微生物絮凝劑在污水處理中的應(yīng)用
摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和城市化水平的不斷提高，污水的排放量也日漸增加。污水處理方法很多，微生物絮凝劑由于具有活性高、易生物降解、安全無(wú)害、無(wú)污染等特點(diǎn)倍受關(guān)注。文章介紹了目前對(duì)微生物絮凝劑的相關(guān)研究及其在污水處理中的具體應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：微生物絮凝劑；絮凝機(jī)理；污水處理
目前，農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及城市生活所排放的污水已成為當(dāng)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?cè)噲D尋找更為有效的解決方案。其中，絮凝技術(shù)作為眾多水處理技術(shù)當(dāng)中較為經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的一種而廣受人們的青睞。無(wú)機(jī)和有機(jī)高分子絮凝劑是我國(guó)長(zhǎng)期研制和應(yīng)用的兩類化學(xué)絮凝劑，這兩類絮凝劑都以其各自的優(yōu)勢(shì)在不同領(lǐng)域發(fā)揮作用。然而，這兩類污水處理技術(shù)在使用過程中都會(huì)給人類的身體健康以及生態(tài)環(huán)境帶來許多不良影響[1]。無(wú)機(jī)絮凝劑絮凝速度快，形成的礬花比重大，且易降沉，但會(huì)給被處理液帶入鋁、鐵等大量無(wú)機(jī)離子，人體攝入過量的鋁離子，有可能引發(fā)老年癡呆癥等一系列疾病。腐蝕性強(qiáng)是鐵鹽類絮凝劑在使用時(shí)的最大問題，會(huì)縮短設(shè)備的使用壽命，且會(huì)給被處理水帶來顏色。有機(jī)高分子絮凝劑絮凝速度比無(wú)機(jī)絮凝劑更快，且在投加量、分離過程、適應(yīng)性等方面都更具優(yōu)勢(shì)，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(chǎn)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(huán)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(xué)絮凝劑相比而突顯出來的優(yōu)越性使得微生物絮凝劑迅速發(fā)展起來，其無(wú)二次污染的突出優(yōu)點(diǎn)更是引起了眾多研究者的關(guān)注，開發(fā)前景廣闊。
1 微生物絮凝劑
微生物絮凝劑（MBF）是由微生物產(chǎn)生的有絮凝活性的次生代謝產(chǎn)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(zhì)[2]。微生物絮凝劑主要包括[3，4]：利用微生物細(xì)胞的絮凝劑（如土壤、活性污泥中分離篩選得到的放線菌、細(xì)菌等）、利用微生物細(xì)胞壁提取物的絮凝劑（如提取酵母細(xì)胞壁得到的蛋白質(zhì)、葡聚糖、甘露聚糖等）、利用微生物細(xì)胞代謝產(chǎn)生的絮凝劑（如細(xì)菌的莢膜和粘液）和利用克隆技術(shù)所獲得的絮凝劑。按化學(xué)組成不同可將其分為：糖蛋白、纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪、核酸等[5]。文獻(xiàn)[6]報(bào)道：細(xì)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(chǎn)生的絮凝劑當(dāng)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(chǎn)）；絮凝劑PF101（H．Takagi 于1985 利用擬青霉素研制生產(chǎn)）；絮凝劑NOC-1（R．Kurane 等人于1986 年利用紅平紅球菌研制生產(chǎn)）。
2 微生物絮凝劑的特點(diǎn)
（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(guī)絮凝劑，并且其絮凝物采取過濾等比較簡(jiǎn)單的操作即可除去（如：紗布過濾）[8]。（2）安全無(wú)毒性：已被運(yùn)用于某些安全性要求較高的生產(chǎn)領(lǐng)域，如：醫(yī)藥行業(yè)和食品行業(yè)。（3）無(wú)二次污染：微生物絮凝劑本身以及其絮凝后產(chǎn)生的絮凝物質(zhì)都具有較強(qiáng)的可生化性，比常規(guī)絮凝劑更易被微生物降解，在絮凝前后都不會(huì)產(chǎn)生二次污染。（4）用途廣泛：微生物絮凝劑的應(yīng)用范圍非常廣泛，使用微生物絮凝劑處理廢水已涉足工業(yè)、礦業(yè)、畜牧業(yè)、建筑業(yè)等眾多行業(yè)，且在絮凝和脫色方面比常規(guī)使用的各類絮凝劑有更為突出的處理效果。（5）投放量相對(duì)少：處理等量污水時(shí)，在用量少于常規(guī)絮凝劑的情況下，可達(dá)到相同的處理效果[9]。
3 微生物絮凝劑的絮凝機(jī)理
隨著微生物絮凝劑絮凝機(jī)理研究的不斷深入，研究者對(duì)微生物絮凝劑的絮凝機(jī)理提出了不同的假說。受到眾多研究者認(rèn)可的是橋聯(lián)學(xué)說，其包括以下三個(gè)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(shí)與其周圍較近的多個(gè)懸浮物相結(jié)合形成架橋，從而得到絮體[10]。
（2）電中和作用：當(dāng)微生物絮凝劑所帶電荷符號(hào)與懸浮微粒表面所帶電荷符號(hào)相反時(shí)，在相反電荷的粒子之間則會(huì)發(fā)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(qiáng)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(jié)束之后得到的絮體（三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）會(huì)在重力的作用下不斷下沉。由于絮體的結(jié)構(gòu)像一張網(wǎng)，因此會(huì)在下沉的過程中網(wǎng)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(gè)過程[12]。
