微生物絮凝剂的应用及研究进展刘敏，张兴作者简介：刘敏(1986-),女，在读研究生，主要研究方向：微生物絮凝剂通信联系人：张兴(1964-)，男，教授，重要从事环境生物技术的研究. E-mail: kuangdazhang@（中国矿业大学化工学院，江苏 徐州 221008）摘要：微生物絮凝剂(MBF)是利用生物技术，从微生物或其分泌物中提取、纯化而获得的一种安全、高效，且能自然降解的新型水处理剂，微生物絮凝剂种类直接利用微生物细胞的絮凝剂、利用微生物细胞提取物的絮凝剂、利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂。

微生物絮凝剂可广泛应用于废水处理、饮料工业、生物制药、重金属废水处理及贵重金属回收与选择性絮凝选矿等方面。

关键词：微生物絮凝剂；絮凝；水处理；应用；进展Development and Application of Microbial FlocculantLiu Min, Zhang Xing(Department of Chenistry,CUMT, JiangSu XuZhou 221008)Abstract: Microbial Flocculant (MBF) is to use biotechnology, is taken from microorganisms or their secretions extract, purification, then get a safe, efficient, and natural degradation of water dispose reagent and oakum of the main coagulant directly from the cells flocculant, using microorganisms's cell extract flocculant, using flocculant bring by microorganisms cell metabolism. Microbial flocculant widely applied in waste treatment and beverage industry, the biological waste treatment and pharmaceutical, the heavy metal waster water treatment , metal reclaim noble metal and selectivity flocculant mill run.Keywords:MBF;flocculate;water treatment;application;development0 引言微生物的絮凝作用首先是由路易斯·帕斯特于1876年在酵母菌中观察到的，两年后类似现象亦在细菌中发现。

1976年J. Nakamura 等从霉菌、细菌、放线菌和酵母菌等214种菌株中筛选出19种具有絮凝能力的微生物，其中以酱油曲霉(Asperillussojae)AJ7002产生的絮凝剂效果最好。

1985年H. Takagi 等研究了拟青霉属(Paecilomyces sp ．I-1)微生物产生的絮凝剂，精制获得PF-101絮凝剂。

1986年R. Kurane 等从能降解酞酸酯的微生物中筛选出日本旱田土壤中常见的红平红球菌(Rhodococcuserythropolis)，并利用该菌研制开发了絮凝剂NOC-1。

该絮凝剂对大肠杆菌、酵母、泥浆水、河水、粉煤灰水、活性碳水、膨胀污泥、纸浆废水均有良好的絮凝和脱色效果[1~4]。

生物絮凝剂能絮凝处理的对象广泛，包括粉煤灰、活性污泥、木炭、墨水、泥水、饮用水、河低沉积物、高岭土、印染废水、果汁、细菌、酵母菌以及各种生产废水等。

如现已研制成的生物絮凝NOC —1是以红平红球菌为主体，在Ca 2+存在下，对大肠杆菌、酵母、泥浆水、河底泥水、河底沉积物、粉煤灰、活性炭粉水、畜产废水、膨胀污泥、瓦长废水、纸浆废水、染料废水有极好的絮凝和脱色效果，该产品已商业化。

生物絮凝对悬浊液絮凝速度快、用量少、效果好，对胶体、溶液均有较好的絮凝效果，对富含有机质的屠宰水等也有较好的絮凝、去色效果，而其它絮凝剂由于各自的特点在某些应用领域的应用受到限制。

不足之处是，生物絮凝的效果容易受到有毒物质的干扰，菌体生长受影响较多，因此，被处理废- 2 -液中必须无妨碍菌体生长的因素。

1 絮凝剂种类絮凝剂的分类方法很多，按其组成不同，一般可将其分为无机絮凝剂、有机絮凝剂及生物絮凝剂；按分子量高低、官能团的特性及官能团离解后所带电荷的性质，可将其进一步分为高分子、低分子、阳离子型、阴离子型、非离子型絮凝剂。

1.1 无机絮凝剂无机低分子絮凝剂主要包括：硫酸铝、硫酸亚铁和三氯化铁等。

见表1：表1 常用无机絮凝剂Tab. 1 the common inorganic flocculant名称 化学式硫酸铝 Al 2(SO 4)3·18H 2O明矾 KAl(SO 4)2·12H 2O 或NH 4Al(SO 4)2·12H 2O聚合氯化铝 [Al 2(OH)n Cl 6－n ]m聚合硫酸铝 [Al 2(OH)n (SO 4)3－n/2 ]m三氯化铁 FeCl 3·6H 2O硫酸亚铁 FeSO 4·7H 2O聚合氯化铁 [Fe 2(OH)n Cl 6－n ]m水解硅酸 Si(OH)4等1.2 有机絮凝剂有机絮凝剂包括人工合成有机高分子絮凝剂及天然改性有机高分子絮凝剂。

合成高分子絮凝剂：聚丙烯酰胺（PAM)及其衍生物天然高分子改性絮凝剂：淀粉、纤维素、含胶植物、多糖类和蛋白质等类别的衍生物1.3 微生物絮凝剂微生物絮凝剂(MBF)是利用生物技术，从微生物或其分泌物中提取、纯化而获得的一种安全、高效，且能自然降解的新型水处理剂，包括糖蛋白、多糖、纤维素、蛋白质和DNA 等。

微生物絮凝剂种类包括三种类型：直接利用微生物细胞的絮凝剂、利用微生物细胞提取物的絮凝剂、利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂。

