微生物絮凝剂在水处理上的应用分析 摘要 微生物絮凝剂因其高效性、无毒性而成为近年来国内外研究开发的热点课题,但对于它在净化废水过程中的实验条件探索,尚未详细研究。本文对微生物絮凝剂在工业实际应用上的效果进行了纤细的分析和解说,并对微生物絮凝剂的发现、絮凝机理、活性的因素及可分解的物质进行了详细的研究和讨论 关键词 微生物;絮凝剂;污水处理;应用分析 中图分类号TU991.2 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)24-0148-02

0 引言 目前,水处理方法很多,如吸附法、好氧法、厌氧法、混凝沉淀法、化学氧化法等等。其中混凝沉淀法以其见效快、构造简单、应用范围广而受到中外学术界和环保行业的高度重视,而混凝沉淀法应用过程中尤以混凝剂的选择为其处理效果好坏的决定因素。微生物絮凝剂(MBF)因其高效性、无毒性而成为近年来国内外研究开发的热点课题,但对于它在净化废水过程中的实验条件探索,尤其是在工业废水处理中的实践应用,很少有人问津。 1 微生物絮凝剂概述 1.1 微生物絮凝剂的发现 70年代,日本学者在研究酞酸酯生物降解的过程中发现了具有絮凝作用的微生物培养液,以后的研究表明生物絮凝剂对水中胶体和悬浮颗粒物具有絮凝作用。随后对培养基、菌种、生产条件等进行了大量研究,开发出在废水处理中有广泛用途且无二次污染,代号为NOC-1的生物絮凝剂。 1.2 微生物絮凝剂的主要种类 1.2.1 生物细胞的絮凝剂 生物细胞的絮凝剂,如某些细菌、霉菌、放线菌和酵母,他们大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中。 1.2.2 利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂 微生物细胞壁提取物的絮凝剂,如酵母细胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质和N―乙酰葡萄糖胺等成分均可用作絮凝剂。 1.2.3 利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂 微生物细胞分泌到细胞外的代谢产物主要是细菌的荚膜和粘液质,除水分外,其主要成分为多糖及少量的多肽、蛋白南、脂类及其复合物。其中多糖在某种程度上可用作絮凝剂。 至今发现的具有絮凝性的微生物已经超过17种,包括霉菌、细菌、放线菌和酵母茵。一般来说,这些微生物产生的絮凝物质的分子质量多在1×105以上,如假单胞菌属(Pseudomonas sp.)C-120产生的絮凝物质的分子质量大于2×106的天然双链DNA. 2 微生物絮凝剂的絮凝机理 絮凝剂加入水中后,主要通过双电层压缩、电荷的中和作用、吸附架桥作用和网捕作风使颗粒间排斥能降低,最终发生凝聚和絮凝。微生物絮凝剂是带有电荷的生物大分子,其絮凝剂机理主要有下列几种: 1)桥联作用机理 在絮凝剂生物大分子浓度较低时,吸附在某个微粒表面上的生物分子长链可能同时吸附在另一个微粒的表面上,通过架桥方式将两个或更多的微粒联一起从而导致絮凝。 2)电荷中和机理 胶体粒子的表面一般带有负电荷,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胶粒表面或被吸附到胶粒表面上时,将会中和胶粒表面上的一部分负电荷,减少静电斥力,从而使胶粒间能发生碰撞而凝聚。 3)卷扫作用 当微生物絮凝剂投量一定且形成小粒絮体时,可以在重力作用下迅速网捕,卷扫水中胶粒,而产生沉淀分离,称为卷扫或网捕作用。这种作用基本上是一种机械作用,所需絮凝剂量与原水杂质含量成反比。原水胶体杂质含量少时,所需絮凝剂量大,反之亦然。 3 影响微生物絮凝剂絮凝活性的主要因素 3.1 絮凝剂分子的性质 絮凝剂的分子性质中分子结构,分子形状,分子质量和发子所带的基团对絮凝剂的活性都有影响。如果分子是交联的或支联的结构,其絮凝效果就不好。分子质量对活性的影响,一般来说,分子质量越高,絮凝活性就越好。如用蛋白酶处理产生的絮凝剂,使其分子质量下降,就能导致该絮凝剂活性的下降。而絮凝剂分子所带的一些特殊基团能在絮凝过程中充当颗粒物质的吸附部位或维持一定的空间构相,对絮凝剂的活性也有很大影响。 3.2 胶体颗粒的性质 胶体颗粒的影响主要是由于胶体粒子的表面结构与所带电荷性质影响絮凝效果,研究表明:絮凝过程是胶体颗粒与絮凝剂大分子相互靠近、吸附形成网状结构的过程,因而大分子与胶体颗粒的表面电荷对絮凝效果有直接影响。而不同的絮凝剂对不同的胶体颗粒表现出不同的絮凝效果,也从侧面证明胶体颗粒的表面结构对絮凝剂活性的影响。 3.3 反应体系 絮凝反应过程中,絮凝剂的浓度,处理水中的钙、镁等离子的浓度,反应体系的pH值和温度等对絮凝剂的活性也有很大影响。