微生物絮凝劑在廢水處理中的研究現狀及發展方向

張瓊

摘 ?要：隨著我國城市化進程的加快、經濟的飛速發展，各類廢水的排放不斷增加，隨之給污水的治理工作也帶來了極大的挑戰。現階段，微生物絮凝劑作為一種天然的高分子絮凝劑，在污水的處理方面具有十分理想的效果，而且不容易產生污染。[1]且相較于其他處理廢水的方式，微生物絮凝劑具有獨特的優勢。因此，本文概括了微生物絮凝劑廢水方面的研究現狀，并指出其在廢水領域治理研究中存在的問題，同時提出微生物絮凝劑在廢水處理領域的的研究發展方向，最后提出微生物—化學絮凝劑對含磷廢水的處理。

關鍵詞：微生物絮凝劑;廢水處理;研究現狀;發展方向

前言：

十三五規劃中提出，推進生態文明建設是實現中國夢的偉大舉措，同時也掀起了社會對環保問題的重視，2017年習近平主席提出的關于“綠水青山”的講話內容，更是將環保問題提上桌面。水生態系統對維持人類健康生活以及可持續發展至關重要。[2]而目前，我國的水體污染十分嚴重且污染種類眾多，未經治理的工業污水、殘留大量農藥的農藥廢水及生活中產生的大量生活廢水都給我國的地表水和地下水帶來了嚴峻的污染問題。且而在各類廢水的整治中，微生物絮凝劑具有良好的生物學特性，同時以其良好的生物降解性、安全無毒、高效絮凝劑效果等特點，在各類污水的處理中得到了廣泛的應用。

基于前人研究基礎，有較多關于微生物絮凝劑在廢水治理方面的研究，但是微生物絮凝劑在實際應用方面仍存在很大的挑戰，且有關微生物絮凝劑相關研究目前仍沒有重大突破，因此，微生物-化學復合絮凝劑的研究與發展是當前重要的發展趨勢。目前，將微生物與化學吸附相結合應用于廢水處理的方法，尚未出現。因此，本次課程作業我就從微生物絮凝劑在廢水中的研究現狀、存在的問題，以及復合絮凝劑等方面進行探討。

第一章 微生物絮凝劑的研究現狀

1.1微生物絮凝劑國內外研究現狀

隨著科技水平的發展，絮凝劑的生產技術也在不斷進步與發展。按照化學成分組成，目前絮凝劑主要有無機絮凝劑、有機高分子絮凝劑、微生物絮凝劑、復合絮凝劑等四類。

微生物絮凝劑的出現，大大地提高了絮凝效果，更有助于污水處理工作的開展，因此引起來國內外學者的廣泛重視。微生物絮凝劑（簡稱MBF），是指由微生物的身產生的、具有高效絮凝作用的天然高分子物質。[3]從國內外研究最早的絮凝劑產生菌是1935年Butterfield從活性污泥中分離出來的，1971年，Zajic和Knetting也從煤油中分離出了一株捧狀桿菌，該菌可分泌對泥水具有絮凝作用的多聚物。1986年Ryuichiro KuraneP等人將NOC-l用于畜產廢水、膨脹污泥和磚場生產廢水等的處理，均取得了很好的效果。而我國在微生物絮凝劑方面的研究還比較晚，且目前微生物絮凝劑的研究方面還主要停留在實驗室研究階段，因此還暫時未出現大規模工業生產應用。

1.2微生物絮凝劑的特點與優勢

綜合比較多種絮凝劑，微生物絮凝劑具有高效、安全的特點，且由于它同時具有絮凝劑及微生物可降解的特性，因此對環境不產生二次污染，也逐漸應用到環境治理的領域，如在高濃度難降解廢水的除濁、除重金屬，脫色和除油等方面它就表現出很大的優勢。除此之外，相較于傳統絮凝劑而言，微生物絮凝的用量少、作用條件較粗放，因此其適用范圍也更廣。由于它的獨特性質，它的脫泥效果也很好，能夠很好地改善傳統活性污泥工藝系統運行中出現的污泥活性不高、污泥膨脹等問題。除此之外，從目前國內外對微生物絮凝劑應用方面的研究來看，它的應用領域比我們想象中的還要廣泛，不止應用于生態環境中處理污水，還廣泛地應用于醫藥、食品加工及發酵等相關行業的固液分離方面。