有文献报道包括通过克隆技术所获得的絮凝剂第四种类型。

与无机或有机絮凝相比，微生物絮凝具有许多独特的性质。

微生物絮凝剂具有产生菌易得、高效、可生物降解、无毒、无二次污染、用途广泛，脱色效果独特等特点。

生物具有繁殖速度快、异变异等特点，且生物絮凝剂产生菌的来源广，土壤、活性污泥中含有大量产生菌，这样生物絮凝剂的生产不但周期短而且效率高。

但是目前生物絮凝剂存在成本高的缺点。

2 絮凝作用机理[5~6]2.1 压缩双电层机理DLVO 理论指出：比较薄的双电层能够降低排斥能，如果排斥能降低到相当小时，颗粒就能被第二最小能量值的吸引力所吸引，产生疏松的絮凝体，这样的絮凝体容易扩散，而且只适合静止沉降分离。

双电层的压缩不能大量减少胶体颗粒表面的电荷，而电荷只是从胶体颗粒表面扩散开来。

这样的机理仅是借静电现象来说明电解质对胶粒脱稳的作用。

2.2电中和机理加入的絮凝剂本身自带的反离子吸附在胶体颗粒上，使胶体颗粒表面电荷中和，减少了静电斥力，因而容易与其它颗粒接近而互相吸附。

2.3吸附架桥机理现在一般认为，作为絮凝剂的高分子物质通常具有链状的结构，在高分子物质浓度较低时，吸附在微粒表面上的高分子长链可能同时吸附在另一个微粒的表面上形成‘胶粒－高分子物质－胶粒’的聚合体，在这个过程中，高分子物质起到了胶粒与胶粒之间相互结合的桥梁作用，故称吸附架桥作用。

高分子在胶粒表面的特殊吸附来源于各种物理化学作用，如范德华引力、静电引力、氢键、配位键等。

2.4沉淀网捕机理当絮体在形成并由水中析出时形成具有三维空间立体结构的网状物，由于不同大小的絮体以不同的速度沉降，较快沉降的絮体可以网捕、卷带溶液中沉降速度较小的的絮体或颗粒乃至胶体，这种作用基本上是一种机械作用。

3微生物絮凝剂的应用3.1废水中悬浮物（SS）的去除在实际研究中，大多数生物絮凝剂对悬浮物废水有优良的澄清除浊效果。

废水中悬浮物的去除成为生物絮凝剂的主要功能之一，由于生物絮凝剂本身的结构特征和絮凝机理的多样性，大多数生物絮凝剂具有非常强的光谱絮凝活性。

（1）城市给水排水生物絮凝剂可用于城市给水排水方面，用生物絮凝剂与无机絮凝剂及有机絮凝剂对高岭土悬浮液做絮凝除浊性能对比实验表明：同样的条件下，生物絮凝剂在沉降速度、絮凝率方面均优于无机絮凝剂；虽然絮凝剂大小、沉降速度方面不及有机絮凝剂，但也相差不大，且絮凝率优于同浓度的有机絮凝剂，絮体无毒且可生物降解。

在给水处理中，生物絮凝剂可用于初沉池、自来水等高浊度水处理过程。

在排水处理中，城市用生物絮凝剂进行污水处理的研究较多。

杨桂生等[7]从污水处理厂的活性污泥和污水中筛选到一株有高絮凝活性的微生物(命名为WB2) ，由该菌株分泌的微生物絮凝剂对高岭土有很好的絮凝效果，与聚合硫酸铁助絮凝剂共同使用时，该微生物絮凝剂对含藻污水的絮凝能达到理想的效果。

曹建平等[8]在城市污水强化一级处理的基础上, 投加高效微生物絮凝剂产生菌 M-25，促进天然絮凝物质的产生，强化生物絮凝吸附作用，使污水 COD、SCOD 和SS 的去除率分别提高。

宋秀兰等[9~10]从活性污泥中经筛选、复筛得到一株具有较高絮凝活性的絮凝剂产生菌 MBFII-3，取其培养液做絮凝剂，对膨润土悬液的絮凝率最高可达90.2%。

用这种絮凝剂处理实际汾河水和生活污水，浊度去除率均在90%以上，效果良好。

宫小燕等[11~12]考察了微生物菌B-2 产生的絮凝剂的絮凝特性，该絮凝剂对热不敏感，100加热 25min 絮凝活性才丧失 30%，它最大特点是能处理偏碱性废水。

宫小燕等还从土中筛到一株絮凝剂产生菌 BY-28, 该菌产生的絮凝剂对高岭土的絮凝活性较高且稳定，对水中无机悬浮物和有机染料具有较高的去除率。

（2）建材废水建材废水含有大量无机颗粒，不易溶于水而呈悬浮状存在于溶液中，有时还含有染料和- 4 -有机物，处理难度较大，生物絮凝剂同时具有絮凝和脱色性能，能满足处理要求。

黄晓武等[13]研究了几种用于高浊度建材废水处理的生物絮凝剂，含菌培养液浊度去除率均达 92%以上。

（3）脱墨迹废水黄民生等[14]从污水处理厂回流污泥中筛选出Q3-2 菌株，用其产生的絮凝剂对脱墨剂废水、炭素墨水悬浊液、涂料废水和豆制品废水进行絮凝净化实验，有极好的絮凝效果，尤其对脱墨剂废水的综合处理效果最佳，絮凝率为 91.4%，SS 去除率为99.2%，对豆制品废水的处理效果稍差。

（4）焦化废水由于焦化废水中含有大量极细悬浮颗粒。

可用生物絮凝剂对其处理。

3.2 废水脱色去除生化、化学需氧量废水脱色实际上就是要破坏、去除废水中的这些显色分子和颗粒，客观上体现出来的效果是水体颜色的淡化、消失，BOD 、COD 的降低。