馬 放，李淑更，金文標(biāo)，楊基先
（哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系，黑龍江哈爾濱 150090）

　　摘　要：隨著環(huán)境保護(hù)要求的日趨嚴(yán)格、開(kāi)發(fā)無(wú)毒、無(wú)污染的微生物絮凝劑迫在眉睫。在研究了微生物絮凝劑的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、分類(lèi)及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，指出了今后微生物絮凝劑的研究方向。
　　關(guān)鍵詞：絮凝劑；微生物絮凝劑；水處理
　　中國(guó)分類(lèi)號(hào)：X703.5
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1009－2455（2002）01－0007－03

Present Conditions & Trend of Studies on Microbial Flocculant
MA Fang, LI Shu-geng, JIN Wen-biao, YANG Ji-xian
(Environmental Science & Engineering Department, Municipal & Environmental Engineering School,
Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China)

　　Abstract: The requirements for environmental protection are becoming stricter day by day. To develop a microbial nocculant without poisoness and pollution is a matter of great urgency. This paper points out the orien-tation of the MBF researches after it discusses the structure, properties, classification and characteristics of MBF.
　　Key words: flocculant; microbial flocculant; water treatment

　　目前普遍使用的絮凝劑包括無(wú)機(jī)和有機(jī)兩大類(lèi)，但由于存在成本高、絮凝效果有限以及產(chǎn)生的污泥難處理等問(wèn)題，因此開(kāi)發(fā)新型的絮凝劑迫在眉睫。微生物絮凝劑因其高效、無(wú)毒而成為國(guó)內(nèi)外近年來(lái)的研究熱點(diǎn)課題。但從現(xiàn)有的研究狀況看，大都局限于能產(chǎn)生絮凝劑的微生物菌種的篩選，微生物絮凝劑性能的研究，以及小型試驗(yàn)，所以微生物絮凝劑一直未能得到廣泛的應(yīng)用。本文在綜述微生物絮凝劑研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了新的設(shè)想，以期為微生物絮凝劑的研究探討新的途徑

1 微生物絮凝劑的研究進(jìn)展

　　盡管在20世紀(jì)50年代，人們就發(fā)現(xiàn)了能產(chǎn)生絮凝作用的細(xì)菌培養(yǎng)液，但真正深人的研究卻始于1976年，J.Naknmura等[1]對(duì)能生產(chǎn)絮凝效果的微生物進(jìn)行了研究。從霉菌、酵母菌、細(xì)菌、放線(xiàn)菌等214種菌株中篩選出19種具有絮凝能力的微生物，其中霉菌8種，酵母菌1種，細(xì)菌5種，放線(xiàn)菌5種，研究較為深人的是Aspergillus Sojae AJ7002^[2]產(chǎn)生的絮凝劑，由此掀起了微生物絮凝劑的研究熱潮。
　　1985年H.Takagi等^[3]人研究出了PF101微生物絮凝劑，分子量約為30×10⁴，主要成分是半乳糖胺。它對(duì)枯草桿菌，大腸桿菌，啤酒酵母等均有良好的絮凝效果。
　　1986年，Ryuichiro Kurane等^[4]人，采用從自然界分離出的紅球菌屬微生物Rhodococcus erythropo-lis的S－1菌株，用特定培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件，制成絮凝劑NOC－1。并且把它用于畜產(chǎn)廢水處理，膨脹污泥處理，磚場(chǎng)生產(chǎn)廢水處理，還有廢水的脫色處理，都取得了很好的處理效果，被認(rèn)為是目前發(fā)現(xiàn)的最好的微生物絮凝劑。在此之后的研究中，比較有代表性的是1997年Suh.H.－H.等人發(fā)現(xiàn)的DP－152絮凝劑[5]，因其是首次發(fā)現(xiàn)桿狀細(xì)菌也能產(chǎn)生絮凝劑。
　　我國(guó)對(duì)微生物絮凝劑的研究起步較晚，除臺(tái)灣省的鄧德豐等人，從廢水處理場(chǎng)的廢水中分離到C－62細(xì)菌菌株產(chǎn)生的微生物絮凝劑；中科院成都研究所張本蘭從活性污泥中分離得到的P.alcaligenes8724菌株產(chǎn)生的絮凝劑和武漢市建設(shè)學(xué)院康建雄、陶濤用黑酵母以淀粉水解或葡萄糖為原料發(fā)酵產(chǎn)生的普魯蘭絮凝劑外，最近鄧述波等[6]人從土壤中分離篩選得到硅酸鹽芽抱桿菌新變種，該菌產(chǎn)生絮凝劑MBFA9[7]，并把該絮凝劑用于給水處理中，以河水作為絮凝對(duì)象，出水濁度降至0.8NTU。但這些研究只停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，并未見(jiàn)工業(yè)應(yīng)用的報(bào)道。

2 微生物絮凝劑的結(jié)構(gòu)性質(zhì)與分類(lèi)

