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微生物絮凝劑

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微生物絮凝劑是一類由微生物或其分泌物產生的代謝產物,它是利用微生物技術,通過細菌、真菌等微生物發酵、提取、精製而得的,是具有生物分解性和安全性的高效、無毒、無二次污染的水處理劑。由於微生物絮凝劑可以克服無機高分子和合成有機高分子絮凝劑本身固有的缺陷,最終實現無污染排放,因此微生物絮凝劑的研究正成為當今世界絮凝劑方面研究的重要課題。

1種類

微生物絮凝劑主要包括利用微生物細胞壁提取物的絮凝劑,利用微生物細胞壁代謝產物的絮凝劑、直接利用微生物細胞的絮凝劑和克隆技術所獲得的絮凝劑。微生物產生的絮凝劑物質為糖蛋白、粘多糖、蛋白質、纖維素、DNA等高分子化合物,相對分子質量在105以上。

2研發史

微生物絮凝劑的研究者早就發現,一些微生物如酵母、細菌等有細胞絮凝現象,但一直未對其產生重視,僅是作為細胞富集的一種方法。近十幾年來,細胞絮凝技術才作為一種簡單、經濟的生物產品分離技術在連續發酵及產品分離中得到廣泛的應用。微生物絮凝劑是一類由微生物產生的具有絮凝功能的高分子有機物。主要有糖蛋白、粘多糖、纖維素和核酸等。能產生微生物絮凝 劑的微生物種類很多,它們大量存在於土壤、活性污泥和沉積物中。從其來源看,也屬於天然有機高分子絮凝劑,因此它具有天然有機高分子絮凝劑的一切優點。同時,微生物絮凝劑的研究工作已由提純、改性進入到利用生物技術培育、篩選優良的菌種,以較低的成本獲得高效的絮凝劑的研究,因此其研究範圍已超越了傳統的天然有機高分子絮凝劑的研究範疇。具有分泌絮凝劑能力的微生物稱為絮凝劑產生菌。最早的絮凝劑產生菌是Butterfield從活性污泥中篩選得到。1976年,Nakamura j.等人從黴菌、細菌、放線菌、酵母菌等菌種中,篩選出19種具有絮凝能力的微生物,其中以醬油麴黴(Aspergillus souae)AJ7002產生的絮凝劑效果最好。1985年,Takagi H等人研究了擬青霉素(Paecilomyces sp.l-1)微生物產生的絮凝劑PF101。PF101對枯草桿菌、大腸桿菌、啤酒酵母、血紅細胞、活性污泥、纖維素粉、活性炭、硅藻土、氧化鋁等有良好的絮凝效果。1986年,Kurane等人利用紅平紅球菌 (Rhodococcuserythropolis)研製成功息生物絮凝劑NOC-1,對大腸桿菌、酵母、泥漿水、河水、粉煤灰水、活性碳粉水、膨脹污泥、紙漿廢水等均有極好的絮凝和脫色效果,是目前發現的最好的微生物絮凝劑。

3性質

絮凝劑的分子質量、分子結構與形狀及其所帶基團對絮凝劑的活性都有影響。一般來講,分子量越大,絮凝活性越高;線性分子絮凝活性高,分子帶支鏈或交聯越多,絮凝性越差;絮凝劑產生菌處於培養後期,細胞表面疏水性增強,產生的絮凝劑活性也越高。處理水體中膠體離子的表面結構與電荷對絮凝效果也有影響。一些報道指出,水體中的陽離子,特別是Ca2+、Mg2+的存在能有效降低膠體表面負電荷,促進「架橋」形成。另外,高濃度Ca2+的存在還能保護絮凝劑不受降解酶的作用。微生物絮凝劑絮凝範圍廣、絮凝活性高,而且作用條件粗放,大多不受離子強度、pH值及溫度的影響,因此可以廣泛應用於污水和工業廢水處理中。微生物絮凝劑高效、安全、不污染環境的優點,在醫藥、食品加工、生物產品分離等領域也有巨大的潛在應用價值。

