微生物絮凝剂在废水处理中的研究现状及发展方向

张琼

摘  要：随着我国城市化进程的加快、经济的飞速发展，各类废水的排放不断增加，随之给污水的治理工作也带来了极大的挑战。现阶段，微生物絮凝剂作为一种天然的高分子絮凝剂，在污水的处理方面具有十分理想的效果，而且不容易产生污染。[1]且相较于其他处理废水的方式，微生物絮凝剂具有独特的优势。因此，本文概括了微生物絮凝剂废水方面的研究现状，并指出其在废水领域治理研究中存在的问题，同时提出微生物絮凝剂在废水处理领域的的研究发展方向，最后提出微生物—化学絮凝剂对含磷废水的处理。

关键词：微生物絮凝剂;废水处理;研究现状;发展方向

前言：

十三五规划中提出，推进生态文明建设是实现中国梦的伟大举措，同时也掀起了社会对环保问题的重视，2017年习近平主席提出的关于“绿水青山”的讲话内容，更是将环保问题提上桌面。水生态系统对维持人类健康生活以及可持续发展至关重要。[2]而目前，我国的水体污染十分严重且污染种类众多，未经治理的工业污水、残留大量农药的农药废水及生活中产生的大量生活废水都给我国的地表水和地下水带来了严峻的污染问题。且而在各类废水的整治中，微生物絮凝剂具有良好的生物学特性，同时以其良好的生物降解性、安全无毒、高效絮凝剂效果等特点，在各类污水的处理中得到了广泛的应用。

基于前人研究基础，有较多关于微生物絮凝剂在废水治理方面的研究，但是微生物絮凝剂在实际应用方面仍存在很大的挑战，且有关微生物絮凝剂相关研究目前仍没有重大突破，因此，微生物-化学复合絮凝剂的研究与发展是当前重要的发展趋势。目前，将微生物与化学吸附相结合应用于废水处理的方法，尚未出现。因此，本次课程作业我就从微生物絮凝剂在废水中的研究现状、存在的问题，以及复合絮凝剂等方面进行探讨。

第一章 微生物絮凝剂的研究现状

1.1微生物絮凝剂国内外研究现状

随着科技水平的发展，絮凝剂的生产技术也在不断进步与发展。按照化学成分组成，目前絮凝剂主要有无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂、微生物絮凝剂、复合絮凝剂等四类。

微生物絮凝剂的出现，大大地提高了絮凝效果，更有助于污水处理工作的开展，因此引起来国内外学者的广泛重视。微生物絮凝剂（简称MBF），是指由微生物的身产生的、具有高效絮凝作用的天然高分子物质。[3]从国内外研究最早的絮凝剂产生菌是1935年Butterfield从活性污泥中分离出来的，1971年，Zajic和Knetting也从煤油中分离出了一株捧状杆菌，该菌可分泌对泥水具有絮凝作用的多聚物。1986年Ryuichiro KuraneP等人将NOC-l用于畜产废水、膨胀污泥和砖场生产废水等的处理，均取得了很好的效果。而我国在微生物絮凝剂方面的研究还比较晚，且目前微生物絮凝剂的研究方面还主要停留在实验室研究阶段，因此还暂时未出现大规模工业生产应用。

1.2微生物絮凝剂的特点与优势

综合比较多种絮凝剂，微生物絮凝剂具有高效、安全的特点，且由于它同时具有絮凝剂及微生物可降解的特性，因此对环境不产生二次污染，也逐渐应用到环境治理的领域，如在高浓度难降解废水的除浊、除重金属，脱色和除油等方面它就表现出很大的优势。除此之外，相较于传统絮凝剂而言，微生物絮凝的用量少、作用条件较粗放，因此其适用范围也更广。由于它的独特性质，它的脱泥效果也很好，能够很好地改善传统活性污泥工艺系统运行中出现的污泥活性不高、污泥膨胀等问题。除此之外，从目前国内外对微生物絮凝剂应用方面的研究来看，它的应用领域比我们想象中的还要广泛，不止应用于生态环境中处理污水，还广泛地应用于医药、食品加工及发酵等相关行业的固液分离方面。

