苗晓琳1，杜少平1，徐建斌2，杨冠东1（1.广州市微生物研究所，广东 广州 510663；2.山东农业大学生命科学学院，山东 泰安 271018）
【摘 要】 介绍了微生物絮凝剂、微生物复合菌群技术和复合型凝剂微生物絮凝剂的基本概念、特点和研究进展，并对此研究领域发展前景作了展望。
【关键词】 微生物絮凝剂；复合菌群；复合型微生物絮凝剂；进展
目前污水处理中普遍采用的铁系和聚丙烯酰胺等絮凝剂存在单体或絮凝产物有毒、会造成二次污染等缺点，并可能引起致畸、致癌和致突变的"三致"效应[1]。微生物絮凝剂（Microbial Flocculant）是一类由微生物或其产生的有絮凝活性的代谢产物组成的天然高分子絮凝剂，具有高效、安全、无毒性或产生二次污染的特点，应用前景广泛。以复合菌群为基础研制的复合型微生物絮凝剂在菌种活性、絮凝效果等方面具有单一菌种絮凝剂无可比拟的优点，成为当前微生物絮凝剂研究的热点领域。本文简要介绍了复合型微生物絮凝剂的研究现状，并对研究前景做了展望。
1微生物絮凝剂
在上世纪早期，即有学者发现微生物的絮凝特性，但对于微生物絮凝剂实际深入的研究普遍认为始于上世纪七十年代中后期。1976年， Nakamura[2]等通过对能产生絮凝效果的微生物进行的系统性研究，共筛选出具有絮凝作用的细菌5种，霉菌8种，酵母菌1种，放线菌5种。1986年，Kurane等[3]采用自然界分离的红平红球菌Rhodococcus erythropolis的S1菌株，制成的絮凝剂NOC－1被人为是目前发现的最好的微生物絮凝剂[2]。此后，美国、英国、日本等各国的研究人员对产絮凝剂的微生物进行了长期深入的研究，目前已有成熟产品投放市场。我国微生物絮凝剂相关研究起步较晚、发展迅速，目前已有中科院、山东大学、南开大学、湖南大学、上海大学、大连理工大学、华南理工大学、四川农业大学以及西北农林科技大学等多家学校和科研院所有研究报道。
微生物絮凝剂根据组成成分不同可以分为四类[2，3]：第一类是微生物细胞，主要包括微生物的细胞体，目前已经研究的可用于生产微生物絮凝剂的微生物主要包括细菌、放线菌、真菌和藻类等；第二类是微生物细胞壁提取物质，主要包括葡萄糖、甘露聚糖和蛋白质等大分子物质；第三类是微生物荚膜、粘液质等细胞代谢产物，主要成分为多糖、蛋白质、脂类及其复合物；第四类是基因改良或诱变获得的工程菌株生产的絮凝剂。
2微生物复合菌群技术
在微生物参与的有机物的降解过程中需要多种酶的共同参与，而对于单一菌株来说，即使经过筛选和驯化，也难以同时产生多种高活性酶[4]。而微生物复合菌群可以依靠相互间协同作用和增殖关系形成一个组成复杂、结构稳定、功能广泛的，具有多种微生物群落的生物菌群，可以迅速分解有机物，并代谢抗氧化物质，同时抑制有害微生物的生长繁殖[5]，复合菌群技术（Effect Microorganisms Technique）即是以复合菌群理论为基础发展的一项新型技术。
获得产絮凝剂微生物复合菌群的主要方法有：采用定向筛选的方式先从自然界分离得到高效产絮微生物，再利用正交实验确定其混合比例；通过代谢途径的分析确定混合菌的比例；利用不同功能的微生物组成菌剂或直接由自然界分离混合菌等[6]。第一种方法为国内外大多数学者所采用，主要过程是使用传统的微生物学手段从自然界筛选具有产絮凝剂能力的微生物，通常选取包括污水处理厂污水、印染废水、活性污泥、土壤以及其他废料作为筛选材料，通过多次富集培养、筛选专一性生物催化反应、菌种絮凝效果试验以及菌种鉴定等几个步骤，筛选出具有产高效絮凝剂的微生物菌种。此类方法在获得单一产高效絮凝剂微生物菌种方面有着筛选范围广阔、模拟生境以及操作较为简便等优点，但笔者认为，其在复合型微生物絮凝剂研究中暴露出的弊端也不容忽视。首先，由于大量微生物在以复合菌群形式存在时方可具备最大的絮凝能力，而通过特征培养基和培养条件筛选到的菌株只能表征单一菌株的絮凝特性，从而造成具有强絮凝能力的复合菌群被忽略。如Kurane等[7]曾有报道报道了将无絮凝效果的Oerswvia sp.、Acinetobacter sp.、Agrobacterium sp.和Enterobacter sp.混合培养可产生絮凝现象。其次，从成分特定的材料中筛选的微生物可能对该种材料中的某种成分或外界环境条件产生依赖性，而实验室的培养条件很难达到其自然的生态环境，因而单纯依靠此方法筛选的菌种可能会对污染物成分和作用环境要求苛刻、影响其商品化生产。第三，传统的菌种筛选方法是先筛选出具有高效絮凝能力的单一菌株后，通过大量复杂的试验制备出具有相对高效的絮凝能力的复合菌群。而有研究表明在某种情况下此类方法获得的复合菌群产絮效果与单一菌株获得的产絮效果相同，且各菌株间不具备协同作用[8]，可能大大增加研究的难度和工作强度，却不能有效提高絮凝剂产生能力和絮凝效果。
3复合型微生物絮凝剂的研究与应用