4絮凝機理

在利用微生物絮凝劑對給水或污、廢水的處理過程中,倘若對微生物絮凝劑的凈水機理缺乏正確的認識,則往往會造成許多不必要的損失,例如利用微生物絮凝劑處理相同電荷的污水,不僅會帶來絮凝劑的過度浪費,還不能取得較為理想的處理效果;再如忽略了微生物絮凝劑的最佳投加量,造成絮凝劑的過量投加或投加不足,往往也不能取得較好地處理效果。
限於條件及技術的限制,到目前為止,人們對微生物絮凝劑的絮凝機理尚缺少一個較為清楚的解釋。現今人們對微生物絮凝劑的作用機理存在著多種假說,包括:以生枝動膠菌可積累聚羥基丁酸為依據的PHB聚合學說;以胞外纖維絲可聚合形成絮凝物為基礎的菌外纖絲纖維素學說,此外還有But-terfield提出的粘質假說、Strantford提出的病毒假說以及吸附架橋學說和電性中和學說等。
電性中和機理
在使用微生物絮凝劑對水體進行處理的過程中,通過加入一定量的金屬離子或對水體pH進行一定調節,可對該絮凝劑的處理效果產生一定的促進或抑制作用。實驗研究證明:該操作是通過改變膠體表面的帶電性而起作用的。
通常情況下,在水體中以絮凝穩定性存在的膠體粒子往往帶有負電荷,當帶有一定量正電荷的鏈狀高分子微生物絮凝劑或其水解產物靠近這種膠體粒子時,在膠體表面上將會發生正負電荷的相互抵消,進而出現膠體脫穩的現象,使得膠粒之間、膠粒與絮凝劑之間的自由碰撞加劇,並在分子間的力作用下形成一個整體,最終依靠重力的作用從水中沉澱分離出來。
微生物絮凝劑在實際水處理當中的應用
微生物絮凝劑主要成分是微生物菌體或其次級代謝產物,具有適用範圍廣、絮凝活性高、安全無害且易生物降解的特性,因此可廣泛應用於給水及污、廢水的處理。

冷卻水處理藥劑微絮凝的應用

如果過濾前對原水中的膠體進行絮凝或混凝處理,可以大幅度地提高介質過濾器效率,使出水的SDI降低到5左右。硫酸鐵和三氯化鐵可以用於對膠體表面的負電荷進行失穩處理,將膠體捕捉到新生態的氫氧化鐵微小絮狀物上,使用含鋁絮凝劑其原理相似,但因其可能有殘留鋁離子污染問題,並不推薦使用,除非使用高分子聚合鋁。迅速的分散和混合絮凝劑十分重要,建議採用靜態混合器或將注入點設在增壓泵的吸入段,通常最佳加藥量為10-30mg/L,但應針對具體的項目確定加藥量。
為了提高冷卻水處理藥劑—混凝劑絮體的強度進而改進它們的過濾性能,或促進膠體顆粒間的架橋,絮凝劑與混凝劑一起或單獨使用,絮凝劑為可溶性的高分子有機化合物,如線性的聚丙烯醯胺,通過不同的活性功能團,它們可能表現為陽離子性、陰離子性或中性非離子性。混凝劑和絮凝劑可能直接或間接地影響RO膜,間接的影響如它們的反應產物形成沉澱並覆蓋在膜面上,例如當過濾器發生溝流而使混凝劑絮體穿過濾器併發生沉澱;當使用鐵或鋁混凝劑,但沒有立即降低pH值時,在RO階段或因進水濃縮誘發過飽和現象,就會出現沉澱,還有在多介質濾器后加入化合物也會產生沉澱反應,最常見的是投加阻垢劑,幾乎所有的阻垢劑都是荷負電的,將會與水中陽離子性的絮凝劑或助凝劑反應而污染RO膜。
當添加的聚合物本身影響膜導致通量的下降,這屬於直接影響。為了消除RO/NF膜直接和間接的影響,陰離子和非離子的絮凝劑比陽離子的絮凝劑合適,同時還須避免過量添加.
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