　　微生物絮凝劑是一類(lèi)由微生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，主要成分有糖蛋白、多糖、蛋白質(zhì)、纖維素和DNA等。它是利用微生物技術(shù)，通過(guò)細(xì)菌、真菌等微生物發(fā)酵、提取、精制而得到的，具有生物分解性和安全性的新型、高效、無(wú)毒、無(wú)二次污染的水處理劑。
2.1 結(jié)構(gòu)性質(zhì)
　　微生物絮凝劑的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)各異，如 Rhodococ-cus erythropolis產(chǎn)生的絮凝劑NOC-1是多糖蛋白；Paecilomyces SP.產(chǎn)生的PF101是由氨基半乳糖以α－1,4鍵相連而成的分子量3×10⁵道爾頓的粘多糖^[8]。經(jīng)試驗(yàn)證明，該粘多糖8％的單位是N端乙酰
化的。有的微生物產(chǎn)生的絮凝劑物質(zhì)結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，Aspergillus Sojae AJ7002產(chǎn)生的絮凝劑就是由蛋白質(zhì)、己糖胺、2-葡萄糖酮酸組成的分子量大于2×10⁵的的聚合物。絮凝劑DP－152是一種新型的微生物絮凝劑，來(lái)自糖的混合物，包括葡萄糖、甘露糖。半乳糖和巖藻糖，其質(zhì)量比例約為8：4：2：分子量大約為2×10⁶道爾頓。
2.2 分類(lèi)
　　根據(jù)絮凝劑物質(zhì)組成的不同，微生物絮凝劑可分為三類(lèi)[9]：
　?、僦苯永梦⑸锛?xì)胞的絮凝劑，如某些細(xì)菌。霉菌、放線(xiàn)菌和酵母，它們大量存在于土壤，活性污泥和沉積物中。
　?、诶梦⑸锛?xì)胞提取物的絮凝劑，如酵母細(xì)胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白質(zhì)和N-乙酸葡萄糖膠等成分均可作為絮凝劑。
　?、劾梦⑸锛?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，其余主要成分為多糖及少量的多肽、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)及其復(fù)合物，其中多糖在某種程度上可作為絮凝劑。

3 微生物絮凝劑的絮凝機(jī)理

　　絮凝的機(jī)理主要有三種：橋連作用、中和作用和卷掃作用。微生物絮凝劑是帶有電荷的生物大分子，這三種機(jī)理都可能存在。但主要是前兩種，這只是與無(wú)機(jī)鹽絮凝劑相比較而言所得的結(jié)論。關(guān)于微生物絮凝劑絮凝機(jī)理方面的研究提出了不少假說(shuō)：如Butterfield的粘質(zhì)假說(shuō)；Grabtree的利用PHB（Poly－β－h(huán)ydroxybutyric acid）酯合學(xué)說(shuō)；Friedman的菌體外纖維素纖絲學(xué)說(shuō)等[10]。但這些假說(shuō)適用范圍窄，只能解釋部分菌引起的絮凝，因此不為人們所接受。
　　目前，比較流行的學(xué)說(shuō)是離子鍵、氫鍵的結(jié)合學(xué)說(shuō)。該學(xué)說(shuō)可解釋大多數(shù)微生物絮凝劑引起的絮凝現(xiàn)象，以及一些因素對(duì)絮凝的影響，并為一些實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。該學(xué)說(shuō)認(rèn)為；盡管微生物絮凝劑性質(zhì)不同，但對(duì)液體中固體懸浮顆粒的絮凝有相似之處，它們通過(guò)離子鍵、氫鍵的作用與懸浮物結(jié)合，由于絮凝劑的分子量較大，一個(gè)絮凝劑分子可同時(shí)與幾個(gè)懸浮顆粒結(jié)合。在適宜條件下，迅速形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而沉積，從而表現(xiàn)出很強(qiáng)的絮凝能力。

4 微生物絮凝劑的特點(diǎn)

