尚 磊，郭麗麗

山東天元節(jié)能環(huán)保工程有限公司，山東新泰 271221

微生物絮凝劑在水處理上的應(yīng)用分析

尚 磊，郭麗麗

山東天元節(jié)能環(huán)保工程有限公司，山東新泰 271221

微生物絮凝劑因其高效性、無毒性而成為近年來國內(nèi)外研究開發(fā)的熱點(diǎn)課題，但對于它在凈化廢水過程中的實驗條件探索，尚未詳細(xì)研究。本文對微生物絮凝劑在工業(yè)實際應(yīng)用上的效果進(jìn)行了纖細(xì)的分析和解說，并對微生物絮凝劑的發(fā)現(xiàn)、絮凝機(jī)理、活性的因素及可分解的物質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究和討論

微生物；絮凝劑；污水處理；應(yīng)用分析

0 引言

目前，水處理方法很多，如吸附法、好氧法、厭氧法、混凝沉淀法、化學(xué)氧化法等等。其中混凝沉淀法以其見效快、構(gòu)造簡單、應(yīng)用范圍廣而受到中外學(xué)術(shù)界和環(huán)保行業(yè)的高度重視，而混凝沉淀法應(yīng)用過程中尤以混凝劑的選擇為其處理效果好壞的決定因素。微生物絮凝劑(MBF)因其高效性、無毒性而成為近年來國內(nèi)外研究開發(fā)的熱點(diǎn)課題，但對于它在凈化廢水過程中的實驗條件探索，尤其是在工業(yè)廢水處理中的實踐應(yīng)用，很少有人問津。

1 微生物絮凝劑概述

1.1 微生物絮凝劑的發(fā)現(xiàn)

70年代，日本學(xué)者在研究酞酸酯生物降解的過程中發(fā)現(xiàn)了具有絮凝作用的微生物培養(yǎng)液，以后的研究表明生物絮凝劑對水中膠體和懸浮顆粒物具有絮凝作用。隨后對培養(yǎng)基、菌種、生產(chǎn)條件等進(jìn)行了大量研究，開發(fā)出在廢水處理中有廣泛用途且無二次污染，代號為NOC-1的生物絮凝劑。

1.2 微生物絮凝劑的主要種類

1.2 .1 生物細(xì)胞的絮凝劑

生物細(xì)胞的絮凝劑，如某些細(xì)菌、霉菌、放線菌和酵母，他們大量存在于土壤、活性污泥和沉積物中。

1.2 .2 利用微生物細(xì)胞壁提取物的絮凝劑

微生物細(xì)胞壁提取物的絮凝劑，如酵母細(xì)胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白質(zhì)和N—乙酰葡萄糖胺等成分均可用作絮凝劑。

1.2 .3 利用微生物細(xì)胞代謝產(chǎn)物的絮凝劑

微生物細(xì)胞分泌到細(xì)胞外的代謝產(chǎn)物主要是細(xì)菌的莢膜和粘液質(zhì)，除水分外，其主要成分為多糖及少量的多肽、蛋白南、脂類及其復(fù)合物。其中多糖在某種程度上可用作絮凝劑。

至今發(fā)現(xiàn)的具有絮凝性的微生物已經(jīng)超過17種，包括霉菌、細(xì)菌、放線菌和酵母茵。一般來說，這些微生物產(chǎn)生的絮凝物質(zhì)的分子質(zhì)量多在1×105以上，如假單胞菌屬（Pseudomonas sp．）C-120產(chǎn)生的絮凝物質(zhì)的分子質(zhì)量大于2×106的天然雙鏈DNA.

2 微生物絮凝劑的絮凝機(jī)理

絮凝劑加入水中后，主要通過雙電層壓縮、電荷的中和作用、吸附架橋作用和網(wǎng)捕作風(fēng)使顆粒間排斥能降低，最終發(fā)生凝聚和絮凝。微生物絮凝劑是帶有電荷的生物大分子，其絮凝劑機(jī)理主要有下列幾種：

1）橋聯(lián)作用機(jī)理

在絮凝劑生物大分子濃度較低時，吸附在某個微粒表面上的生物分子長鏈可能同時吸附在另一個微粒的表面上，通過架橋方式將兩個或更多的微粒聯(lián)一起從而導(dǎo)致絮凝。

2）電荷中和機(jī)理

膠體粒子的表面一般帶有負(fù)電荷，當(dāng)帶有一定正電荷的鏈狀生物大分子絮凝劑或其水解產(chǎn)物靠近膠粒表面或被吸附到膠粒表面上時，將會中和膠粒表面上的一部分負(fù)電荷，減少靜電斥力，從而使膠粒間能發(fā)生碰撞而凝聚。

