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1、微生物絮凝剂的絮凝机理及应用研究环境与可持续发展2020年第2期ENVIRONMENTANDSUSTAINABLEDEVELOPMENTNo12,2020微生物絮凝剂的絮凝机理及应用研究赵凤张蔚萍胡庆华(九江学院化学化工学院,江西九江,332005)【摘要】微生物絮凝剂是一种新型的絮凝剂,本文对微生物絮凝剂的絮凝机理,影响微生物絮凝剂构成的因素及其在环境工程中的应用进行了综述,并对其发展问题做了讨论。【关键词】微生物絮凝剂;絮凝机理;影响因素;应用中图分类号:X70311文献标识码:A文章编号:1673-288X(2020)02-0006-03,从微生物体或其分泌物中富集、分离、挑选、纯化而获
2、得的一种安全、高效、无二次污染、易生物降解的新型水处理絮凝剂。微生物絮凝剂能够克制无机高分子和有机合成高分子絮凝剂本身固有的缺陷,因而而成为国内外科学工作者竞相研究和开发的热门之一。近年来,生物絮凝剂的研究开发获得了很大的进展,已分离、鉴定和培养出多种能够分泌出具有絮凝效果的高分子化合物的微生物,并且也获得了初步的成效,但由于微生物本身的特点使菌体生长遭到很多因素的制约,并且由于微生物的培养成本较高,使其在工业化生产和应用遭到一定的限制,所以我们应该对微生物絮凝剂的絮凝机理、培养条件、应用等方面做进一步的研究,进而得到优化的培养基、高效的微生物絮凝剂产生菌,进而对微生物絮凝剂与其他无机或有机高
3、分子絮凝剂及无机试剂的配伍使用情况做更高层次的讨论,使试验到达投料量少,成本低,絮凝率高的效果。浪费资源的行为;把节能、节水、节财、节粮、垃圾分类回收及减少一次性用品的使用等逐步变为每个公民的自觉行为。进行提高循环经济的社会认知工作时,注意宣传实际效果,加强公众对循环经济的感性认识。一方面要有所分工,针对不同人群及其社会需要有不同的宣传形式,使社会各阶层及时、准确地了解循环经济的内涵及外延。另一方面群众传媒加强配合,广泛传播循环经济的政策及工作进展,加大循环经济工作的透明度。社会认知不能简单等同于社会告知,群众传媒在向社会宣传循环经济的同时,还要及时接受公众反应意见及建议,并将其纳入到政府开展
4、有关循环经济工作的参考意见之中,鼓励和支持公众的创造精神,构成公众介入、公众受益及公众监督下的循环经济系统。媒体的广泛宣传,为循环经济发展创造了良好的社会气氛6。5结语中国目前的循环经济社会认知水平较低,一定程度上阻碍了循环经济的发展。充分利用群众传媒的影响力进行宣传,能够为循环经济发展建立广泛的社会基础。政府要勇于面对公众认知与介入经过中出现的各种各样困难与阻力,将循环经济理念的宣传工作扎扎实实进行下去。参考文献1毛如柏,冯之浚.论循环经济M.北京:经济科学出版社,2003:12,185187.2RozinP.RoymanEB.Oegativitybias,negativitydominan
5、ce,andcon-tagion.PersonalityandSocialPsychologyReview.2001,(5):296320.3戈登?布朗,伊恩?霍金等,张继明等译.心理学导论M.北京:北京大学出版社,2007:5660.4周宏春.我国发展循环经济有着深厚的文化基础J.理论参考,2005,(8):5556.5孙永健,曹佳春.循环经济实践的国内外比拟J.水利经济,2006,24(5):1720.6国务院研究发展中心“中国循环经济的理论与实践研究课题组.中国循环经济的理论与实践研究J.经济研究参考,2006,(46):29.作者简介:赵慧坤(1977-),女,河南商丘人,硕士,工程师
