吳珍，王躍梅，周欣，張弦

（鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程系，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000）

絮凝是目前應(yīng)用廣泛的水處理工藝單元之一，多年來始終以簡單方便、高效快速和運行成本低等優(yōu)勢活躍在水與廢水處理的舞臺上。其原理為通過向水中投加化學(xué)藥劑（絮凝劑），水溶液/溶膠系統(tǒng)穩(wěn)定性被破壞，污染物由于脫穩(wěn)聚集成大的聚集體而得以去除。目前應(yīng)用于水處理行業(yè)的主要是無機鋁鹽或鐵鹽絮凝劑，有機合成高分子絮凝劑如聚丙烯酰胺由于其單體的有毒性主要應(yīng)用于工業(yè)廢水和污泥的濃縮處理。此外，還有由生物提取的蛋白質(zhì)、多糖類絮凝劑，但目前多處于研發(fā)階段。

辣木（Moringa oleifera）是一種被西方科學(xué)家譽為“神奇之樹”的多年生熱帶落葉喬木，我國云南熱帶作物科學(xué)研究所于2002年引進和試種，目前已在我國廣西、云南、福建、四川等地廣泛種植。從辣木種子經(jīng)壓榨后的籽粕中提取的辣木蛋白被證實具有凈水活性，它不僅能顯著降低水中的致濁污染物，對水中天然有機物、染料、重金屬離子、藻類、寄生蟲、鈣鎂離子等都有一定的去除效果，且絮凝后不引起水體pH和電導(dǎo)率的改變，污泥產(chǎn)量也比常規(guī)的鋁鹽、鐵鹽絮凝劑少得多。更為重要的是，采用辣木蛋白做絮凝劑不產(chǎn)生帶有金屬化合物的污泥，且不存在鋁鹽、聚丙烯酰胺等絮凝劑殘留而引起的人類健康潛在風(fēng)險?；诶蹦镜鞍椎膬羲匦В约鞍踩?、無毒副作用、易于生物降解等特性，有望替代傳統(tǒng)無機及有機合成絮凝劑成為一種更經(jīng)濟、更可持續(xù)、更天然的水處理絮凝劑。

1 辣木蛋白用于水處理的研究現(xiàn)狀

辣木的凈水能力雖然是近些年在逐漸被大眾發(fā)現(xiàn)，但實際上早在60年代一些國家和地區(qū)就有使用辣木凈水的傳統(tǒng)。人們通過經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)辣木籽粉的水提取液就可以除去污水中的泥沙和細菌從而達到澄清水體凈化水質(zhì)的作用。90年代以來，人們對辣木的凈水作用開展了科學(xué)研究，并發(fā)現(xiàn)其中起凈水作用的是一種辣木蛋白。

YAMAGUCHI等[1]對辣木蛋白在水處理中的研究進展進行了綜述，以“辣木”和“水處理”為關(guān)鍵詞在Web of Science上檢索2016—2020年的文獻，發(fā)現(xiàn)其發(fā)文量呈現(xiàn)逐年上升趨勢，且在生物質(zhì)絮凝劑相關(guān)文獻中占50%以上。YAMAGUCHI等認為，辣木蛋白具有豐富可用、成本低、可生物降解、無毒和多功能等特點，是一種可用于地表水處理的天然絮凝劑，可用其去除多種水污染物（如農(nóng)藥、染料和藥物等）。TAIWO等[2]從辣木種子中提取了分子量分別為14.2 kDa和30.3 kDa的辣木蛋白，用于處理水庫水，與常規(guī)化學(xué)絮凝劑（硫酸鋁）相比，辣木蛋白顯著降低了水的濁度（＜0.05 NTU）和有機污染物，同時使水中大腸菌群總量減少了58.18%。MAGALH?ES等[3]采用辣木蛋白去除含油廢水中的油脂，得到平均油脂去除效率為82.43%±0.70%。迪卡羅[4]使用電絮凝/辣木籽吸附耦合技術(shù)處理染料廢水，可以快速提高廢水中染料的去除效率，酸性黑1（AB1）和堿性紅2（BR2）的脫色率分別可達99.30%和94.00%。

2 辣木蛋白用于水處理的機理

目前對辣木蛋白凈水活性物質(zhì)有著多種解釋：其中一種認為是吸附和電中和，即帶正電荷的辣木蛋白通過與帶負電荷的污染物通過靜電吸附現(xiàn)象相互結(jié)合，然后通過電中和作用從而改變污染物的電荷來導(dǎo)致水體內(nèi)產(chǎn)生電荷特征不同的區(qū)域，從而加劇了污染物的運動碰撞過程，得以進一步通過電中和形成較大的絮凝體最終在重力作用下沉淀下來；另一種則認為是水中的二價陽離子與該物質(zhì)生成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物質(zhì)從而對污染物產(chǎn)生網(wǎng)捕、卷掃作用進而得以除去水體中的污染物。

目前比較公認的是辣木種子中的凈水活性成分是一種陽離子型蛋白質(zhì)，等電點（pI）在10左右，分子量在6.5～14.0 kDa。而對于凈水機理，GHEBREMICHAEL等[5]認為辣木提取液中帶正電的活性物質(zhì)與帶負電顆粒在庫侖力的作用下，使顆粒物間靜電排斥作用減少而脫穩(wěn)聚集，活性物質(zhì)又通過架橋的方式與其他顆粒聚集形成更大絮凝體；NDABIGENGESERE等[6]指出，吸附電中和是絮凝的主要機制，因為提取液帶正電荷是絮凝發(fā)生的先決條件；方曉敏[7]發(fā)現(xiàn)，分子量大于10 kDa的帶酰胺基陽離子型蛋白可以改變懸濁液的電性，但單獨使用時并不能使高嶺土微粒聚結(jié)沉降，需要與辣木提取液中另外兩種小于10 kDa的陰離子型蛋白質(zhì)混合后才具有絮凝沉降作用；OKUDA等[8]則認為，辣木所含有的活性物質(zhì)對濁度的去除機理既非吸附電中和，也非壓縮雙電層，而是水中的二價陽離子與活性物質(zhì)形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物質(zhì)起到網(wǎng)捕、卷掃作用的結(jié)果。顯然，更為清晰的辣木凈水蛋白絮凝機理需要深層次的研究和探討。

3 結(jié)語

絮凝是目前用于水中污染物去除的一種常用技術(shù)，由于絮凝涉及到水溶液化學(xué)、膠體與微界面化學(xué)、流體力學(xué)等諸多學(xué)科領(lǐng)域，為絮凝過程及其機理研究增加了難度，對絮凝的有關(guān)機理還未完全明確。而隨著社會的發(fā)展，不斷涌現(xiàn)的新污染物和人們對水質(zhì)需求的不斷提高，也為絮凝技術(shù)提出了新的機遇和挑戰(zhàn)。

天然辣木蛋白絮凝去除水中各種污染物的研究報道表明，辣木蛋白對水中溶解性染料等小分子有機污染物的去除效果比傳統(tǒng)鋁鹽、鐵鹽絮凝劑更勝一籌。通過實驗與模型相結(jié)合，分析并論證天然辣木蛋白絮凝反應(yīng)熱力學(xué)及動力學(xué)參數(shù)，揭示絮凝反應(yīng)機理將是今后值得探索的方向之一。