3）卷掃作用

當(dāng)微生物絮凝劑投量一定且形成小粒絮體時，可以在重力作用下迅速網(wǎng)捕，卷掃水中膠粒，而產(chǎn)生沉淀分離，稱為卷掃或網(wǎng)捕作用。這種作用基本上是一種機(jī)械作用，所需絮凝劑量與原水雜質(zhì)含量成反比。原水膠體雜質(zhì)含量少時，所需絮凝劑量大，反之亦然。

3 影響微生物絮凝劑絮凝活性的主要因素

3.1 絮凝劑分子的性質(zhì)

絮凝劑的分子性質(zhì)中分子結(jié)構(gòu)，分子形狀，分子質(zhì)量和發(fā)子所帶的基團(tuán)對絮凝劑的活性都有影響。如果分子是交聯(lián)的或支聯(lián)的結(jié)構(gòu)，其絮凝效果就不好。分子質(zhì)量對活性的影響，一般來說，分子質(zhì)量越高，絮凝活性就越好。如用蛋白酶處理產(chǎn)生的絮凝劑，使其分子質(zhì)量下降，就能導(dǎo)致該絮凝劑活性的下降。而絮凝劑分子所帶的一些特殊基團(tuán)能在絮凝過程中充當(dāng)顆粒物質(zhì)的吸附部位或維持一定的空間構(gòu)相，對絮凝劑的活性也有很大影響。

3.2 膠體顆粒的性質(zhì)

膠體顆粒的影響主要是由于膠體粒子的表面結(jié)構(gòu)與所帶電荷性質(zhì)影響絮凝效果，研究表明：絮凝過程是膠體顆粒與絮凝劑大分子相互靠近、吸附形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過程，因而大分子與膠體顆粒的表面電荷對絮凝效果有直接影響。而不同的絮凝劑對不同的膠體顆粒表現(xiàn)出不同的絮凝效果，也從側(cè)面證明膠體顆粒的表面結(jié)構(gòu)對絮凝劑活性的影響。

3.3 反應(yīng)體系

圖1 絮凝劑濃度對絮凝劑活性的影響

絮凝反應(yīng)過程中，絮凝劑的濃度，處理水中的鈣、鎂等離子的濃度，反應(yīng)體系的pH值和溫度等對絮凝劑的活性也有很大影響。隨著絮凝劑的加入，開始時，絮凝活性逐漸增強(qiáng)，當(dāng)絮凝劑濃度值達(dá)到一定范圍時，處理水的PH值不僅影響絮凝劑的表面電荷性質(zhì)、形態(tài)結(jié)構(gòu)，還影響到水體中懸浮物質(zhì)的電荷性質(zhì)，從而影響到它們的靠近和吸附行為。在酸性條件下，絮凝作用很弱，當(dāng)PH超過7時，絮凝活性迅速提高，并維持在較高水平。絮凝活性

達(dá)到最佳，當(dāng)濃度繼續(xù)增加時，絮凝活性急劇下降，造成水的濃度增大，膠體的顆粒的布朗運(yùn)動減弱，碰撞機(jī)會減少，不利于膠粒脫穩(wěn)凝聚，絮凝惡化。由此，可以確定絮凝劑的加入量有一個最佳值，過多或過少，絮凝效果均下降。圖l粗略表示此過程。

體系中的Ca2+，Mg2+等離子能夠改變膠體的C電位(膠體滑動層電位)，降低其表面電荷，促進(jìn)大分子與膠體顆粒的吸附與架橋。以Ca2+為例，隨著Ca2+濃度增加迅速上升到最大，且濃度即使再增加絮凝也沒有受到抑制，絮凝活性仍保持穩(wěn)定。該過程可以圖2表示。

圖2 Ca2+離子對絮凝活性的影響

4 微生物絮凝劑在污水處理中的應(yīng)用

4.1 微生物絮凝劑處理淀粉廢水

淀粉廠是食品行業(yè)的典型企業(yè)，解決淀粉廢水的處理問題具有重要意義。淀粉廠在進(jìn)行淀粉麩質(zhì)分離后，產(chǎn)生了麩質(zhì)水(俗稱黃漿水)，該水中含有細(xì)小的懸浮麩質(zhì)顆粒以及溶解性蛋白，從廢水中回收這些物質(zhì)可作為高蛋白飼料，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值。目前，淀粉廠普遍采用濃縮池沉淀分離水中的懸浮物，時間長，效率不高，更重要的是排放水中仍含有一部分蛋白質(zhì)，既浪費(fèi)資源，又增加外排水中的COD。采用絮凝法處理黃漿廢水可以加速懸浮物沉降，充分回收蛋白。從土壤中分離、篩選得到的細(xì)菌能夠產(chǎn)生高效絮凝劑，用于處理淀粉廠的黃漿廢水，效果良好

