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1、微生物絮凝剂及其在污水处理中的应用魏飞,金中华,孙军德(沈阳农业大学,辽宁沈阳 110161)絮凝剂是一类可使在水体中不易沉降的悬浮颗粒凝聚沉淀的物质。一般可分为有机合成高分子絮凝剂、无机絮凝剂和微生物絮凝剂[1]。有机高分子絮凝剂又分为有机合成的高分子絮凝剂(如聚丙烯酰胺)和天然高分子物质(如甲壳素、腐植酸、改良淀粉)。在这些絮凝剂中,有机合成的高分子絮凝剂因其良好的絮凝效果和低廉的价格而被广泛应用,但此类絮凝剂如聚丙烯酰胺的单体有神经毒性和三致效应(致畸、致癌、致突变)[2]。无机高分子絮凝剂大体上可以分为铝系和铁系,目前使用较多的有聚合硫酸铝、聚合氯化铝等几种。有关研究表明,铝
2、盐具有毒性,常饮用以铝盐为絮凝剂的水,能引起老年性痴呆症。铁盐会造成处理水中带颜色,高浓度的铁也会对人类健康和生态环境产生不良影响[3]。因此,研究开发絮凝活性高、安全无毒和不造成二次污染的絮凝剂具有重要意义。微生物絮凝剂(ｍｉｃｒｏｂｉａｌｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ,简称ＭＢＦ)是利用现代生物技术,通过微生物发酵、提取、精制,从微生物菌体或其分泌物中得到的具有生物降解性和安全性的新型、高效、无毒的廉价的水处理剂。本文综述了微生物絮凝剂的主要组成、特点、絮凝机理及应用现状。1 微生物絮凝剂的物质组成及特点1.1 微生物絮凝剂的物质组成 到目前为止,已报道的微生物产生的絮凝物质为糖蛋白、粘
3、多糖、蛋白质、纤维素等高分子化合物,其分子量一般在105以上。从化学组成上来看,微生物絮凝剂主要是微生物代谢产生的各种多聚糖类、蛋白质,或者是蛋白质和糖类参与形成的高分子化合物。多聚糖中有的是由一种单体聚合而成,而有的则是由多种糖单体聚合而成的杂多糖类。此外,有的微生物絮凝剂中还有无机金属离子,如Ｃａ2+、Ｍｇ2+、Ａｌ3+、Ｆｅ2+等[4]。1.2 微生物絮凝剂的特点1.2.1 高效性 与现在常用的各类絮凝剂,如铁盐、铝盐和聚丙酰胺等相比,在同等用量下,微生物絮凝剂对活性污泥的絮凝速度最大,而且絮凝沉淀比较容易用过滤除去。1.2.2 无毒性 微生物絮凝剂的急毒试验结果表明:小白鼠一
4、次性吞食1ｇ/ｋｇ的絮凝剂后,体态、饮食、运动等均无异常反应,给小鼠、豚鼠注射Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓｅｒｙｔｈｒｏｐｏｌｉｓ细胞及培养液,均不致病。证明微生物絮凝剂安全、无毒,完全能用于食品、医药等行业。1.2.3 消除二次污染 微生物絮凝剂为微生物菌体或菌体分泌的生物高分子物质,属于天然有机高分子絮凝剂,因此它不会危害其他生物,也不会影响生态环境;且絮凝后的残渣可被生物降解,不会造成二次污染。1.2.4 应用范围广泛 微生物絮凝剂能絮凝处理的对象较广,有活性污泥、粉煤灰、果汁、饮用水、河底沉积物、细菌、酵母菌和各种生产废水,而其他絮凝剂则由于各自的特性而在具体应用领域受到一定限制[
5、5,6]。1.2.5 成本较低 主要从两方面考虑:微生物絮凝剂为生物菌体或有机高分子,较化学絮凝剂便宜,微生物絮凝剂是靠生物发酵产生的,化学絮凝剂是人工合成的,从生产所用原材料、生产工艺和能源消耗等方面考虑,微生物絮凝剂成本很低,这一点已为国内外普遍认同;微生物絮凝剂处理技术总费用低于化学絮凝处理技术的处理费用,前者约为后者的2/3。2 微生物絮凝剂的絮凝机理 在利用ＭＢＦ进行水处理过程中,往往由于对ＭＢＦ的絮凝机理不清楚,而导致不必要的资源浪费。例如,絮凝剂的投加量过多或相对较少而导致处理效果不明显,或使用ＭＢＦ来处理带有同种电荷的污水从而导致絮凝剂使用的浪费。只有清楚ＭＢＦ的絮
6、凝机理才能更好的对症下药。微生物絮凝剂是带有电荷的生物大分子,关于它的絮凝机理主要有以下3种,其中以桥联机理学说最为人们接受[7,4]。2.1 桥联作用絮凝剂借助离子键、氢键,同时结合了多个颗粒分子,因而在颗粒建起了“中间桥梁”的作用,把这些颗粒连接在一起,从而使之形成网状结构沉淀下来。有实验表明,絮凝剂絮凝膨润土过程时,通过测定等温线和Ｚｅｔａ电位发现絮凝剂确实是以“桥联方式”絮凝的[5]。2.2 电性中和水中胶体一般带有负电荷,当带有一定正电荷的链状生物大分子絮凝剂或其水解产物靠近这种胶粒时,将中和其表面的部分电荷,使胶体脱稳,从而使胶粒之间、胶粒与絮凝剂分子之间易产生互相碰撞,
7、通过分子间作用力凝聚而沉降下来。许多加入金属离子或调节ｐＨ即可影响其絮凝效果实验,主要是通过影响其带电性而起作用的[8]。2.3 化学反应生物大分子中某些活性基团与被絮凝物质相应的基团发生了化学变化,聚集成较大分子而沉淀下来[9,10],通过对生物大分子改性、处理,使其添加或丧失某些活性基团,其絮凝活性就大受影响。有些学者认为这些絮凝剂絮凝活性大部分依赖于活性基团。温度影响絮凝效果,主要通过影响其化学基团活性从而影响其化学反应。3 影响微生物絮凝剂产生的因