第二章 微生物在廢水治理中的應用

2.1在去除懸浮顆粒方面的應用

隨著工業化進程，工業廢水的產生難以通過普通的方法進行有效處理。而據研究發現，在實際研究和應用中，很多微生物絮凝劑在懸浮物廢水去除方面有著較理想的效果。例如，王偉等[4]研究發現絮凝劑 GSY-9 分子上各個吸附點對煤泥水中各組分具有不同程度作用力，且最終能完成對煤泥水的有效絮凝。張超等人[5]提到微生物絮凝劑在難處理的建筑材料加工廢水懸浮物的應用方面有著較好的絮凝效果，在向陶瓷廠廢水中添加微生物絮凝劑NOC-1后，廢水的OD值可從原來的1.4降至0.043。且相較于其他材料而言，用微生物絮凝劑處理懸浮物高達150g·L-1的濁水，沉降率是陽離子聚丙烯酰胺的2.5倍，陰離子聚丙烯酰胺的4倍[6-8]。李靜等[9]通過研究發現，MBF-HG6微生物絮凝劑及助凝劑CaCl2共同處理粉煤灰，其結果是對于膠體顆粒脫穩后的絮凝和吸附架橋具有鞏固作用，且能夠實現最大限度地去除含鉛廢水中的重金屬。

由此可見，目前已有較多的微生物絮凝劑在去除懸浮顆粒方面的應用效果較為理想，且對這些固體懸浮物含量較高的廢水有著良好的澄清除濁效果。

2.2在水質改善方面的應用

早有學者表明，微生物絮凝劑在處理城市廢水方面有著很理想的效果。主要原因是因為，在城市生活廢水中能夠分離出一種混合高效的菌群，而該菌群就具有將生活廢水降解和絮凝的作用，它能夠去除污水中大量化學需氧量（COD）、五天生化需氧量（BOD5）等物質，且高分子絮凝劑對COD的去除率高達68%，對懸浮物的去除率高達91%。而在處理水體惡臭方面，美國生物細菌控制系統公司亞洲有限公司研制的高效生物凈水劑PX，處理2.2萬t·d-1的市政污水，添加量為1/107，使臭味得到控制，BOD去除率80%～90%，SS去除率80%～92%：處理300t·d-1的酒店污水，添加量為1g·t-1，3d后臭味消失，7d后出現明顯效果，隔油池積油消除，出水BOD為20mg·L-1，COD為80mg·L-1[10]。此外，微生物絮凝劑對于有色廢水的處理方面也表現出較好的脫除效果。例如，R.Kurane發現Alcaligenes latus B-16產生的絮凝劑對化妝品廠排放的藍色廢水具有良好的脫色效果[11]。

微生物絮凝劑對于改善水體質量的方面的應用還遠遠不止這些，國內外還有大量研究表明，微生物絮凝劑對于含油污水等乳濁液的處理、對于污泥沉降性能的改善以及在工業廢水中提純物質方面都具有較理想的效果。

2.3重金屬廢水處理及貴金屬回收

就目前我國環境而言，金屬廢水中的金屬離子仍是造成水體污染的重要原因，且這些金屬離子很多都具有生物毒性，過多地排放到外界不僅會急劇地增加環境污染，也會危害到人體健康。因此，在金屬廢水的治理和貴重金屬的回收方面，微生物絮凝劑也得到了較好的應用。首先在重金屬廢水處理，目前使用廣泛的傳統處理方法有化學還原、電解、離子交換等，微生物絮凝劑與之相比，在mg·L-1級的廢水處理上擁有著獨特優勢，而且效果十分顯著，在后處理時，用一般的化學方法如調節p H，加入較強絡合能力的解吸劑，就可以解吸生物吸附劑上的重金屬離子，回收吸附劑以循環利用。與此同時，Bender等先后報道了藻青菌可以從水中除去Mn2+、Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+、Co3+、Cr3+、Fe3+等金屬離子。

第三章、微生物絮凝劑存在問題與發展趨勢

3.1微生物絮凝劑的發展現狀

根據上文可知，微生物絮凝劑在環境治理方面起著重要作用，且在廢水治理的多方面也實現了巨大的突破。但根據查閱文獻可知，應用微生物絮凝劑治理廢水還存在著許多不足，比如說在篩選高效菌種的條件較為嚴苛，難以培養：且我國目前在微生物絮凝劑的研究仍沒有重大突破，也沒有公認的機理。另外，培養基的成本及培養條件也較高，導致絮凝劑產量低，因此難以實現規模生產，在實際應用過程中缺乏廣泛應用性和可行性，且很難大規模地應用到實際生態環境的治理方面。但隨著絮凝劑的不斷發展，復合型絮凝劑的應用已經體現出一定的優勢，而開發復合型絮凝劑即微生物-化學復合絮凝劑，則可以實現優勢互補。