6、,主要从事环境评价与环境管理方面的工作。赵凤等:微生物絮凝剂的絮凝机理及应用研究?7?1微生物絮凝剂的絮凝机理目前,国内外在微生物絮凝剂絮凝机理方面.只是提出了一些假讲,如电中和作用、架桥学讲、fried2man菌体外纤维素行为学讲、ButterfieId粘质假讲、病毒假讲、离散细胞和伸展桥键之间的三维基质模型假讲等。但到目前为止,最让人接受的絮凝机理是“架桥作用,比拟流行的是离子键、氢键的结合讲。刘志勇等1通过对煤泥水微生物絮凝剂絮凝机理的研究,把微生物在溶液中看成带电胶体,在煤泥水絮凝时和相反电性煤泥水颗粒发生电性中和压缩双电层,使煤泥水中的颗粒互相靠近发生絮凝,微生物絮凝剂大分子借助离子
7、键、氢键和范德华力同时吸附煤泥水多个胶体颗粒,在颗粒间产生“架桥现象,构成一种网状的三维构造,同时在重力作用下沉淀,把煤泥水中的颗粒作为晶核或者吸附粘质网捕,最后沉淀下来;罗平通过对RL-2絮凝剂的研究,证实其有效成分是一种高聚物多糖,且絮凝剂分子链上分布着羟基、羧基等极性基团,经分析,微生物絮凝剂大分子与高岭土颗粒之间架桥的作用力主要来自氢键,絮凝剂大分子通过氢键与多个无机或胶体颗粒结合,并在颗粒间产生“架桥现象,所以其为在氢键作用下的“架桥机理形式;王曙光等2通过红外光谱对从土壤中挑选出一株产气肠杆菌进行构造分析可知,该微生物絮凝剂的主要成分为多聚糖和蛋白质类高分子,分子中所含阴离子基团较
8、多,并且含有较多的吸附活性基团,如氨基、羧基、羟基等,其絮凝机理为“吸附架桥作用;朱艳彬3通过对微生物絮凝剂HITMO的研究,证实其絮凝经过是由于蛋白质等两性电解质的电中和作用以及蛋白质、多肽、多糖类物质和纤维素等的代谢残留物共有的吸附架桥作用共同作用的结果;马放等以为尽管在复合型生物絮凝剂(CBF)和高岭土之间絮凝经过中存在架桥作用,但主要是靠离子键结合。但是一些絮凝反响机理并不能用离子键、氢键学讲很好地解释,如张永奎等4以为由菌Z-67所产生的微生物絮凝剂MBF133与高岭土颗粒之间既非离子键结合也非氢键结合。由于微生物絮凝体的构成是一个复杂的经过,可能是多种机理作用的结果,所以微生物絮凝
9、剂的絮凝机理还有待于进一步的研究。2微生物絮凝剂的影响因素细菌在进行新陈代谢的经过中,必需要有足够的营养物质以组成细菌细胞的各种成分和提供必要的能量,最基本的营养物质是水、氮源、碳源、无机盐、生长因子。选择好高效的碳源和氮源才能为微生物的生长提供优良环境,进而产生絮凝率高的菌种。211碳源和氮源微生物在生长和发酵产生微生物絮凝剂的经过中,由于本身的需求和生长特点,所需要的碳、氮源的种类和数量各不一样。柯芝兰等5通过单因子实验,确定了菌B212产絮凝剂的最佳碳源是蔗糖,以尿素做氮源时絮凝率更高;崔丽等6研究C3菌生成的微生物絮凝剂MBFC3的絮凝效果,其中以果糖为碳源时,MBFC3对高岭土悬浮液
10、的絮凝率最佳,以(NH4)2SO4为氮源时,其对高岭土的絮凝率可达9513%;朱丹等研究的微生物絮凝剂,以葡萄糖为碳源得到的培养液的絮凝活性最高,以淀粉得到的培养液絮凝活性最低,无机氮做氮源得到的絮凝剂絮凝活性优于有机氮,其中以NaNO3作氮源时活性最高。但是并不是所加的碳源或氮源的种类越多越好,钟文文7以单一氮源硝酸钠、酵母膏、脲、硫酸铵和氯化铵分别替代挑选培养基中的复合氮源(酵母膏+脲+硫酸铵),且保证氮原子浓度不变,结果表明酵母膏作为单一氮源,其发酵液的絮凝率最高,到达91177%,这讲明某单一碳源或氮源能够替代复合碳氮源。212适宜的碳氮比适宜的碳氮比是影响絮凝微生物产絮凝剂的一个重要
11、因素,钟文文培养的127菌株在察氏培养基中絮凝效果最好时的氮源为NaNO3,最好时的碳源为蔗糖,此试验最佳的碳氮比为24107,絮凝率可达9218%;宫小燕等8发现,以葡萄糖为碳源,与其他氮源相比,多黏类芽孢杆菌以黄豆饼粉为营养物生成的絮凝剂效果最好,当黄豆饼粉浓度为011%时,絮凝剂活性可达达9816%,浓度继续增加,絮凝活性下降,可知微生物絮凝剂的产生需要一定的碳氮比。213无机盐很多实验证实,在缺少其他盐类的情况下培养基中参加CaCl2、NaCl、KH2PO4能够显著地促进其发酵液的絮凝活性。柯芝兰等以氯化钠和硫酸镁替代原培养基中的无机盐时絮凝率均大于80%,以氯化钠替代时絮凝率更高。崔
