凝劑絮凝速度比無機絮凝劑更快，且在投加量、分離過程、適應性等方面都更具優勢，但由于有些高分子絮凝劑單體本身具有毒性，甚至其水解或者降解產物也具有毒性（如聚丙烯酰胺單體）。因此研究者致力尋找高效、安全、不污染環境的絮凝劑，以滿足污水處理過程中絮凝劑使用安全與減少二次污染的要求。與化學絮凝劑相比而突顯出來的優越性使得微生物絮凝劑迅速發展起來，其無二次污染的突出優點更是引起了眾多研究者的關注，開發前景廣闊。

1 微生物絮凝劑

微生物絮凝劑（MBF）是由微生物產生的有絮凝活性的次生代謝產物，是一類可使液體中不易沉降的固體懸浮顆粒凝聚、沉淀的物質[2]。微生物絮凝劑主要包括[3，4]：利用微生物細胞的絮凝劑（如土壤、活性污泥中分離篩選得到的放線菌、細菌等）、利用微生物細胞壁提取物的絮凝劑（如提取酵母細胞壁得到的蛋白質、葡聚糖、甘露聚糖等）、利用微生物細胞代謝產生的絮凝劑（如細菌的莢膜和粘液）和利用克隆技術所獲得的絮凝劑。按化學組成不同可將其分為：糖蛋白、纖維素、蛋白質、脂肪、核酸等[5]。文獻[6]報道：細菌、真菌、放線菌和藻類等具有絮凝作用的微生物已逾30種，它們產生的絮凝劑當中，最具代表性的有以下三種[7]：絮凝劑 AJ7002（Nakamura J．于1976年利用醬油曲霉研制生產）；絮凝劑PF101（H．Takagi于1985利用擬青霉素研制生產）；絮凝劑NOC－1（R．Kurane等人于1986年利用紅平紅球菌研制生產）。

2 微生物絮凝劑的特點

（1）高效性：在兩者用量相同的情況下，微生物絮凝劑的絮凝速度大于常規絮凝劑，并且其絮凝物采取過濾等比較簡單的操作即可除去（如：紗布過濾）[8]。（2）安全無毒性：已被運用于某些安全性要求較高的生產領域，如：醫藥行業和食品行業。（3）無二次污染：微生物絮凝劑本身以及其絮凝后產生的絮凝物質都具有較強的可生化性，比常規絮凝劑更易被微生物降解，在絮凝前后都不會產生二次污染。（4）用途廣泛：微生物絮凝劑的應用范圍非常廣泛，使用微生物絮凝劑處理廢水已涉足工業、礦業、畜牧業、建筑業等眾多行業，且在絮凝和脫色方面比常規使用的各類絮凝劑有更為突出的處理效果。（5）投放量相對少：處理等量污水時，在用量少于常規絮凝劑的情況下，可達到相同的處理效果[9]。

3 微生物絮凝劑的絮凝機理

隨著微生物絮凝劑絮凝機理研究的不斷深入，研究者對微生物絮凝劑的絮凝機理提出了不同的假說。受到眾多研究者認可的是橋聯學說，其包括以下三個作用。

（1）吸附架橋作用：在離子鍵、氫鍵和范德華力的作用下，水中的微生物絮凝劑可同時與其周圍較近的多個懸浮物相結合形成架橋，從而得到絮體[10]。

（2）電中和作用：當微生物絮凝劑所帶電荷符號與懸浮微粒表面所帶電荷符號相反時，在相反電荷的粒子之間則會發生電中和作用，這樣可有效減少微生物絮凝劑與懸浮微粒之間的靜電斥力從而增強絮凝吸引力，使得顆粒彼此之間更能充分接近，在絮凝過程中更容易凝聚在一起[11]。

（3）卷掃作用：在絮凝吸附結束之后得到的絮體（三維網狀結構）會在重力的作用下不斷下沉。由于絮體的結構像一張網，因此會在下沉的過程中網捕水中的膠體顆粒而沉降，從而完成微生物絮凝劑絮凝的整個過程[12]。

4 微生物絮凝劑的實際應用

微生物絮凝劑作為一種高效、安全、用量少、適用范圍廣的新型水處理技術，在處理高濃度有機廢水、建材廢水、改善活性污泥降沉性能及印染廢水脫色等方面都有較為突出的效果。從目前國內外對微生物絮凝劑應用的研究來看，在高濃度難降解廢水的除濁、脫色等方面具有獨特的處理效果。

