摘要：综述了传统絮凝剂在水处理中存在的缺陷以及微生物絮凝剂在水处理中的优越性, 列举并分析了微生物絮凝剂在现代废水处理中的具体应用，并针对现今微生物絮凝剂发展的不出了今后的发展趋势。
关键词：传统絮凝剂；微生物絮凝剂；废水处理；应用
作者简介：胡玉平(1975- )，男，湖北人，硕士，广西民族大学讲师，从事化工环保和环境微生物方面的研究。
絮凝剂是一类能使悬浮液中的细颗粒凝聚、沉降的物质，广泛应用于废水处理、化工等领域。1990年美国絮凝剂的消耗量为3万t（主要用于水处理），价值9400万美元，并以每年4%的速度增加。目前我国生产聚铝的厂家达50多家，每年生产聚丙烯酰胺近万t。由此可见，絮凝剂产品有着广阔的市场。随着工业的发展，污水量的增加，絮凝剂的需求量势必还将增加。
本文主要讨论第三代絮凝剂——微生物絮凝剂(Microbial Flocculants, 简称MBF)在污水处理中的现状及其在实际应用中所面临的不足, 提出了笔者的一些看法, 并对MBF 的发展趋势作了科学的分析和预测。
1 传统絮凝剂在污水处理中存在的问题
目前使用的絮凝剂主要有无机和有机两大类，其中以无机的聚氯化铝和有机的聚丙烯酰胺应用最为广泛。尽管这些絮凝剂能够满足工业要求，但或因价格较贵（国产聚丙烯酰胺已达6万元/t），或大量使用（无机絮凝剂每立方米用量达数g以上），增加了企业的经济负担，更重要的是，这些絮凝剂的大量使用，造成了环境污染，危害人类健康。据文献报道[1]，当水中铝含量高于0.2-0.5mg/dm3 3 时可使鲑鱼致死。由于铝盐絮凝法产生的污泥广泛应用于农业，导致土壤中铝含量升高，植物出现铝害, 从而影响植物正常生长, 甚至死亡，同时伴随这些农作物进入食物链亦影响到人体的健康。临床上铝中毒主要有铝性脑病、铝性骨病和铝性贫血等, 老年性痴呆症即是铝性脑病的一种。铁盐对金属有腐蚀作用, 也可造成处理水中带有颜色, 且高浓度的铁对人体健康和生态环境有不利影响。自20 世纪60 年代以来, 人工合成的有机高分子絮凝剂在废水处理及污泥调节中得到广泛应用，目前使用较多的是聚丙烯酰胺, 但因合成这些聚合物的单体具有强烈的神经毒性, 而且还有很强的致癌性, 所以对其使用作了规定[2]。
总之，传统的絮凝剂有着处理效率不高、耗费大及二次污染等问题, 这就需要去寻找一种较经济、合理的污水处理方式。近年来, 利用MBF 处理污水的方法越来越受到国内外的关注。
2 第三代絮凝剂 —— 微生物絮凝剂的特点
微生物絮凝剂是一类由微生物产生的代谢产物，主要成分有糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素和DNA 等。它是利用微生物技术，通过细菌、真菌等微生物发酵、提取、精制而得到的,是具有生物分解性和安全性的新型、高效、无毒、无二次污染的水处理剂。
微生物絮凝剂在污水处理过程中存在如下几种优势:
（1）高效性 同等用量下,微生物絮凝剂的使用效率明显高于常规絮凝剂。
（2）安全无毒性 经小白鼠安全试验证明,微生物絮凝完全能用于食品、医药等行业的发酵后处理。
（3）无二次污染 微生物产生的絮凝剂成分复杂多样，且随菌种的不同而不同；到目前为止，已报道的微生物产生的絮凝物质为糖蛋白、粘多糖、纤维素、DNA 等高分子物质，其分子量多在105 以上，具有可生化性，即能够自行降解，因而絮凝后不会带来二次污染。
（4）用途广泛、脱色效果独特 如已研制成功的微生物絮凝剂 NOC-1是以红平红球菌(Rhodococcus erythropolis) 为主体，在Ca2+ 存在下，对大肠杆菌、酵母、泥浆水、畜产废水、染料废水等有极好的絮凝和脱色效果。
（5） 放量相对少 使用少量微生物絮凝剂，就能实现大面积污水的净化作用。
比较微生物絮凝剂与传统絮凝剂在污水处理过程中的差异，不难看出，微生物絮凝剂必将部分或全部取代传统絮凝剂而成为污水处理中的主导。