第二章 微生物在废水治理中的应用

2.1在去除悬浮颗粒方面的应用

随着工业化进程，工业废水的产生难以通过普通的方法进行有效处理。而据研究发现，在实际研究和应用中，很多微生物絮凝剂在悬浮物废水去除方面有着较理想的效果。例如，王伟等[4]研究发现絮凝剂 GSY-9 分子上各个吸附点对煤泥水中各组分具有不同程度作用力，且最终能完成对煤泥水的有效絮凝。张超等人[5]提到微生物絮凝剂在难处理的建筑材料加工废水悬浮物的应用方面有着较好的絮凝效果，在向陶瓷厂废水中添加微生物絮凝剂NOC-1后，废水的OD值可从原来的1.4降至0.043。且相较于其他材料而言，用微生物絮凝剂处理悬浮物高达150g·L-1的浊水，沉降率是阳离子聚丙烯酰胺的2.5倍，阴离子聚丙烯酰胺的4倍[6-8]。李静等[9]通过研究发现，MBF-HG6微生物絮凝剂及助凝剂CaCl2共同处理粉煤灰，其结果是对于胶体颗粒脱稳后的絮凝和吸附架桥具有巩固作用，且能够实现最大限度地去除含铅废水中的重金属。

由此可见，目前已有较多的微生物絮凝剂在去除悬浮颗粒方面的应用效果较为理想，且对这些固体悬浮物含量较高的废水有着良好的澄清除浊效果。

2.2在水质改善方面的应用

早有学者表明，微生物絮凝剂在处理城市废水方面有着很理想的效果。主要原因是因为，在城市生活废水中能够分离出一种混合高效的菌群，而该菌群就具有将生活废水降解和絮凝的作用，它能够去除污水中大量化学需氧量（COD）、五天生化需氧量（BOD5）等物质，且高分子絮凝剂对COD的去除率高达68%，对悬浮物的去除率高达91%。而在处理水体恶臭方面，美国生物细菌控制系统公司亚洲有限公司研制的高效生物净水剂PX，处理2.2万t·d-1的市政污水，添加量为1/107，使臭味得到控制，BOD去除率80%～90%，SS去除率80%～92%：处理300t·d-1的酒店污水，添加量为1g·t-1，3d后臭味消失，7d后出现明显效果，隔油池積油消除，出水BOD为20mg·L-1，COD为80mg·L-1[10]。此外，微生物絮凝剂对于有色废水的处理方面也表现出较好的脱除效果。例如，R.Kurane发现Alcaligenes latus B-16产生的絮凝剂对化妆品厂排放的蓝色废水具有良好的脱色效果[11]。

微生物絮凝剂对于改善水体质量的方面的应用还远远不止这些，国内外还有大量研究表明，微生物絮凝剂对于含油污水等乳浊液的处理、对于污泥沉降性能的改善以及在工业废水中提纯物质方面都具有较理想的效果。

2.3重金属废水处理及贵金属回收

就目前我国环境而言，金属废水中的金属离子仍是造成水体污染的重要原因，且这些金属离子很多都具有生物毒性，过多地排放到外界不仅会急剧地增加环境污染，也会危害到人体健康。因此，在金属废水的治理和贵重金属的回收方面，微生物絮凝剂也得到了较好的应用。首先在重金属废水处理，目前使用广泛的传统处理方法有化学还原、电解、离子交换等，微生物絮凝剂与之相比，在mg·L-1级的废水处理上拥有着独特优势，而且效果十分显著，在后处理时，用一般的化学方法如调节p H，加入较强络合能力的解吸剂，就可以解吸生物吸附剂上的重金属离子，回收吸附剂以循环利用。与此同时，Bender等先后报道了藻青菌可以从水中除去Mn2+、Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+、Co3+、Cr3+、Fe3+等金属离子。

第三章、微生物絮凝剂存在问题与发展趋势

3.1微生物絮凝剂的发展现状

根据上文可知，微生物絮凝剂在环境治理方面起着重要作用，且在废水治理的多方面也实现了巨大的突破。但根据查阅文献可知，应用微生物絮凝剂治理废水还存在着许多不足，比如说在筛选高效菌种的条件较为严苛，难以培养：且我国目前在微生物絮凝剂的研究仍没有重大突破，也没有公认的机理。另外，培养基的成本及培养条件也较高，导致絮凝剂产量低，因此难以实现规模生产，在实际应用过程中缺乏广泛应用性和可行性，且很难大规模地应用到实际生态环境的治理方面。但随着絮凝剂的不断发展，复合型絮凝剂的应用已经体现出一定的优势，而开发复合型絮凝剂即微生物-化学复合絮凝剂，则可以实现优势互补。

