微生物絮凝剂在水污染治理中的应用1.doc

微生物絮凝剂在水处理中的应用
学生：丁力
专业：环境监测与治理
年级：2008级
摘要：微生物絮凝剂法广泛应用于水处理中。本文主要论述了微生物絮凝剂的分类，絮凝机理，影响絮凝活性的因素及在水处理中的应用。
前言
随着水处理技术的发展,絮凝剂的研究和应用越来越受到重视。微生物絮凝剂是某些微生物在特定的培养条件下，生长到一定阶段而产生的有絮凝活性的次生代谢物质，可作为一种新型水处理剂，具有安全、高效、易生物降解等特性[1]。微生物絮凝剂多数相对分子质量较大(104~106)，分离纯化的微生物絮凝剂主要有多聚糖、糖蛋白、糖脂、脂蛋白、DNA、RNA、纤维素等，其中以多聚糖和糖蛋白类物质占绝大多数[2]。
2微生物絮凝剂的分类
1)直接利用微生物细胞的絮凝剂，如某些细菌。其中霉菌、放线菌和酵母，它们大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中。
2)利用微生物细胞提取物的絮凝剂，如酵母细胞壁的葡聚菌、甘露聚糖、蛋白质和N-乙酸葡萄糖胶等成分均可以作为絮凝剂。
3)利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂，微生物细胞分泌到细胞外的代谢产物，主要有细菌的荚膜和粘液质，除水分外，其余主要成分为多糖及少量的多肽、蛋白质、脂类及复合物，其中多糖在某种程度上可作为絮凝剂[3]。
3微生物絮凝剂的絮凝机理
微生物絮凝剂在液体介质中主要通过其电荷性质和高分子特性使胶体脱稳、絮凝沉淀、固液分离。研究工作者已经提出多种絮凝机理，其中以“桥联作用”机理最为人们所接受。
3.1“桥联作用”机理
该学说认为微生物絮凝剂大分子借助离子键、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，并形成一种网状的三维结构而沉淀下来。Lee等以吸附等温线和ζ电位测定表明，环圈项圈藻PCC-6720所产生的絮凝剂对膨润土絮凝过程是以“桥联作用”机理为基础的。电镜照片显示细菌之间有胞外聚合物搭桥相连，正是这些桥使细胞丧失了胶体的稳定性而紧密聚合并在液体中沉淀下来。
3.2“电性中和”机理
胶体粒子的表面一般带有负电荷，当带有一定正电荷的链状生物大分子或水解产物靠近胶粒表面时，将会中和胶粒表面的一部分负电荷，减少静电斥力，从而使胶粒间因发生碰撞而凝聚。
3.3“卷扫作用”机理
当微生物絮凝剂投加到一定量且可形成小粒聚体时，可以在重力作用下迅速网捕,卷扫水中胶粒而产生沉淀分离，称为“卷扫作用”或“网捕作用”。“卷扫作用”基本上是一种机械作用。
此外，还有其它的一些絮凝机理，如粘质学说、酯合学说、荚膜学说等也可解释部分絮凝现象。絮凝的形成是一个复杂的过程，单一的某种机理并不能解释所有的现象，絮凝作用是多种作用的共同结果[4]。
4影响絮凝活性的因素
4.1分子量
絮凝剂分子量大小对其絮凝效果的影响很大，分子量越大，絮凝活性越高。当絮凝剂的蛋白质成分降解后，分子量减小，絮凝活性明显下降。一般线性结构的大分子絮凝剂的絮凝效果较好，如果分子结构是交链或支链结构，其絮凝效果就差[5]。
4.2絮凝剂的投加剂量
每一种絮凝剂都有一个最佳投加剂量，过多或过少，絮凝效果均会下降。据分析，投加剂量的最佳值约是固体颗粒表面吸附大分子化合物达到1/2饱和时的吸附量，此时大分子在固体颗粒上架桥几率最大。
4.3温度
适当提高温度可提高絮凝效率。絮凝物质结构上含有蛋白质或肽链的絮凝剂一般都是热不稳定的，高温可使这些高分子物质空间结构改变，导致变性，从而使絮凝活性下降。而由糖类构成的絮凝剂则是热稳定的，它们对温度不敏感，絮凝剂活性不随温度的改变而改变，或者改变较少。例如R.erythropolis产生的絮凝剂在100℃的水中加热15min后，其絮凝活性下降50%。
4.4PH
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，微生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。
4.5金属离子的种类和浓度
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。而不同的絮凝剂，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Ca2+、Mg2+、Mn2+等，以及三价离子中的Al3+、Fe3+等。
4.6分子结构
单线性结构比交联和支链的结构好。
4.7微生物的培养期
培养后期的产生菌形成的絮凝剂絮凝效果较好[6]。
5微生物絮凝剂在水处理中的应用
5.1在污水处理中的应用
5.1.1城市生活污水
杨开等采用微生物絮