3 微生物絮凝剂在污水处理中的应用
3.1 城市生活污水的处理
用从城市生活污水中分离出的具有絮凝、降解作用的高效混合菌群对生活污水进行处理，可使污水的COD 和BOD5 的去除率达到100% 。用絮凝剂 TH6 处理生活污水，其COD 和SS的去除率分别达到68%和91%。
3.2 建材和焦化废水的处理
在含有大量固体悬浮颗粒的废水中，加入某种微生物絮凝剂的发酵液，可使废水中形成大量絮凝体以沉淀去除。如在焦化废水悬浊液中，加入Alcaligenues latus培养液，沉降后上清液的固体悬浮颗粒去除率达78%。用红平红球菌产生的絮凝剂处理瓦厂废水，处理后的上清液几乎是透明的。
3.3 染料废水的脱色
目前的废水处理技术虽能降低 BOD5 ，但是对可溶性色素溶液的脱色效果不佳，使用微生物絮凝剂处理可以达到理想的效果。如用P.alcaligenes8724 菌株产生的絮凝剂对造纸黑液和氯霉素生产废水等颜色较深的废水进行脱色处理, 其脱色率可分别达到95%和98% 。用 NTX 絮凝剂对质量浓度为100 mg/L的蒽醌染料废水进行脱色,其脱色率可达93%。
3.4 畜产废水的处理
畜产废水的 BOD5 很高, 是一类难处理的有机废水。采用微生物絮凝剂可以有效地降低其TOC含量和 TN 含量。如在畜产废水中加入微生物絮凝剂 NOC-1，处理 10 min 后，其 TO C和 TN 的去除率分别为70% 和40%，浊度去除率达94.5%，处理后的水基本上是无色澄清的。
3.5 食品工业废水的处理
微生物絮凝剂用于食品废水的处理，可达到满意的效果。如用微生物絮凝剂普鲁兰来处理味精生产废水，其COD 和SS 的去除率可达到40%左右，其浊度去除率可达99%。用絮凝剂A-9处理淀粉厂的黄浆废水，其处理效果也明显优于目前使用的化学絮凝剂，且可回收其蛋白质成分作饲料。
3.6 塑料工业废水的处理
在塑料工业废水中酞酸酯含量较高，较难处理,Rhodoccocusn erythropolis能在以酞酸酯为碳源的培养基上生长，并合成一种酶。该酶将具有不同支链的邻苯二甲酸酯分解成邻苯二甲酸和乙醇，而且同时产生絮凝剂,达到双重处理效果。
3.7 电镀废水的处理
电镀废水中的铬和氰对人体危害很大，是废水处理的重点治理成分。田小光[3]以硫酸盐还原菌培养液为净化剂，可使水中的Cr6+ 质量浓度由 44.11 mg/L下降为 5.365μg/L。
3.8 乳化液的油水分离
向一些乳化液中加入特定的絮凝剂，在一定程度上可使油水分离。如用Alcaligenues latus培养物可以将棕榈酸从乳化液中分离出来，下层清液的 COD 从450 mg/L 下降为 235 mg/L，去除率为48%，远高于有机和无机高分子絮凝剂。
3.9 活性污泥沉降性能的改善
活性污泥处理系统的效率常因污泥的沉降性能变差而降低，微生物絮凝剂能有效地提高整个处理系统的效率。如将由红平红球菌制得的微生物絮凝剂 NOC-1加入到已膨胀的活性污泥中，可以使污泥容积指数从290下降到 50，并且在污泥沉降性能得到恢复的同时不会降低有机物的去除效率[4] 。
3.10 对污泥脱水的作用
对污泥进行脱水能够为后续处理创造有利条件。用红平红球菌培养物 2ml 和 5ml 浓度为 1% 的 Ca2+ 溶液，处理95ml浓缩后的污泥，可以使污泥体积在20min 内浓缩为原来的92 %，上清液的OD550值小于0.05[5] 。
4 微生物絮凝剂研究存在的问题
毋庸置疑，微生物絮凝剂在处理废水方面有着突出的优越性，它的大规模生产和应用将有广阔的市场前景。但是从规模化生产和废水处理角度看，目前国内外的微生物絮凝剂研究还存在着如下问题：
（1）研究水平低。大多数学者从自然界筛选高效的絮凝剂产生菌，研究其絮凝性能，而对优良的絮凝剂产生菌诱变育种和基因控制方面缺乏研究，且研究停留在实验室阶段。