4． 1 處理印染廢水

染料廢水不僅在色度方面明顯高于一般廢水，其所含成分比一般廢水更為復雜，且還含有多種難于被微生物降解的物質因而可生化性較弱。而目前常用的無機、有機高分子絮凝劑對此類廢水中有色物質的去除效果并不十分理想。莊源益[13]等篩選出6株菌株（代號為NAT－1至NAT－6）對水溶液中幾種典型的染料進行絮凝實驗，在NAT型生物絮凝劑絮凝中加入5mL 10%CaCl2溶液后，活性艷藍染料的脫色率最高可達65%左右。胡筱敏[14]等在處理硫化染料廢水時使用未添加助凝劑的MBF A－9，在投加劑量僅為 0．1mol／L 時，可使光密度（OD590）從處理前的1．89 降為處理后的 0．015，處理效率為 99．2%，脫色率也可達99．2%。

4． 2 處理食品工業廢水

陶濤[15]等使用味精廠的生產廢水進行絮凝實驗。在未調節被處理水pH值的情況下用微生物絮凝劑普魯蘭對廢水進行處理，在最佳投加劑量300mg／L時，廢水的 COD（由 36320mg／L 降至 22277mg／L）去除率為38．7%，SS（懸浮固態顆粒）去除率最高可達到44．6%，濁度去除率可達99%以上。鄧述波[16]等使用淀粉廠產生的麩質水（也被稱為黃漿水廢水）進行絮凝實驗。與目前常使用的絮凝劑（聚鋁與聚丙烯酰胺）相比，所使用的微生物絮凝劑（絮凝劑產生菌A－9產生）在懸濁物的除去、沉降速度方面具有明顯的優勢。經絮凝沉降處理后的廢水COD（由6222mg／L降至 1962mg／L） 去除率為 70．52%，SS（由 2145mg／L降至 310mg／L）去除率達到 93．59%。陳燁[17]等使用啤酒廠的生產廢水進行絮凝實驗。在最佳處理工藝條件下，直接使用硅酸鹽細菌GY03菌株產生的微生物絮凝劑對廢水進行處理，廢水中各指標值都有所下降，BOD （由 761mg／L 降至 172mg／L） 去除率為77．40%，COD（由 1479mg／L 降至 436mg／L）去除率為70．52%，SS 去除率達到 93．59%。

4． 3 處理高濃度有機廢水

高濃度有機廢水主要來自于造紙、畜牧等行業。畜產廢水所含總有機碳（TOC）和總氮（TN）濃度較高。目前，大部分畜產廢水都是直接排放到環境中，因而造成了嚴重的環境污染。李兆龍[18]等人在使用的微生物絮凝劑NOC－1中添加鈣離子后，用其處理畜產廢水 10min，TOC（由 8200 mg／L 降至 2980 mg／L）去除率為 63．7%。TN（從 420 mg／L 下降為 215 mg／L）去除率為49%，廢水OD660值從15．7降為0．85，處理率為94．6%。沈榮輝[19]等分別考察了三種絮凝劑（微生物絮凝劑、聚丙烯酸鈉、微生物絮凝劑＋聚丙烯酸鈉）在最佳絮凝條件下對味精廢水進行預處理的效果，從實驗數據上看，與聚丙烯酸鈉相比微生物絮凝劑具有更好的絮凝效果，將微生物絮凝劑與少量SPA（聚丙烯酸鈉）混合后，COD（由 47500mg／L 降至20900mg／L）去除率達56%，使味精廢水的預處理效果得到了進一步的提高。

4． 4 在活性污泥處理廢水中的應用

在使用活性污泥處理廢水時，常常因活性污泥的沉降性能變差而影響到整個處理系統的效率，這已經成為使用活性污泥處理廢水時最難解決的問題之一。文獻[7]指出，將微生物絮凝劑NOC－1添加到已膨脹的活性污泥中，可使SVI（污泥體積指數）明顯降低，從 290mg／L 下降到 50mg／L，處理率為82．8%。馬希晨[20]等提取回流污泥并在培養基上分離、篩選菌種，菌種在發酵基上進行培養后產生MF生物絮凝劑，用其處理膨脹活性污泥，可使SVI指數明顯降低 （從 281mg／L 下降到 54mg／L），處理率為80．8%[16]。

5 結語

微生物絮凝劑的研究和開發應用正不斷向高效、新型、廉價等方向拓展，一方面源于人們對生態建設和環境保護的日益重視，另一方面則源于它的現實意義不僅在于使人類的生活環境變得更好，還在于它是一項福澤當代，利在千秋的持久工程。微生物絮凝劑的研究以及在污水處理方面的不斷應用，不僅使水處理技術的使用領域繼續擴展，而且使污水處理技術踏上了新的臺階。但就目前而言，對微生物絮凝劑的開發仍存在一系列問題，如：成本較高而無法滿足工業化生產的需求、大多數研究還處于菌種的篩選階段等，但其開發不會因為這些問題而停止。優良菌種的篩選以及生物技術與各類水處理技術的不斷融合，為微生物絮凝劑研究過程中出現的諸多問題提供了有效的解決途徑。從長遠來說，微生物絮凝劑必將成為未來絮凝劑發展的熱門之一。

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