微生物絮凝剂在水处理中的应用.doc

微生物絮凝剂在水处理 中的应用 班级：电厂化学0901 姓名：陈雪平学号：200904014微生物絮凝剂在水处理中的应用陈雪平 2009040141 摘要：系统介绍了微生物絮凝剂的特性、絮凝机理及影响絮凝效果的因素，列举并分析了微生物絮凝剂的应用实例。微生物絮凝剂具有安全、高效、不污染环境等特点。产生絮凝剂的微生物种类多，生长快，易于实现产业化，因而微生物絮凝剂正日益受到人们的重视。 Abstract：The microbial treatment of polluted water is a water treatment method which using metabolic reaction of microbeBecause of the diversity of the microbe and having ability to decompose variety kinds of pollutants，it plays an important role in water treatmentThe research directions of the microbe and water treatment is making full use of microbe to control and clear up the organic matter,nutrient salts and heavy metal pollutantsThe research directions also involve the using of microbe to treat the water and regenerate the water resourcesThis paperaims to introduce the main application and mechanism of the microbial treatment of polluted water 关键词：微生物絮凝剂 水处理 絮凝机理 应用 Key words：microbe；water treatment；flocculating mechanism； 随着人类生活水平的提高和工业的飞速发展，水污染问题越来越突出。污水处理是解决水污染的重要途径，是水污染控制工程的重要措，是解决水资源短缺的重要方法。水是一种可再生的资源，而利用微生物进行水处理是使水资源再生的主要手段。将微生物应用于水处理工程，使废水得以净化，是微生物对人类的重要贡献。下面就让我们来看看微生物絮凝剂在水处理中的应用和发展前景。微生物絮凝剂是近年来研发的新型絮凝剂。它是利用生物技术，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，如糖蛋白、多糖纤维素、蛋白质和DNA等。由于微生物絮凝剂既可以生物降解又安全可靠，最终可实现无污染排放，其明显的特点与优势，为水处理技术发展展示了一个广阔的前景。其又可能取代或大部分取代传统的无机高分子和合成高分子絮凝剂产生絮凝剂的微生物，是具有分泌絮凝剂能力的菌种，至今发现已超过17种，包括霉菌、细菌、放线菌和酵母菌等。最具有代表性的有：酱油曲霉产生的絮凝剂AJ7002；用青霉素产生的微生物絮凝剂PF101；以及利用红平细球菌研制的微生物絮凝剂NOC-1等。1 定义及絮凝机理1.1 定义微生物絮凝剂1：指的是以固体微生物为目的的，借助于药剂和其他手段促使悬浮生长式生物处理废水系统中的微生物以形成生物絮体。简单的说，微生物絮凝剂就是用化学手段或者生物的方法絮凝微生物。1.2 絮凝机理 凝剂的絮凝机理2认为是：微生物絮凝剂的大分子借助离子键、氢键和范德华力，同时吸附多个胶体颗粒，在颗粒间产生“架桥”现象，从而形成一个网状三维结构而沉淀下来。絮凝过程是胶体颗粒与微生物絮凝剂大分子相互靠近、吸附并形成网状结构的过程。