生物絮凝剂的研究和发展

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1、生物絮凝剂的研究和发展摘要：絮凝沉降法是一种很有效的净化污染水体的方法。主要的絮凝剂有无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂和生物絮凝剂。生物絮凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂本身固有的缺陷，最终实现无污染排放，因此生物絮凝剂是最具发展潜力的新型高效环保型絮凝剂。关键词：生物絮凝剂，絮凝机理随着工业生产的发展，用水量急剧增加，工业废水也相应增加，不论饮用水、工业用水，还是废水都必须经过处理才能使用或排放。水处理方法很多，如絮凝沉淀法、生化法、离子交换法等等。目前广泛应用于水处理中的絮凝剂主要有无机高分子絮凝剂和有机高分子絮凝剂。由于无机絮凝剂一般用量较大且可能对环境产生二次污染，有机

2、高分子絮凝剂的残留物不易被生物降解，且其单体具有强烈的神经毒性和"三致"(致畸形、致突变、致癌)效应。自20世纪80年代后期，伴随生物技术的发展，生物絮凝剂应运而生。生物絮凝剂是指利用生物技术，通过微生物的发酵、抽提、精制而得到的一类絮凝剂[1].。生物絮凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂本身固有的缺陷，最终实现无污染排放，因此生物絮凝剂是最具发展潜力的新型高效环保型絮凝剂。1、生物絮凝剂的种类微生物絮凝剂的研究者早就发现，一些微生物如酵母、细菌等有细胞絮凝现象，但一直未对其产生重视，仅是作为细胞富集的一种方法。近十几年来，细胞絮凝技术才作为一种简单、经济的生物产品分离技术在

3、连续发酵及产品分离中得到广泛的应用。微生物絮凝剂是一类由微生物产生的具有絮凝功能的高分子有机物。主要有糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等。从其来源看，也属于天然有机高分子絮凝剂，因此它具有天然有机高分子絮凝剂的一切优点。同时，微生物絮凝剂的研究工作已由提纯、改性进入到利用生物技术培育、筛选优良的菌种，以较低的成本获得高效的絮凝剂的研究，因此其研究范围已超越了传统的天然有机高分子絮凝剂的研究范畴。具有分泌絮凝剂能力的微生物称为絮凝剂产生菌。2、生物絮凝剂的化学组成和微观结构近年来,国内外研究者借助各种技术手段对多种絮凝剂的组成与性质进行了较为详细的分析。现将部分生物絮凝剂的分子组成与性质归纳

4、如表1所示。某些生物絮凝剂的分子组成会随培养条件的改变而发生变化。Mycobacteria和Nocandia合成的絮凝剂分子中霉菌酸的碳链长度及不饱和度会随培养温度的变化而变化;Rhodococcusrhodochrous则能够通过改变培养基中的碳源而改变含霉菌酸的絮凝剂的分子结构。由此,Kurane曾设想,利用微生物的这一特性可以为通过改造分子结构,构造更高活性的生物絮凝剂提供了有利条件。[2]3生物絮凝剂的絮凝机理絮凝是个很复杂的过程目前有多种理论可以解释絮凝机理其中主要的有以下三种桥联作用、电性中和作用、基团反应下面分别对它们进行介绍。（1）桥联作用对于生物絮凝剂的作用机理先后提

5、出过很多学说。目前较为普遍接受的是桥联作用机理。该学说认为絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力同时吸附多个胶体颗粒在颗粒间产生“架桥”现象从而形成一种网状三维结构而沉淀下来。Levy等以吸附等温线和z-电位测定表明环圈项圈藻PCC-6722所产絮凝剂对膨润土絮凝过程确以“桥联”机制为基础。用电镜照片显示聚合细菌之间有孢外聚合物搭桥相连正是这些桥使细胞丧失了胶体的稳定性而紧密地聚合成凝聚状在液体中沉淀下来。（1）电性中和水中胶粒一般带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中和其表面上的部分电荷使胶粒脱稳从而胶粒之间、胶粒与絮凝剂分子间易发生碰撞而沉淀。加

6、入金属离子或调节pH即可影响其絮凝效果主要是通过影响其带电性而起作用。（2）基团反应絮凝剂大分子中某些活性基团与被絮凝物质相应的基团发生化学反应聚集成大分子而沉淀下来。通过对天然大分子改性添加或去掉某些活性基团其絮凝活性就大受影响说明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而起作用。其他的絮凝机理如网捕作用、粘质说等可解释部分絮凝现象从生物絮凝剂的多样性以及絮凝范围的广谱性可以肯定絮凝机理是多样的。[3]3影响微生物絮凝剂絮凝效果的因素(1)培养基碳源种类对絮凝活性的影响由图2可知在不同碳源中葡萄糖不利于微生物絮凝剂的产生而以乳糖和可溶性淀粉为

7、碳源时培养液具有较高的絮凝活性。另外可溶性淀粉价格比乳糖相对较低因此采用它作为菌株产微生物絮凝剂的最佳碳源。(1)培养基中氮源种类对絮凝活性的影响由图3可知在不同氮源中蛋白胨不利于微生物絮凝剂的产生而以酵母膏和硫酸铵为氮源时培养液具有较高的絮凝活性。另外硫酸铵价格相比酵母膏相对较低因此采用它作为菌株产微生物絮凝剂的最佳氮源。(2)培养基初始值pH对絮凝活性的影响由图4可知培养基初始值pH对微生物絮凝剂的活性有显著影响。在所考察的pH值范围内该菌