随着絮凝剂的加入,开始时,絮凝活性逐渐增强,当絮凝剂浓度值达到一定范围时,处理水的PH值不仅影响絮凝剂的表面电荷性质、形态结构,还影响到水体中悬浮物质的电荷性质,从而影响到它们的靠近和吸附行为。在酸性条件下,絮凝作用很弱,当PH超过7时,絮凝活性迅速提高,并维持在较高水平。絮凝活性达到最佳,当浓度继续增加时,絮凝活性急剧下降,造成水的浓度增大,胶体的颗粒的布朗运动减弱,碰撞机会减少,不利于胶粒脱稳凝聚,絮凝恶化。由此,可以确定絮凝剂的加入量有一个最佳值,过多或过少,絮凝效果均下降。图l粗略表示此过程。 体系中的Ca2+,Mg2+等离子能够改变胶体的C电位(胶体滑动层电位),降低其表面电荷,促进大分子与胶体颗粒的吸附与架桥。以Ca2+为例,随着Ca2+浓度增加迅速上升到最大,且浓度即使再增加絮凝也没有受到抑制,絮凝活性仍保持稳定。该过程可以图2表示。 4 微生物絮凝剂在污水处理中的应用 4.1 微生物絮凝剂处理淀粉废水 淀粉厂是食品行业的典型企业,解决淀粉废水的处理问题具有重要意义。淀粉厂在进行淀粉麸质分离后,产生了麸质水(俗称黄浆水),该水中含有细小的悬浮麸质颗粒以及溶解性蛋白,从废水中回收这些物质可作为高蛋白饲料,具有较高的经济价值。目前,淀粉厂普遍采用浓缩池沉淀分离水中的悬浮物,时间长,效率不高,更重要的是排放水中仍含有一部分蛋白质,既浪费资源,又增加外排水中的COD。采用絮凝法处理黄浆废水可以加速悬浮物沉降,充分回收蛋白。从土壤中分离、筛选得到的细菌能够产生高效絮凝剂,用于处理淀粉厂的黄浆废水,效果良好 4.2 城市污水的处理 从城市污水及工业废水中分离选育出的高效多功能混合菌群,包括具有絮凝作用的芽胞杆菌7株(同时还有降解污染物的功能)。能利用其他有机物和降解某些工业污染物的细菌6株,酵母7株,该混合菌群生长的PH和温度范围较广,PH为6~10,最适PH7~8,最适温度为15~37℃,生长碳源以红糖为最优,有机氮优于无机氮,利用多功能混合菌完整细胞对城市污水处理效果表明,当细胞浓度达20mg/ml时只需通气20min就可以将污水中580.64mg/L CODcr和376.26mg/L BOD5完全去除。 4.3 乳化液的油水分离 用Alcaligenes latus培养物可以很容易地将棕榈酸从其乳化液中分离来。向100mL含0.25%的乳化液中加入10m的LAlcaligenes latus培养物和1mL的聚氨基葡糖后,在细小均一的乳化液中即形成明显可见的油滴, 这些油滴浮于废水表面,有明显的分层。下层清液的COD值从原来的450mg/L降为235mg/L,去除率为48%。无论是无机絮凝剂还是人工合成高分子絮凝剂都未有这样好的絮凝效果。 这种微生物絮凝剂不仅有望用于乳化液的油水分离,也可为海上溢油的控制提供一种安全有效的絮凝剂。 4.4 污泥沉降性能的改善 活性污泥处理系统的效率常因污泥的沉降性能变差而降低,从微生物中分离出的絮凝剂能有效地改善污泥的沉降性能,防止污泥解絮,提高整个处理系统的效率。将从Rhodococcus erythropolis中分离的絮凝剂加入已发生膨胀的活性污泥中,可以使污泥的SVI(污泥体积指数)从290下降到50。在活性污泥中添加絮凝微生物可以促进污泥的沉降,但不会降低有机物的去除效率。 4.5 化工废水的净化处理 用常规的细菌分离纯化方法从废水、土壤、活性污泥中分离出多株细菌,将单株菌培养于特殊的絮凝剂液体培养基中,培养物离心后上液对高岭土悬液絮凝效果作为指标来衡量其絮凝活性及产絮凝剂能力,由此获得微生物絮凝剂产生茵:I―23、I―24、I―4等6株,其发酵离心上液对造纸黑液、皮革废水、偶氮染料废水、硫化染料废水、电镀废水、彩印制板废水、石油化工废水、造币废水及蓝墨水、碳素墨水等进行的絮凝试验表明,废水固液分离效果良好,CODcr去除率55~98%,悬浮物、色度、浊度去除率为如90%以上。 4.6钻井废水的处理 钻井污水是油气田的主要污水之一,来源于油气开采钻井过程中起、下钻作业时钻井液的返排流失、循环系统的渗漏、设备和平台的清洗等环节。钻井污水的特点是高含盐高含悬浮物,高COD,高色度。由于含有石油类、重金属及一些高分子物质。因此,排入环境会产生严重污染。我国许多油气田,如江苏、塔里木、冀东等油田,钻井污水的问题比较突出。全国各油气田每年约产生钻井污水800万t,由此造成的污染事故时有发生,不仅污染环境。还需交纳相当数额的排污费及罚款。所以,必须对钻井污水进行治理。 5 结论 因微生物絮凝剂具有高效、无毒、无二次污染、能自行降解等多种优势,它必将部分或全部取代传统的絮凝剂而成为污水处理的主导絮凝物质。但因我国在微生物絮凝剂方面的开发和研究还处于初级阶段,这急需投入更多人力物力进行开发,为实现我国絮凝剂的工业化应用服务。

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