因而，絮凝剂大分子与胶体颗粒得表面电荷对絮凝效果有很重要的影响，而系统的PH值直接影响表面电荷，从而也影响它们之间的靠近和吸附行为；系统中的各种离子，尤其是高价异种离子能够明显地改变胶体电位，降低其表面电荷，促进絮凝剂大分子与胶体颗粒的吸附与架桥作用。如阳离子的加入，特别是Ca+的加入，减少了絮凝剂大分子和胶体颗粒表面的负电荷，可促进“架桥”的形成。2 影响絮凝剂产生的因素21 培养基的组成 培养基的组成是影响微生物絮凝剂产生的重要因素。培养基的碳氮比、初始pH和生长因子等都影响到絮凝剂的合成。一般来说，富含单糖、营养丰富的培养基，有利于絮凝剂的产生3。培养基的成分通过影响微生物的代谢途径而影响絮凝剂的合成。22 温度 微生物絮凝剂产生的最佳温度一般在2535，温度过低菌体生长速度变慢，温度过高细胞内代谢途径将发生改变4但适冷微生物可以在低温条件下产生絮凝剂，我们从污水中分离低温菌，其中有些种类在820内可产生絮凝剂。23 供氧量 供氧量也是影响微生物絮凝剂产生的重要因素。增加供氧量有利于好氧或兼性厌氧微生物进行好氧呼吸作用，从而促进絮凝剂的合成；另一方面，增加供氧量可以阻止菌体絮凝成较大的凝聚体4。2 .4 PH 微生物絮凝剂的活性随PH 值的变化而变化,因为酸碱度的变化影响微生物絮凝剂及其被絮凝物表面电荷带电状态及中和电荷的能力。在一定的PH值范围内，物絮凝剂表现出良好的絮凝活性。不同的絮凝剂对PH值变化所表现的效果也不一样，同种絮凝剂对不同的被絮凝物具有不同的PH初始值要求。2 .5 金属离子 金属离子的种类和浓度对微生物絮凝剂的影响较大。适当浓度的金属离子可以促进微生物絮凝剂分子与悬浮颗粒以离子键结合，从而提高絮凝活性，这对于提高微生物絮凝剂的絮凝活性有重要意义。 但是，金属离子的浓度不能过高，否则，由于大量离子占据了絮凝剂分子的活性位置，把絮凝剂分子与悬浮颗粒隔开而抑制絮凝。 而不同的凝剂，其适合的离子种类有所差异， 目前研究较多的有二价离子中的Ca 2 + Mg2 + Mn 2 + 等，以及三价离子中的Al 3 + Fe 3 + 等。2.6 遗传因素 微生物絮凝剂的产生一般由多个基因控制，且基因控制机理复杂，涉及基因之间的相互作用5到目前为止，人们已经发现了十几个与絮凝剂产生有关的基因6。3 微生物絮凝剂的特性731 高效性 与现在常用的各类絮凝剂相比，同等用量下，微生物絮凝剂对活性污泥的絮凝速度较快，而且絮凝物更容易过滤除去。32 无毒性 微生物絮凝剂是一类天然无毒的有机高分子化合物，对环境和人类均无毒无害，可以用于食品、医药等行业的发酵后处理。33 可消除二次污染 由于微生物絮凝剂主要成分为糖蛋白、粘多糖、蛋白质、纤维素、DNA等高分子物质，具有生物优先降解性，可消除对环境造成的二次污染。34 絮凝范围广泛，脱色效果独特 微生物絮凝剂对多种颗粒以及可溶性色素物质等都具有优良的絮凝能力和脱色能力，可用来处理生活污水和工业废水。4 微生物絮凝剂在水处理中的应用41 在给水处理方面的应用 在用含有糖醛酸、中性糖和氨基糖的多糖絮凝剂处理河水和湖泊水时发现絮凝后所形成的胶团大、密实度高、沉降快。对COD的去除率比海藻酸钠明胶絮凝剂高得多8。 邓述波9等利用含有糖醛酸、性糖和氨基糖的多糖絮凝剂处理河水 相比于海藻酸钠， 明胶絮凝剂而言 絮团大、 沉降快、 上清液浊度低 而且处理后COD 值最小 。 在给水的生物氧化预处理时 原水经微生物氧化分解后 在后续的加药混凝中 矾耗量减少 去除色度的能力增强 形成的絮凝颗粒大且密实沉降快。4.2 在工业废水的处理： 李向飞等10研究了白腐真菌与黄孢原毛平革菌对4种难降解染料的脱色效果，其对3种染料的脱色效率超过90。张彤等认为微生物絮凝剂对废水中的悬浮颗粒也有相当好的去除效果。在含有大量极细微的悬浮固体颗粒的焦化废水悬浮液中加入2的AIcaligenes latus培养物，并加人钙离子，即形成肉眼可见的絮凝体SS去除率达78。 