3.2在含磷废水的处理方面

我们知道，随着农业的发展，有机农药的排放日益严重，且在农药中所含的有害物质很多，其中最为主要的是有机磷及其有机盐，这就给水体污染带来巨大压力。因此处理污水中的磷，成为当前重要的研究方向。含磷废水处理方法工艺主要包括，高级氧化技术，超声波技术，生物化学技术。常用于处理该废水的方法主要包括铁碳微电解法、臭氧氧化法、生物化学法、高级氧化法和光催化氧化法等方法。张海彦等提出，生物法对低浓度磷处理基本能达到排放标准，但对高浓度磷处理很难达到排放标准，且还存在二次污染的问题;而化学除磷法能可靠有效地去除磷，具有除磷效果较好、运行稳定等优点。但我们知道，目前单独的处理工艺处理效果不理想而且费用高，仍较为局限，效果不理想。

第四章、微生物化学复合絮凝剂

4.1微生物化学复合絮凝剂研究背景

随着我国城市化进程的不断加快和经济迅速发展，工业废水、生活污水、畜业废水产生以及排放量都在不断地增加，所以，污水处理的问题也变得十分严峻，势在必行。现阶段，微生物絮凝剂对于污水处理的效果十分良好而且不容易产生污染，但在广大废水处理方式中，复合絮凝剂凭借优势脱颖而出，受到了很多企业的支持与关注。

虽然微生物絮凝剂在污水治理中表现出较理想的效果，但目前单独的处理工艺处理效果不理想而且费用高。因此，随着絮凝剂的迅速发展，复合絮凝剂开始应运而生并逐渐成为目前的研究领域。复合絮凝剂，即将多种单组分絮凝剂通过化学反应而形成的大分子量大共聚复合物。复合絮凝剂是将前几种絮凝剂按一定的配比所形成的一种复合型絮凝剂，它在一定程度上克服了单一絮凝剂适用范围窄等缺点，可以综合多种絮凝剂的优势，有助于提高絮凝效果。

4.2微生物化学复合絮凝剂研究目标

复合絮凝剂是将两种或多种单组分絮凝剂通过某些化学反应，形成大分子量的共聚復合物，这样既克服了单一絮凝剂的不足，也充分发挥了多种絮凝剂的协同作用产生显著的增效互补作用，实践证明，复合絮凝剂表现出优于单一絮凝剂的絮凝性能。

因此，此次通过期末作业的机会，展望了复合絮凝剂的研究发展方向，并提出了自己的研究设想。本设想为实验将探究微生物—化学絮凝剂对含磷废水的处理为例，展望复合絮凝剂的研究发展方向。查阅文献得知，实验中提到的Candidatus Accumulibacte（假丝酵母）是最新研究表明的主要除磷微生物。

基于前人研究基础，有较多关于其他含磷废水处理方法的研究，但将微生物与化学吸附相结合的方法，尚未出现。具体实验路线见图1，恳请老师予以批评指正。

4.3实验思路设想

微生物-化学絮凝剂处理含磷废水的研究

参考文献

[1]  梁翠红，李园园.微生物絮凝剂在污水处理上的应用[J].低碳世界，2018（11）：14-15.

[2]  杨蕾，赵维贞.我国污染水体生态恢复产业的完善路径[J].科学与管理，2018，38（05）：46-51.

[3]  赵嘉宁.微生物絮凝剂的研究现状及发展趋势[J].化工设计通讯，2018，44（04）：129.

[4]  王伟. 微生物絮凝剂对煤泥水中微细粒煤与矿物选择絮凝及其机理研究[D].太原理工大学，2017.

[5]  张超，陈文兵，武道吉.微生物絮凝剂在废水处理中的应用[J].化工技术与开发，2013，42（09）：49-52+58.

[6]  A protein bioflocculant produced by rhodococcus erythropolis. Takeda M，Kurane R，Koizumi J，et al. Agricultural and Biological Chemistry . 1991

[7]  Production of a bioflocculant by Rhodococcus erythropolis S-1 grown on alcohols. Kurane R，Hatamochi K，Kakuno T，et al. Bioscience Biotechnology and Biochemistry . 1994

[8]  Microbial flocculation of waste liquids and oil emulsion by a bioflocculant from Alcaligenes latus. Ryuichro Kurane，Yasuhiro Nohata. Agricultural and Biological Chemistry . 1991

[9]  李静. 粉煤灰—微生物絮凝剂联合去除含铅废水的研究[D].内蒙古工业大学，2017.

[10]  Screening for and characteristics of microbial flocculants. Kurane R，Takeda K，Suzuki T. Agricultural and Biological Chemistry . 1986

[11]  Flocculation of bentonite particles by a cyanobacterial bioflocculant. N Levy，Y Bar-or，S Magdassi. Colloids and Surfaces . 1990