微生物絮凝剂的研究新进展

微生物絮凝剂的研究新进展 1 絮凝剂 1.1 絮凝剂简介 絮凝剂[1]是指能使水溶液中的溶质、胶体或悬浮颗粒产生絮状物沉淀的物质，是一种重要的水处理试剂。按照化学性质分类，絮凝剂大致可分为三类：无机絮凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂。 2 微生物絮凝剂 2.1微生物絮凝剂简介 微生物絮凝剂[2]是指由微生物自身产生的具有絮凝活性的次生代谢产物，主要成分有糖蛋白、粘多糖、纤维素和DNA等高分子物质。由于它克服了常规的无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂对人体有害和易产生二次污染的缺点，因此近年来受到研究者的广泛关注。目前絮凝剂产生菌的研究多集中于霉菌、酵母菌、放线茵、细菌。 2.2 微生物絮凝剂产生菌 目前有关产微生物絮凝剂的微生物和微生物絮凝剂的报道越来越广泛，总结如1-1[3] 表1-1  产微生物絮凝剂的微生物 烟曲霉 嗜麦芽糖寡养单胞菌 草分支杆菌 产紫青霉 气单胞菌属 棒状杆菌 链球菌 螺旋藻 土壤杆菌 产气肠杆菌 漫游球菌 寄生曲霉 芽孢杆菌 柠檬克勒克酵母 轮枝孢属 芽短梗霉 枯草杆菌 乳酸杆菌属 放线菌 酵母菌         2.3 影响微生物絮凝剂絮凝效果的因素 微生物絮凝剂作为一种絮凝剂既具有絮凝剂所具有的絮凝效果，又具有其他絮凝剂所不具有的其他的一些特点，研究微生物絮凝剂絮凝效果的影响因素能够有效的提高絮凝效果和效率，具有重要的研究价值。影响微生物絮凝剂絮凝能力的因素较多，主要包括温度、pH、絮凝剂投加量、助凝剂、絮凝剂的分子量等。 2.3.1 温度对微生物絮凝剂的影响 温度对微生物絮凝剂的影响较大。主要是因为高温可使生物高分子变性，空间结构改变，某些活性基团不再与悬浮颗粒结合，因而表现出絮凝活性的下降。Salehizadeh H[4]等 从活性污泥中分离出一株絮凝剂产生菌As一101，经鉴定为Bacillus coagulants。加热时，该菌株的絮凝活性随加热时间呈线性下降，加热8min后，絮凝剂失活。 2.3.2 pH值对微生物絮凝剂的影响 pH值影响絮凝剂的絮凝活性主要是由于酸碱度的变化会影响微生物絮凝剂及悬浮颗粒表面电荷的性质、数量及中和电荷的能力。不同的絮凝剂对pH的变化敏感程度不同，同一种絮凝剂对不同的被絮凝物有不同的初始pH要求。张旭[5]等从土壤中分离出一株具有较强絮凝作用、高产量的细菌菌株W7—1，经初步鉴定为Klesiellasp。该菌株对絮凝体系中pH的变化适应较宽，在pH为5-10的范围内都适应絮凝剂的产生，但pH为8.0时絮凝活性最高。 2.3.3 絮凝剂投加量对微生物絮凝剂的影响 每种絮凝剂都有一个最佳投加量，过多或过少，都会导致絮凝效果下降。据分析，絮凝剂的最佳投加量约是固体颗粒表面吸附大分子化合物达到一半饱和时的吸附量，此时大分子在固体颗粒上架桥机率最大[6]。马放[7]等 研究了絮凝剂投加量、pH值、温度、助凝剂氯化钙：溶液对复合型微生物絮凝剂处理松花江源水和强酸性废水的影响。研究表明：对于松花江源水，絮凝剂的最佳投加量在14mL/L左右；对于酸性废水，最佳投加量要稍高一些。 2.3.4 助凝剂对微生物絮凝剂的影响 助凝剂一般为金属离子，金属离子的种类和浓度对微生物絮凝剂活性的影响很大。一定浓度的金属离子可以加强絮凝剂分子与悬浮颗粒以离子键结合而促进絮凝，对提高微生物絮凝剂的絮凝活性有重要意义。