邓述波等11分离筛选得到的硅酸盐芽孢杆菌产生的絮凝剂MBFA9具有用量少、絮凝效果好等特点，在5000 mgL的高岭土悬浮液中使用该絮凝剂，絮凝率高达996。应用絮凝剂MBFA9处理河水不但处理费用低，而且沉降30 rain后，用MBFA9絮凝剂处理的浊度为0.8 NTU，絮凝效果优于HPAM。处理后的上清液更加清澈。尹华等筛选出的菌株GS7。用于城市污水、餐饮废水和医院废水除浊。处理城市河涌污水等实际废水时具有用量少、澄清速度快等特点，投药5 min即可形成大絮团,30 min后水质清澈透明度去除率达93.5%12。含有高悬浮物的建筑材料加工废水是较难理的一类废水。张晓辉13分离筛选出3株絮凝剂产生菌处理高岭土和透辉石加工废水，其絮凝率都在90以上。黄晓武等14副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。4.3 在城市污水中的应用 武汉大学的杨开教授15对于絮凝剂复配PAC用于中低浓度城市污水一级强化进行了研究。研究结果表明：对于水质为pH值7.07.3，COD(60140)mgL、BOD(53080)mgL、NH3 N(711)mgL、TP(1529)mgL、SS(60100)mgL、NIU(2496)mL的净化厂原水，絮凝剂与PA C的最佳复合比为1:25(06mgL：15mgLPA c)最佳絮凝动力条件为同投加和PAC，在250rmin速度下快速搅拌lmin，再以60rmin的速度搅拌10min，相应的G值为23sl，GT值为1.4 x 101；最佳时间为30min。原水在最佳配比和最优絮凝条件下经过处理，COD去除率基本保持在52以上(53.564.5左右波动)，TP的去除率为90，NH3 N的去除率为15，多数出水水质指标接近或优于国家一级出水水质，甚至接近常规二级处理效果。 华中科技大学的康建雄教授将絮凝剂运用于城市生活污水的处理，在多数指标能够获得满意效果。在研究中发现： 与无机絮凝剂(铁盐、铝盐)复配使用效果好，与钙盐复配效果不好，这是因为铁盐和铝盐的水解产物是羟基的不饱和体，能与分子的羟基官能团强烈键合，既充分发挥了无机絮凝剂的电中和和脱稳作用，又发挥了的吸附架桥，两者同时作用又使脱稳胶粒形成巨大的空间网状絮体结构，网捕卷扫水中的细微污染物，因此絮凝效果十分优异，理论上在同剂量投加下其絮凝性能应该优于单独使用任何一种絮凝剂16.4.4 在建材废水中的应用 含有高悬浮物的建筑材料加工废水也是较难处理的一类废水 例如陶瓷厂废水 主要包括胚体废水和釉药废水两种 前者主要含有较多的黏土颗粒 后者除含黏土颗粒外 还有相当数量的釉药当添加NOC-1后5 min 胚体废水的浊度从原来的1 .4降低到0 .043 废水的浊度从17 .2 下降到0 .35。浊度去除率分别为96 .6 %和97.9% 可得到几乎透明的上清液17 。有研究表明 微生物絮凝剂的投加量在200 *10 -16 时 就能达到FeCl3浓度超过3000*10 -6时的絮凝效18。4.5 在印染废水中的脱色应用 有人在80ml废水中加入2ml Alcaligenes latus培养物和1.5聚氨基葡萄糖，即可在废水中形成肉眼可见的絮凝体，脱色率为94，下层清液的外观与自来水相近。微生物絮凝剂对废水中的悬浮颗粒也有相当好的去除效果。在含有大量极细微的悬浮固体颗粒的焦化废水悬浮液中，加入2的Alcaligenes latus培养物，并加入钙离子，即形成肉眼可见的絮凝体，SS去除率达78，比聚合铁有效得多(47)19. 张志强等20引用复合菌群1利用啤酒废水所产MBF的絮凝速度非常快，对靛蓝印染废水有良好的去除COD。，和脱色效果COD。，去除率和脱色率最高。分别达79.2和87.6。张本兰21引用Palcaligenes 8724菌株产生的絮凝剂，在实验室对纸浆黑液和氯霉素等色素较深的废水进行脱色处理，脱色率分别达95和9以上。