3.2在含磷廢水的處理方面

我們知道，隨著農業的發展，有機農藥的排放日益嚴重，且在農藥中所含的有害物質很多，其中最為主要的是有機磷及其有機鹽，這就給水體污染帶來巨大壓力。因此處理污水中的磷，成為當前重要的研究方向。含磷廢水處理方法工藝主要包括，高級氧化技術，超聲波技術，生物化學技術。常用于處理該廢水的方法主要包括鐵碳微電解法、臭氧氧化法、生物化學法、高級氧化法和光催化氧化法等方法。張海彥等提出，生物法對低濃度磷處理基本能達到排放標準，但對高濃度磷處理很難達到排放標準，且還存在二次污染的問題;而化學除磷法能可靠有效地去除磷，具有除磷效果較好、運行穩定等優點。但我們知道，目前單獨的處理工藝處理效果不理想而且費用高，仍較為局限，效果不理想。

第四章、微生物化學復合絮凝劑

4.1微生物化學復合絮凝劑研究背景

隨著我國城市化進程的不斷加快和經濟迅速發展，工業廢水、生活污水、畜業廢水產生以及排放量都在不斷地增加，所以，污水處理的問題也變得十分嚴峻，勢在必行。現階段，微生物絮凝劑對于污水處理的效果十分良好而且不容易產生污染，但在廣大廢水處理方式中，復合絮凝劑憑借優勢脫穎而出，受到了很多企業的支持與關注。

雖然微生物絮凝劑在污水治理中表現出較理想的效果，但目前單獨的處理工藝處理效果不理想而且費用高。因此，隨著絮凝劑的迅速發展，復合絮凝劑開始應運而生并逐漸成為目前的研究領域。復合絮凝劑，即將多種單組分絮凝劑通過化學反應而形成的大分子量大共聚復合物。復合絮凝劑是將前幾種絮凝劑按一定的配比所形成的一種復合型絮凝劑，它在一定程度上克服了單一絮凝劑適用范圍窄等缺點，可以綜合多種絮凝劑的優勢，有助于提高絮凝效果。

4.2微生物化學復合絮凝劑研究目標

復合絮凝劑是將兩種或多種單組分絮凝劑通過某些化學反應，形成大分子量的共聚復合物，這樣既克服了單一絮凝劑的不足，也充分發揮了多種絮凝劑的協同作用產生顯著的增效互補作用，實踐證明，復合絮凝劑表現出優于單一絮凝劑的絮凝性能。

因此，此次通過期末作業的機會，展望了復合絮凝劑的研究發展方向，并提出了自己的研究設想。本設想為實驗將探究微生物—化學絮凝劑對含磷廢水的處理為例，展望復合絮凝劑的研究發展方向。查閱文獻得知，實驗中提到的Candidatus Accumulibacte（假絲酵母）是最新研究表明的主要除磷微生物。

基于前人研究基礎，有較多關于其他含磷廢水處理方法的研究，但將微生物與化學吸附相結合的方法，尚未出現。具體實驗路線見圖1，懇請老師予以批評指正。

4.3實驗思路設想

微生物-化學絮凝劑處理含磷廢水的研究

參考文獻

[1] ?梁翠紅，李園園.微生物絮凝劑在污水處理上的應用[J].低碳世界，2018（11）：14-15.

[2] ?楊蕾，趙維貞.我國污染水體生態恢復產業的完善路徑[J].科學與管理，2018，38（05）：46-51.

[3] ?趙嘉寧.微生物絮凝劑的研究現狀及發展趨勢[J].化工設計通訊，2018，44（04）：129.

[4] ?王偉. 微生物絮凝劑對煤泥水中微細粒煤與礦物選擇絮凝及其機理研究[D].太原理工大學，2017.

[5] ?張超，陳文兵，武道吉.微生物絮凝劑在廢水處理中的應用[J].化工技術與開發，2013，42（09）：49-52+58.

[6] ?A protein bioflocculant produced by rhodococcus erythropolis. Takeda M，Kurane R，Koizumi J，et al. Agricultural and Biological Chemistry . 1991

[7] ?Production of a bioflocculant by Rhodococcus erythropolis S-1 grown on alcohols. Kurane R，Hatamochi K，Kakuno T，et al. Bioscience Biotechnology and Biochemistry . 1994

[8] ?Microbial flocculation of waste liquids and oil emulsion by a bioflocculant from Alcaligenes latus. Ryuichro Kurane，Yasuhiro Nohata. Agricultural and Biological Chemistry . 1991

[9] ?李靜. 粉煤灰—微生物絮凝劑聯合去除含鉛廢水的研究[D].內蒙古工業大學，2017.

[10] ?Screening for and characteristics of microbial flocculants. Kurane R，Takeda K，Suzuki T. Agricultural and Biological Chemistry . 1986

[11] ?Flocculation of bentonite particles by a cyanobacterial bioflocculant. N Levy，Y Bar-or，S Magdassi. Colloids and Surfaces . 1990