4 微生物絮凝劑的實(shí)際應(yīng)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(shù)，在處理高濃度有機(jī)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(guó)內(nèi)外對(duì)微生物絮凝劑應(yīng)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(dú)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(fù)雜，且還含有多種難于被微生物降解的物質(zhì)因而可生化性較弱。而目前常用的無(wú)機(jī)、有機(jī)高分子絮凝劑對(duì)此類廢水中有色物質(zhì)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(hào)為NAT-1 至NAT-6）對(duì)水溶液中幾種典型的染料進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)，在NAT 型生物絮凝劑絮凝中加入5mL 10％CaCl2 溶液后，活性艷藍(lán)染料的脫色率最高可達(dá)65％左右。胡筱敏[14]等在處理硫化染料廢水時(shí)使用未添加助凝劑的MBF A-9，在投加劑量?jī)H為0．1mol／L 時(shí)，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(dá)99．2％。
4．2 處理食品工業(yè)廢水
陶濤[15]等使用味精廠的生產(chǎn)廢水進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)。在未調(diào)節(jié)被處理水pH 值的情況下用微生物絮凝劑普魯蘭對(duì)廢水進(jìn)行處理，在最佳投加劑量300mg／L時(shí)，廢水的COD（由36320mg／L 降至22277mg／L）去除率為38．7％，SS（懸浮固態(tài)顆粒）去除率最高可達(dá)到44．6％，濁度去除率可達(dá)99％以上。鄧述波[16]等使用淀粉廠產(chǎn)生的麩質(zhì)水（也被稱為黃漿水廢水）進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)。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(chǎn)生菌A-9 產(chǎn)生）在懸濁物的除去、沉降速度方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)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(dá)到93．59％。陳燁[17]等使用啤酒廠的生產(chǎn)廢水進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)。在最佳處理工藝條件下，直接使用硅酸鹽細(xì)菌GY03 菌株產(chǎn)生的微生物絮凝劑對(duì)廢水進(jìn)行處理，廢水中各指標(biāo)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(dá)到93．59％。
4．3 處理高濃度有機(jī)廢水
高濃度有機(jī)廢水主要來自于造紙、畜牧等行業(yè)。畜產(chǎn)廢水所含總有機(jī)碳（TOC）和總氮（TN）濃度較高。目前，大部分畜產(chǎn)廢水都是直接排放到環(huán)境中，因而造成了嚴(yán)重的環(huán)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(chǎn)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(duì)味精廢水進(jìn)行預(yù)處理的效果，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(dá)56％，使味精廢水的預(yù)處理效果得到了進(jìn)一步的提高。
4．4 在活性污泥處理廢水中的應(yīng)用
在使用活性污泥處理廢水時(shí)，常常因活性污泥的沉降性能變差而影響到整個(gè)處理系統(tǒng)的效率，這已經(jīng)成為使用活性污泥處理廢水時(shí)最難解決的問題之一。文獻(xiàn)[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(shù)）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(yǎng)基上分離、篩選菌種，菌種在發(fā)酵基上進(jìn)行培養(yǎng)后產(chǎn)生MF生物絮凝劑，用其處理膨脹活性污泥，可使SVI 指數(shù)明顯降低（從281mg／L 下降到54mg／L），處理率為80．8％[16]。
5 結(jié)語(yǔ)
微生物絮凝劑的研究和開發(fā)應(yīng)用正不斷向高效、新型、廉價(jià)等方向拓展，一方面源于人們對(duì)生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的日益重視，另一方面則源于它的現(xiàn)實(shí)意義不僅在于使人類的生活環(huán)境變得更好，還在于它是一項(xiàng)福澤當(dāng)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(yīng)用，不僅使水處理技術(shù)的使用領(lǐng)域繼續(xù)擴(kuò)展，而且使污水處理技術(shù)踏上了新的臺(tái)階。但就目前而言，對(duì)微生物絮凝劑的開發(fā)仍存在一系列問題，如：成本較高而無(wú)法滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求、大多數(shù)研究還處于菌種的篩選階段等，但其開發(fā)不會(huì)因?yàn)檫@些問題而停止。優(yōu)良菌種的篩選以及生物技術(shù)與各類水處理技術(shù)的不斷融合，為微生物絮凝劑研究過程中出現(xiàn)的諸多問題提供了有效的解決途徑。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來說，微生物絮凝劑必將成為未來絮凝劑發(fā)展的熱門之一。
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作者簡(jiǎn)介：朱彬，男，浙江海寧人，遵義師范學(xué)院化學(xué)系教授，碩士。
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