4.6 对高浓度TOC和TN废水的去除 畜产废水是比较难处理的废水之一，它不但带有很大的气味，主要的是还有高浓度的总碳和氮。NOCl对猪粪废水具有很好的效果，处理后的上清液几乎透明，还能有效的去除总碳和氮，并已经很好的应用于实际当中22。马希晨等23用生物絮凝剂MF去处理畜产废水，使污水的总有机碳(TOC)从原来的8100 mgL下降到2990 msL，去除率为63.1，浊度去除率为94.1。4.7 生活污水处理 董双石等24以小区生活污水为实验用水，对比微生物絮凝剂和AICl3(02 molL)投加量对除浊率的影响，结果显示，单独投加AICl3时需2.0 mL才能达到最高的除浊效果；而复合投加时，投量为4mL，AICl3投量为1.2 mL时便可以实现高达98.7的除浊率。5 存在问题及发展趋势尽管微生物絮凝剂独特的优越性已显示了其广阔的应用前景但微生物絮凝剂在实际生产中尚未得到推广应用。主要原因为：原材料价格过高。葡萄糖和果糖是絮凝剂合成的最佳碳源酵母膏和牛肉膏、酪蛋白、酪氨酸往往是絮凝剂合成的最适氮源。这些为高价值原材料。絮凝剂产量低。絮凝活性弱是导致其生产成本过高的根本原因。主要原因为菌株自身潜力差产絮凝剂能力弱：菌株絮凝剂合成的最佳营养条件(主要指培养基组成、合成的最佳发酵条件(通气量、温度等)及最佳的絮凝条件均未达到。随着混合菌培养技术、基因工程技术、生物投菌法、固定化生物强化技术、生物流化床等新技术、新工艺的投入微生物絮凝剂的发展已进入一个新的历史阶段。 而我国的微生物絮凝剂要实现微生物絮凝剂的大规模推广可从以下几方面人手。(1)运用基因工程和生物遗传工程技术对微生物进行遗传学改造。定向选育出高絮凝活性、高降解能力的工程菌。寻找新物种。特别是极端条件下的某些物种。选育高产高效菌株。将污染物降解质粒引入到微生物菌株中运用原生质体融合和基因工程技术创造高产高效工程菌株集絮凝、沉降、降解多功能于一身拓展絮凝剂的使用范围。(2)寻找廉价碳源、氮源。优化选育条件，降低生成本。应因地制宜，找出最适合的而且低廉的培养基。并深入研究微生物絮凝剂的理化性质、絮凝基团的结构、絮凝性能和絮凝机理、絮凝动力学和影响絮凝的因素(3)研究微生物絮凝剂与其它类絮凝剂结合使用，以达到优势互补的目的。采用廉价底物经过多株菌混合发酵后制得复合型絮凝剂也是微生物絮凝剂的一个发展方向。(4)将微生物絮凝剂应用于食品、发酵、生物制药等行业如在制糖工业可用微生物絮凝剂替代传统的絮凝剂聚丙烯酰胺等从而为实现为微生物絮凝剂大规模工业生产和应用开辟更广阔的道路。结语 作为一类新型絮凝剂，微生物絮凝剂以其广泛的絮凝活性和生物降解性及应用安全性显示了它在废水处理方面的应用前景。人们虽然发现了生物絮凝剂的诸多优点，但其产量小、成本高，因此目前降低生物絮凝剂生产成本、提高生产效率则是使其真正成为商品的关键所在。 在实际废水处理过程中，考虑与其它类型的絮凝剂和水处理技术相结合以提高处理效果；根据不同废水水质研制具有针对性的高效微生物絮凝剂；实现絮凝剂生产和生化处理的有机结合，将微生物絮凝剂扩展到概念更广的生物絮凝剂研究范畴。 参考资料1周正立 张悦 鲁战明 污水处理剂与污水监测技术 中国建材工业出 版社 2007年 （35)2周正立 张悦 鲁战明 污水处理剂与污水监测技术 中国建材工业出 版社 2007年 （36)3Toeda KFlocculant from alcaligenes Cupidus KT201Ag ric Biol chem，1991，55(11)：279327994王镇几株絮凝剂产生菌的特性研究微生物学报，1995，35(2)：121 1295Jarkko HThe efficiency of the proteindependenflocculationof Flavobacterium spis sensitive to composition 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