4.1 消除廢水處理的二次污染
　　 微生物絮凝劑為微生物菌體或菌體外分泌的生物高分子物質(zhì)，屬于天然有機(jī)高分子絮凝劑，它安全無(wú)毒，這已被許多實(shí)驗(yàn)證明，如微生物絮凝劑MBFA9的急毒試驗(yàn)結(jié)果表明：小白鼠一次性吞食1g/kg的該絮凝劑后，體態(tài)、飲食、運(yùn)行等均無(wú)異常反應(yīng)；給小鼠，豚鼠注射R.Erythropolis的細(xì)胞及培養(yǎng)液，均不致病。微生物絮凝劑既然是微生物的分泌物，自然不會(huì)危害它自身，不會(huì)影響水處理效果，且絮凝后的殘?jiān)杀簧锝到?，?duì)環(huán)境無(wú)害，不會(huì)造成二次污染。
4.2 提高凈化效果
　　主要是提高對(duì)油、無(wú)機(jī)超微粒子的凈化效果及提高脫色效果。目前的除油方法主要集中于生物除油，一般的化學(xué)絮凝劑在不同程度上，抑制微生物降解作用的發(fā)揮。而微生物絮凝劑則不同，它不但具備絮凝作用，且有降解性能，可提高油的去除效果。在乳化液的油水分離實(shí)驗(yàn)中，用Alcaligenues Latus地培養(yǎng)物，可以很容易地將棕櫚酸從其乳化液中分離出來(lái)，在細(xì)小均一的乳化液中即形成明顯可見(jiàn)的油滴，下層清液的CODcr去除率達(dá)48％，遠(yuǎn)高于無(wú)機(jī)絮凝劑和高分子絮凝劑的絮凝效果[11]。從日本的研究工作看，微生物絮凝劑處理畜牧產(chǎn)業(yè)廢水，瓦場(chǎng)廢水均具有較好的凈化效果，瓦廠廢水主要有胚體廢水和釉藥廢水，投加 NOC-1微生物絮凝劑處理后，廢水濁度大幅度下降，可得到幾乎透明的上清液，據(jù)此，可望提高對(duì)無(wú)機(jī)超微粒子的凈化效果。
　　微生物絮凝劑對(duì)廢水的脫色效果也很顯著，如用Alcaligenues latus培養(yǎng)物處理某造紙廠的有色廢水時(shí)，即可形成肉眼可見(jiàn)的絮凝劑，浮于水面，脫色率為94.6％，而下層清水的透光率幾乎與自來(lái)水相近^[11]。
4.3 微生物絮凝劑價(jià)格較低
　　主要從兩方面考慮：①微生物絮凝劑為微生物菌體或有機(jī)高分子，應(yīng)較化學(xué)絮凝劑便宜。微生物絮凝劑是靠生物發(fā)酵產(chǎn)生的，化學(xué)絮凝劑是人工合成的。從生產(chǎn)所用原材料，生產(chǎn)工藝能源消耗等方面考慮，微生物絮凝劑應(yīng)是經(jīng)濟(jì)的，這一點(diǎn)為國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)同。②微生物絮凝劑處理技術(shù)總費(fèi)用較化學(xué)絮凝處理技術(shù)總費(fèi)用低。一般工業(yè)廢水采用生物處理的技術(shù)費(fèi)用低于化學(xué)處理技術(shù)的處理費(fèi)用，前者約為后者的2／３。以印染工業(yè)的漂洗水為例，達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，采用活性污泥法處理費(fèi)用一般為0.3－0.5元／m³。采用化學(xué)混凝處理的費(fèi)用一般為0.7－1.0元／m³。
　　采用微生物絮凝劑處理廢水，前面以生物吸附為主，后面以生物降解為主，其過(guò)程類(lèi)似于AB法，其處理費(fèi)用較目前的化學(xué)絮凝處理費(fèi)用低，大約節(jié)約1/3的資金。

5 應(yīng)用現(xiàn)狀及前景展望

　　從目前最好的微生物絮凝劑NOC-1問(wèn)世，至今已有15a的時(shí)間了，而絮凝劑的研究一直未取得突破性的進(jìn)展。究其原因有二：第一，工作開(kāi)展的范疇太窄，只停留在菌種篩選和絮凝劑性能的研究上。第二，思路沒(méi)放開(kāi)，研究重點(diǎn)只放在微生物絮凝劑本身的開(kāi)發(fā)上，并未進(jìn)行復(fù)合型微生物絮凝劑的研究，從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用。據(jù)此，今后工作的開(kāi)展，重點(diǎn)應(yīng)放在開(kāi)發(fā)廉價(jià)的復(fù)合型的微生物絮凝劑。
　　有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，與氨化合了的甘蔗渣(ABG),雞毛(GCF)不僅能為微生物提供能源，而且能提供附加底物。在除油試驗(yàn)中，這些物質(zhì)還可吸附油滴，本身就具有吸附性。若它們和微生物絮凝劑共同開(kāi)發(fā)，應(yīng)能把微生物絮凝劑的研究推動(dòng)一大步，且因ABG和GCF的普遍和廉價(jià)，進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)也就成為可能。
　　研究微生物絮凝劑與其它絮凝劑的配合使用，也是微生物絮凝劑發(fā)展的另一方向。已有試驗(yàn)表明，二者配合使用，可以互補(bǔ)，不僅可以提高絮凝效率，而且還可降低投加量。
　　目前在水處理領(lǐng)域，都傾向于生物處理。若把水處理工程中的微生物與可產(chǎn)生絮凝作用的微生物配合使用，既可縮短處理流程，也可減少絮凝劑的投加量。

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　　作者簡(jiǎn)介：馬放(1963-),男，遼寧鐵嶺人，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事環(huán)境微生物學(xué)及環(huán)境生物技術(shù)方面的教學(xué)與科研。