复合型微生物絮凝剂（Compound Microbial Flocculant）可通过利用某些菌株分解絮凝中间产物、通过活化某些基团促进底物反应以及通过共生作用提高菌株稳定性等特性，可以大大降低微生物絮凝剂的投放量和使用成本，同时提高作用速率与体系稳定性、缩短反应时间、减少投放量等，这一理论得到了试验证明。张丽等[9]使用复合型微生物絮凝剂对高浓度染化废水进行处理试验，结果表明CODCr去除率高于普通菌17％；Bras R等[2]比较了混合菌和产甲烷菌的脱色能力，得出混合菌的脱色能力强于产甲烷菌的结论；马放等[10]利用纤维素为原料，采用多段发酵法生产复合型生物絮凝剂处理工业废水和多种水源水，并在实验室研究基础上对其工业化生产做了试验。
除使用微生物复合菌群制备微生物絮凝剂外，也有学者利用复合微生物絮凝剂与化学絮凝剂联用，从而获得更加的絮凝效果。靳慧霞等[11]通过将复合型微生物絮凝剂与AlCl3、PAC和PAM复配进行试验，表明复合微生物絮凝剂与化学絮凝剂联用的絮凝效果优于单独使用；张永波等[12]用微生物絮凝剂普鲁兰与聚铝复合使用，处理低浓度的城市污水，在最佳絮凝条件下对浊度和CODCr的去除率分别达到95％和68％。此类研究可以为污水处理用絮凝剂产品的工业化生产提供一个新的思路，将此类研究推进到一个新的阶段。
4工作展望
4.1采用先进育种方法，选育高效、安全、稳定的菌株
选育高效光谱絮凝剂产生菌，通过基因改良或菌种驯化等方法提高现有微生物产絮凝剂能力或絮凝活性，选育性状稳定、不易退化的优良工程菌种将成为今后研究的热点。在今后的研究工作中，有必要确立一种更为准确、快速、有效的系统学方法进行筛选和育种。此外，要使用包括基因克隆、原生质体融合以及定向诱变育种等手段在内的系列方法对筛选获得的产高活性絮凝剂菌种进行进一步的驯化和改良，以期构建出优质、高产、性状稳定、应用更为广泛的工程菌株。
4.2大力开发多种复合型絮凝剂
在今后的研究中，一方面要加大力度研究多种微生物协同作用的复合型絮凝产品另一方面要着眼于研制微生物与无机、有机絮凝剂的复合作用，还可研究微生物絮凝剂中添加特定酶、激素等促生长类物质对絮凝效果的影响，可在保证处理效果的前提下缩短整个污水生化处理系统的启动和运行时间，获得商品化絮凝剂。
4.3寻找廉价培养基，降低生产成本
随着微生物絮凝剂工业化生产的研究不断深入，降低絮凝剂生产成本的重要性日益凸显。目前常被作为培养基廉价替代物的各类废料和天然物质存在成分不均一、不稳定的缺点，并且常常只适用于特定区域的微生物而造成试验可重复性差，在今后的研究中，寻找成分确定、可商品化生产的、低价的碳源、氮源具有重要意义。
4.4加紧制定微生物絮凝剂活性测定相关标准
在领域内制定统一的标准对产品的各项特点和功能进行指标量化，是目前世界通用的产品质量检验方法。但是，目前在微生物絮凝剂领域尚无相关标准制定和实行，国内外研究均以微生物絮凝剂处理高岭土悬液能力表征其活性，而对于组成千差万别的污水、废水而言，使用单一指标显然不能有效反映絮凝剂的作用效果，这严重影响了此类产品的开发和投产。
参考文献
[1]张玉玲,张兰英,姚军等.高效复合型微生物絮凝剂研究[J].哈尔滨工业大学学报,2008,40（9）:1481－1484.
[2]蒋玮.产高效微生物絮凝剂固氮菌的筛选及特性研究[D].四川农业大学,2008,6.
[3]Kurane R, Takda K, Suzuki T. Culture condition for prodition for production of microbial flocculant by Rhodococcus erythropolis [J]. Agric. Biol. Chem., 1986, 50 (9): 2309－2314.
[4]刘洋,陈双基,刘建国.生物强化技术在废水处理中的应用[J].环境污染治理技术与设备,2002,3（5）:36－44.
[5]姚利.微生物絮凝剂的研制与开发[D].山东大学,2005,4.
[6]程彬彬.微生物絮凝剂及细胞融合技术处理印染废水的研究[D].南昌大学,2008,6.
[7]Kurane R, Matsuyama H. Production of a bioflucculant by mixed culture [J]. Bios. Biot. Bioch., 1994,58:235－238.
[8]徐龙君,余荣升,徐宏亮.从污水处理厂活性污泥中分离选育微生物絮凝剂的研究[J].安全与环境学报,2008,8（4）:54－57.
[9]张丽,贺启环.高效菌活性污泥法处理分散染料废水实验研究[J].环境工程,2002,20（1）:77－79.
[10]马放,刘俊良,李淑更等.复合型微生物絮凝剂的开发[J].中国给水排水,2003,19（4）:1－4.
[11]靳慧霞,马放,孟路等.复合型微生物絮凝剂与化学絮凝剂的复配及其应用[J].化工进展,2006,25（1）:105－109.
[12]张永波,杨开,周毅.微生物絮凝剂普鲁兰絮凝机理初探 [J].上海环境科学,2001,20（9）:448－450