（2）制备成本高。绝大多数研究按照食品发酵和生物制药的思路制备微生物絮凝剂，即采用单一菌种和价格昂贵培养基,制备偏高。
（3）测定絮凝剂活性的指标单一。目前，国内外只用微生物絮凝剂处理高岭土悬浊液的能力来表征其活性，对于性质和种类千差万别的工业废水而言，此指标显然不能全面衡量。
（4）絮凝机理尚无明确解释。微生物絮凝剂絮凝机理的研究目前仍没有重大突破，仍只是用经典的胶体体系絮凝机理进行解释，这必然会制约处理能力的提高。
（5）针对性不强。在研究微生物絮凝剂处理废水时，尚没有关于絮凝剂种类、成分与处理废水类型对映关系的研究，这将造成微生物絮凝剂在使用过程中的盲目性和缺乏针对性，从而难以提高微生物絮凝剂处理废水的效率。
5．微生物絮凝剂处理废水的发展方向
基于上述亟待解决的问题,作者认为微生物絮凝剂研究和开发的重点应集中在以下几方面:
5.1 建立一套快速寻找、筛选高效絮凝剂产生菌的方法系统
目前利用高岭土悬浊液进行初筛和复筛的研究方法，效率很低，而且存在一定的误差。因此有必要找到快速准确地筛选出处理特定废水的絮凝剂产生菌的方法，以提高工作效率。
5.2 深入研究微生物絮凝剂的絮凝机理
从物理、化学和生物学等不同角度深入研究微生物絮凝剂的絮凝机理，结合经典的絮凝机理研究微生物絮凝剂的成分对不同水质废水的作用机制，找出其中的规律，根据不同的废水水质开发出具有针对性的高效微生物絮凝剂，这样不仅能从本质上显著提高絮凝效果，还可以大大降低絮凝剂投加量，从而降低处理成本，这是微生物絮凝剂实现广泛的工业应用前必须做的工作。
5.3 构建工程菌
仅靠从自然环境中分离筛选絮凝剂产生菌，成本高，难以实现规模生产和应用。为满足废水处理的要求，利用分子生物学技术获得高效的絮凝基因，通过转基因技术，或者对高效的微生物絮凝剂产生菌诱变育种，构建絮凝作用的工程菌。如红平红球菌是一种既能降解酞酸酯又可以产生絮凝剂的一类微生物，将其遗传因子引入到可以产生絮凝剂的假单胞菌细胞中，就可提高活性污泥分解甲苯的能力，得到既有絮凝性又有降解能力的新菌株[4]。
5.4 寻找物美价廉的培养基
目前微生物絮凝剂的使用成本较高，主要最受培养基的影响，如在NOC - 1 的培养基中，作为N 源的酵母浸膏价格较贵，占生产成本的80% ，若用豆饼、水产废水和牛血代替酵母浸膏,培养基价格下降65 %以上[5]；马放等人已证明采用廉价的原料纤维素作为底物进行发酵的产物，也可以絮凝菌的产絮培养基[6]。
5.5 优化生产条件
微生物絮凝剂真正应用到废水处理中，不仅要求它有很好的絮凝效果，而且还要利于大量生产。今后应利用连续的生产方式，缩短生产周期，并考虑到发酵过程中的各种影响因素，调控提高微生物絮凝剂的产率，降低成本，以期工业化的实现。
5.6 研究 MBF 与其它絮凝剂的配合使用
配合使用可以互补，不仅可提高絮凝效率，而且还可降低投加量，在使用其它絮凝剂时应尽量选用不会产生二次污染物质，如不用或少用含铝的絮凝剂等。采用廉价底物经过多株菌混合发酵后制得复合型微生物絮凝剂也是微生物絮凝剂的一个发展方向[7]。
参考文献
[1]国家环境保护局.混凝剂与絮凝剂.北京:中国环境科学出版社,1991.
[2]傅天德,许保玖.高浊度给水工程.北京:中国建筑工业出版社,1996.
[3]田小光.硫酸盐还原菌净化工业废水的研究.生物技术,1997,7(1):29-31.
[4]江锋,黄晓武,胡勇有.胞外生物高聚物徐凝剂的研究进展(下)[J].给水排水,2002,28(9):88-911.
[5]李兆龙,虞杏英.微生物絮凝剂[J].上海环境科学,1991,10(9):45-461.
[6]马放,刘俊良,李树更,等.复合型微生物絮凝剂的开发[J].中国给水排水,2003,19(4):1-41.
[7]马放,李淑更,金文标,等.微生物絮凝剂的研究现状及发展趋势[J].工业用水与废水,2002,33(1):7-91.