Salehizadeh H[4]等的研究表明：当Al3+、Fe3+、Ca2+的投加量分别为0.2mL/L，0.25mL/L和8mL/L时，助凝效果最明显，并且三价金属阳离子比二价金属阳离子更适合作助凝剂。此外，各种金属离子对于絮凝机理不同的微生物絮凝剂的影响不一致。Ca2+可以显著提高微生物絮凝剂的活性。Fe3+、Al3+在低浓度时可以提高微生物絮凝剂的活性，但达到一定浓度后，反而会抑制絮体的形成。 2.3.5 微生物絮凝剂的分子量对微生物絮凝剂的影响 微生物絮凝剂的分子量大小对其絮凝活性非常重要。分子量大，活性位点多，絮凝效率高。目前已分离纯化的絮凝剂都是多聚糖和蛋白质之类的生物大分子，除少数外，分子量大都在几十万到几百万。分子量的减小会降低絮凝剂的絮凝活性，例如絮凝剂的蛋白质絮凝成分降解后，分子量减小，絮凝活性明显下降。此外，碳源和氮源种类也会影响其絮凝效果[7]。 2.4 微生物絮凝剂的应用 因为微生物絮凝剂具有安全、高效、可生物降解、不污染环境等特点。因此其越来越受到人们的重视，呈现出逐步取代传统絮凝剂的趋势。目前微生物絮凝剂的应用也越来越广泛。但是总的来说微生物絮凝剂主要应用于浊液澄清、工业废水的处理和生活污水处理。在渔用微生物絮凝、污泥脱水、啤酒废水以及印染废水的处理、天然碱泥的处理等方面有关微生物絮凝剂的应用都有研究，并且微生物絮凝剂都取得了良好的絮凝效果。表2-1显示的是国内外一些科学家对微生物絮凝剂在不同领域的应用。 表2-1 微生物絮凝剂的应用 2.5 微生物絮凝剂的最新研究 微生物絮凝剂的研制为水处理技术的发展开拓了广阔的前景，研究和开发新型高效微生物絮凝剂具有重要的现实意义。到目前为止国内外的研究者各方面的研究中已经取得了很多有现实意义的成果。 2.5.1 采用廉价的培养基培养 采用生产生活中产生的废渣和废液等进行产微生物絮凝剂菌株的培养和研究能够有效的变废为宝，提高原料的利用率，减少环境的污染。同时能够降低微生物絮凝剂的培养成本，提高微生物絮凝剂的市场竞争力。王曙光[9]等将酱油酿造废水作为土壤杆菌的替代培养基来产生微生物絮凝剂，在100mL酱油废水中加入2mL75％的乙醇作为补充碳源，不需添加氮源，经过产絮凝剂条件优化后，就能够产生絮凝效果好且性能稳定的微生物絮凝剂。刘晖[10]将酱油废水作为青霉菌产絮凝剂的培养基，在最佳培养条件下，微生物絮凝剂发酵液的投加量为10—15mL/L，就能使高岭土悬浊液的絮凝率达到90％以上。 2.5.2 复合型微生物絮凝剂的研究 混合型微生物絮凝效果比较复杂，各菌株相互作用可能会比单一的菌株长生的絮凝效果要好。比如贾省芬[11]等在2000年从城市污水及工业废水中分离选育出一种高效多功能混合菌群，包括具有絮凝作用同时还有降解污染物的功能的芽孢杆菌7株，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。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就可将污水中580.64mg/LCOD和376.26mg/LBOD完全去除。从通气条件看，好氧和缺氧交替进行有利于处理效果的提高。 2.5.3 与其他的絮凝剂的复配使用的研究 王莉[12]等应用普鲁兰处理印染废水时，复配无机氯化铝并对处理条件如最佳普鲁兰用量、二者的最佳比例以及混合时间、反应时间等进行了研究，发现当二者的配比是2:6，在最佳条件下印染废水中的COD去除率为80%，而单一普鲁兰絮凝剂则只有40%--50%左右。 