4.2 城市污水的處理

從城市污水及工業(yè)廢水中分離選育出的高效多功能混合菌群，包括具有絮凝作用的芽胞桿菌7株(同時還有降解污染物的功能)。能利用其他有機(jī)物和降解某些工業(yè)污染物的細(xì)菌6株，酵母7株，該混合菌群生長的PH和溫度范圍較廣，PH為6～10，最適PH7～8，最適溫度為15～37℃，生長碳源以紅糖為最優(yōu)，有機(jī)氮優(yōu)于無機(jī)氮，利用多功能混合菌完整細(xì)胞對城市污水處理效果表明，當(dāng)細(xì)胞濃度達(dá)20mg/ml時只需通氣20min就可以將污水中580.64mg/L CODcr和376.26mg/L BOD5完全去除。

4.3 乳化液的油水分離

用Alcaligenes latus培養(yǎng)物可以很容易地將棕櫚酸從其乳化液中分離來。向100mL含0.25%的乳化液中加入10m的LAlcaligenes latus培養(yǎng)物和1mL的聚氨基葡糖后，在細(xì)小均一的乳化液中即形成明顯可見的油滴， 這些油滴浮于廢水表面，有明顯的分層。下層清液的COD值從原來的450mg/L降為235mg/L，去除率為48%。無論是無機(jī)絮凝劑還是人工合成高分子絮凝劑都未有這樣好的絮凝效果。

這種微生物絮凝劑不僅有望用于乳化液的油水分離，也可為海上溢油的控制提供一種安全有效的絮凝劑。

4.4 污泥沉降性能的改善

活性污泥處理系統(tǒng)的效率常因污泥的沉降性能變差而降低，從微生物中分離出的絮凝劑能有效地改善污泥的沉降性能，防止污泥解絮，提高整個處理系統(tǒng)的效率。將從Rhodococcus erythropolis中分離的絮凝劑加入已發(fā)生膨脹的活性污泥中，可以使污泥的SVI(污泥體積指數(shù))從290下降到50。在活性污泥中添加絮凝微生物可以促進(jìn)污泥的沉降，但不會降低有機(jī)物的去除效率。

4.5 化工廢水的凈化處理

用常規(guī)的細(xì)菌分離純化方法從廢水、土壤、活性污泥中分離出多株細(xì)菌，將單株菌培養(yǎng)于特殊的絮凝劑液體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)物離心后上液對高嶺土懸液絮凝效果作為指標(biāo)來衡量其絮凝活性及產(chǎn)絮凝劑能力，由此獲得微生物絮凝劑產(chǎn)生茵：I—23、I—24、I—4等6株，其發(fā)酵離心上液對造紙黑液、皮革廢水、偶氮染料廢水、硫化染料廢水、電鍍廢水、彩印制板廢水、石油化工廢水、造幣廢水及藍(lán)墨水、碳素墨水等進(jìn)行的絮凝試驗表明，廢水固液分離效果良好，CODcr去除率55～98%，懸浮物、色度、濁度去除率為如90%以上。

4.6 鉆井廢水的處理

鉆井污水是油氣田的主要污水之一，來源于油氣開采鉆井過程中起、下鉆作業(yè)時鉆井液的返排流失、循環(huán)系統(tǒng)的滲漏、設(shè)備和平臺的清洗等環(huán)節(jié)。鉆井污水的特點(diǎn)是高含鹽高含懸浮物，高COD，高色度。由于含有石油類、重金屬及一些高分子物質(zhì)。因此，排入環(huán)境會產(chǎn)生嚴(yán)重污染。我國許多油氣田，如江蘇、塔里木、冀東等油田，鉆井污水的問題比較突出。全國各油氣田每年約產(chǎn)生鉆井污水800萬t，由此造成的污染事故時有發(fā)生，不僅污染環(huán)境。還需交納相當(dāng)數(shù)額的排污費(fèi)及罰款。所以，必須對鉆井污水進(jìn)行治理。

5 結(jié)論

因微生物絮凝劑具有高效、無毒、無二次污染、能自行降解等多種優(yōu)勢，它必將部分或全部取代傳統(tǒng)的絮凝劑而成為污水處理的主導(dǎo)絮凝物質(zhì)。但因我國在微生物絮凝劑方面的開發(fā)和研究還處于初級階段，這急需投入更多人力物力進(jìn)行開發(fā)，為實現(xiàn)我國絮凝劑的工業(yè)化應(yīng)用服務(wù)。

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