微生物絮凝剂研究及其在废水处理中的应用

　　■洪梓萌 辽宁大学

　　摘要：微生物絮凝剂因高效、安全无毒，成为水处理领域的研究热点。本文归纳了其絮凝机理、分类、影响因素及在废水处理中的应用，分析了高成本、效果不稳定等问题，并提出改善物化条件、基因工程、化学改性、复合使用等优化方法，最后对发展前景进行了展望。

　　关键词：微生物絮凝剂 基因工程 应用现状

　　随着城镇化加快，生活污水排放量持续增长。絮凝剂是污水处理中固液分离的关键药剂。传统无机絮凝剂（铝盐、铁盐）存在健康风险与设备腐蚀问题，有机高分子絮凝剂如聚丙烯酰胺（PAM）的水解产物具有“三致”效应，易造成二次污染。微生物絮凝剂（MBF）由微生物或其分泌物产生，具有安全无毒、絮凝效率高、易生物降解、无二次污染等优点，是绿色环保型絮凝剂。本文介绍其絮凝机理、分类、影响因素及在废水处理中的应用现状，以期为环保行业提供参考。

　　一、微生物絮凝剂絮凝机理分析

　　微生物絮凝的机制包括表面吸附、电荷中和、斑块絮凝、架桥作用、卷扫网捕等，实际过程中多为多种机制共同作用。絮凝效果受絮凝剂自身性质（分子质量、结构、电荷密度、用量）和污染物性质（电性、pH值、温度、离子强度）影响。

　　（一）表面吸附作用

　　絮凝剂通过静电引力或氢键吸附在污染物颗粒表面，是絮凝发生的前提。化学改性增加氨基、羟基等官能团，可提升吸附效果。

　　（二）电荷中和作用

　　带相反电荷的絮凝剂压缩颗粒双电层，降低Zeta电位，减小静电斥力，促进絮凝。最佳絮凝点Zeta电位接近零。过量絮凝剂会导致电荷反转和颗粒再稳定。

　　（三）斑块絮凝作用

　　当颗粒表面电荷分布不均，絮凝剂不均匀吸附形成相反电荷“斑块”，斑块间相互吸引实现絮凝。

　　（四）架桥作用

　　中性或同电荷絮凝剂主要依靠架桥作用：絮凝剂链上附着位点吸附颗粒后，未吸附部分向外延伸连接更多颗粒。分子质量越大，架桥效果越好。

　　（五）网捕卷扫作用

　　大絮凝体在运动或沉降中卷入小颗粒，形成更大絮体。污染物浓度越高，卷扫作用越强。

　　二、微生物絮凝剂的分类

　　根据制备来源分为四类：直接利用菌体、利用菌体提取物（细胞壁组分）、利用代谢产物（荚膜、粘液、多糖等）、基因工程菌产物。按化学成分分为蛋白质/多肽类、多糖类（占2/3以上）、脂类。

　　三、微生物絮凝剂对絮凝效果的影响因素

　　主要影响因素包括：pH值（6.0~8.0活性最佳）；温度（20℃~40℃最佳）；离子种类（Fe3+、Ca2+促进，Mg2+、Na+抑制）；离子强度（越高活性越低）；⑤絮凝剂自身性质（分子量、电荷性质）；添加量（过大导致再稳定）；搅拌时间与速度（适当分散有利，过强或过久降低效果）。

　　四、微生物絮凝剂在废水处理中的应用

　　养殖废水氨氮、BOD和悬浮物高，易致富营养化。有研究筛选的菌株M-3处理屠宰场废水絮凝率达78.0%，COD去除率34.6%；微生物絮凝剂可替代传统絮凝剂。研究发现某些絮凝剂对生活污水COD去除率可达89.8%，优化条件后可达92.9%。不同絮凝剂在不同条件下效果差异显著。

　　工业废水处理：微生物絮凝剂在重金属、印染等工业废水中潜力巨大。“原位生产，原位使用”优势突出；重金属废水：有研究用微生物絮凝剂分两段添加去除Pb(Ⅱ)达99.85%。另从污泥分离的梭状芽孢杆菌对Ni、Fe、Zn、Al、Cu去除率分别达85%、71%、65%、73%、36%；印染废水：某些菌种在好氧条件下对偶氮染料脱色率超89%，微需氧条件下超97%。改性研究：将蜡样芽孢杆菌生产的生物絮凝剂与两性淀粉结合改性，絮凝效率和总氮去除率分别可达98.17%和100.00%，较未改性提升超30%。

　　五、应用现状及展望

　　面临问题，生产成本高：培养基成本高，单一菌种产率低，缺乏大规模生产可行性；标准缺失：缺乏安全性评价体系和国家产品标准；稳定性差：天然高分子易降解，运输贮存困难，保质期短。

　　未来发展方向，廉价原料替代：利用食品工业废水、猪场粪水等替代培养基；通过分子生物学手段强化絮凝基因表达，构建高效工程菌；机理与工艺优化：深入研究絮凝特性，优化反应器，建立菌种库。

　　复合絮凝与标准化：与其他絮凝剂协同使用，降低综合成本；建立产品评价体系和国家标准，参照《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）评估排放限值。

　　参考文献：

　　[1]章沙沙,柳增善,周红梅等.微生物絮凝剂研究及在污水领域的应用现状[J].环境保护科学,2022,48(01):74-80.

　　[2]赵诗琪,李康辉,陈猷鹏.微生物絮凝剂及其在工业水处理中的应用探索[J].工业水处理,2023,43(02):1-13.