2.5.4 生物絮凝剂性质的遗传学研究 随着微生物技术的飞速发展，微生物絮凝剂的分子生物学研究也逐步深入。目前，已经认识到从自然环境中分离筛选出的菌种絮凝污染物的力往往有限，必须通过基因工程等方法，构建絮凝性能高的菌株，才能大幅度提高微生物的絮凝能力，适应废水处理的要求。絮凝基因的表达机理复杂，由多个基因控制絮凝基因的表达功能，经过修饰基因和校正基因等调控基因作用之后，絮凝基因方可有效地表达出絮凝性。目前这方面的方法主要包括絮凝基因的分子克隆、基因突变和诱变育种、原生质体融合技术等。 3 微生物絮凝剂发展的前景展望[13] (1)深入研究絮凝剂产生菌的代谢规律及絮凝机理，减少筛选絮凝剂产生菌的盲目性，改进絮凝工艺，提高絮凝剂的产量。 (2)继续寻找培养絮凝剂的替代培养基，降低微生物絮凝剂的生产成本，为实现工业化生产奠定基础。 (3)生物技术的突飞猛进为微生物絮凝剂的发展提供了一个更为广阔的发展前景，今后应利用分子生物学技术加强絮凝剂产生菌的絮凝基因研究，把控制絮凝剂产生的基因片断导入特定的微生物细胞内并使其大量表达，以省去筛选的过程。 (4)利用不同的菌株的相互作用，得到性能和产量都更优的复合微生物絮凝剂有着很广阔的研究空间。 (5)微生物絮凝剂与其它絮凝剂的复配研究及应用才刚刚起步，将是今后微生物絮凝剂领域的一个新的研究方向。 参考文献 1 仪晓玲，马自俊.无机硅藻类絮凝剂研究进展[J].研发前沿,2009,10(17):29-32. 2 刘晖，黄晓丹,孙彦富等.食用菌产生微生物絮凝剂最佳培养条件的研究[J].广东化工,2009,8(36):21-23. 3 刘丽琼，张艳敏.微生物絮凝剂的研究现状和发展趋势[J].四川环境,2009,6(28):109-113 4 Salehizadeh H，Vossoughi M，Alemzadeh I．Some investigations on biofloceulant producing bacteria．Biochemical Engineering Jourhal，2000(5)：39-44． 5 张旭，徐恒，邓字，等．微生物絮凝剂产生菌的絮凝性能[J]．化工环保，2005，25(2)：152-155 6 张龙翔．生化实验方法和技术(第2版)[M]．北京：高等教育出版社，1997．1-3． 7 马放，冯曼，李淑更，等．复合型微生物絮凝荆的絮凝作用[J]．黑龙江科技学院学报，2004，14(3)：140·144 8 鲍立宁，洪桂云。宋礼华，等．絮凝剂产生菌培养条件的研究及在废水处理中的应用[J]．生物学杂志，2008，25(3)：21—23． 9 王曙光，刘贤伟，高宝玉，等．利用酱油酿造废水生产微生物絮凝剂及其性能研究[J]．应用与环境生物学报，2006，12(4)：574—576． 10 刘晖，周康群等．青霉菌HHE—P7利用酱油废水产生微生物絮凝剂的研究[J]．环境污染治理技术与设备，2006，7(3)：40一44. 11 贾省芬，杨彦希等．处理城市污水的多功能混合菌的研究．环境科学，2000，21(3)：81—84. 12 王莉.生物絮凝剂（普鲁兰）处理印染废水的研究.安徽农业科学[J]2008,36（5）：1972-1973.. 13 刘军,刘彬彬.微生物絮凝剂的最新研究进展.广州化工，2009,37（9）：39-42.