12、丽等通过部分因子实验,对(NH4)2SO4、FeSO4、KH2PO4、MgSO4、NaCl优化,结果表明(NH4)2SO4,NaCl絮凝率影响显著,讲明在培养基中增大这两种物质的用量对MBFC3的絮凝率有积极的影响。很多研究表明Ca2+的参加能显著提高絮凝剂的絮凝活性。如:李琳根据胶质芽孢杆菌和酿酒酵母能利用水溶性淀粉和蛋白质的特点,制成复合微生物絮凝菌液,对红薯淀粉废水进行絮凝处理,在少量CaCl2助絮凝下,絮凝效率到达97%。有研究表明助凝作用与离子的价态有关,三价二价一价。但是考虑到三价离子毒性和色度会引起二次污染,所以二价离子较好,而参加NaCl时,絮凝?8?环境与可持续发展2020年
13、第2期效果没有什么影响。但是也有文献表明,体系参加盐会降低絮凝活性,可能是由于Na+等离子的参加,毁坏了大分子与胶体之间氢键的构成。这也是由于微生物絮凝剂絮体的构成是个复杂的经过,每一种絮凝剂由于其本身的生理特点而对营养有着不同的要求。3微生物絮凝剂在环境工程中的应用微生物絮凝剂不仅应用于废水污水的处理,而且在乳化液油水分离、污泥脱水、重金属离子的去除等领域应用也较为广泛,有研究表明,将微生物絮凝剂与无机或有机高分子絮凝剂复合使用,或向絮凝体系参加微生物絮凝剂和助剂,其处理效果更佳。鲍立宁9等用B23菌株所产絮凝剂处理废水,结果废水中COD的去除率为62148%,SS的去除率为84147%。金
14、漫彤10等研究的微生物絮凝剂L2和T2,对印染废水处理效果较好,其结果为:L2对COD、SS、色度的去除率分别为4512%、6510%、8010%,而T2对其各个指标的去除率分别为2021%、7219%、7510%;金漫彤等用微生物絮凝剂L2和T2,对活性污泥进行处理,处理前污泥体积指数(SVI)为30,处理后L2为20,T2为25,处理前的沉降污泥构造松懈且较细,经处理后则粗大而致密,即沉降性能得到了提高。将从Rhodococeuserythropolis中分离出的絮凝剂NOC-1参加已发生膨胀的活性污泥中,它能够使污泥体积指数(SVI)从290下降到50,不仅消除了污泥的膨胀,而且恢复了污
15、泥的沉降能力;董双石等通过对小区生活污水进行处理,参加含有助剂AlCl3的微生物絮凝剂来研究对除浊的去除效果,结果表明其能够实现高达9817%的除浊率。4微生物絮凝剂存在的问题及研究方向微生物絮凝剂与无机、有机高分子絮凝剂相比具有可降解、无二次污染、对人体和环境无害等特点,其应用前景是不可估量的。但目前此类技术还存在很多问题有待于研究,相应地就构成了今后一段时间里微生物絮凝剂的研究方向:(1)微生物絮体的构成是一个复杂的经过,目前其机理还不很清楚,所以为了研究特定的絮凝剂和胶体颗粒的组成、构造、电荷及各种反响条件对絮凝的影响,需要用更先进的技术来探究微生物的絮凝机理。(2)微生物培养经过中所需
16、的碳源、氮源价格昂贵,致使生产成本高,严重地制约了微生物絮凝剂的工业化应用。利用廉价原料或废弃物(机质丰富的污水废水、纤维素、秸秆等)优化生产道路,降卑微生物絮凝剂生产成本将成为打破生物絮凝剂发展“瓶颈的重要手段。(3)实际污染物是一个特别复杂的混合体系,用单一絮凝剂处理,一般很难到达要求。研究微生物絮凝剂与无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂的复配使用及复合菌群的培养将是微生物絮凝剂发展的一个方向。(4)目前微生物絮凝剂产量不高,影响了絮凝剂的处理效果,增加了工业化应用的成本。怎样有效利用生物技术(如:原生质体融合技术)和克隆技术对微生物絮凝剂进行培养,进而进行培养条件、絮凝条件的优化,并充分利用克
17、隆技术研究生物絮凝剂的基因控制与表达,进而对絮凝机理做进一步的研究,这将是微生物絮凝剂的又一研究重点。(5)微生物絮凝剂的絮凝效果不是很稳定,沉降速度较慢。假如把高效絮凝菌和固定化技术结合起来,可能会大大提高絮凝效果的稳定性和絮凝剂的沉降速度。参考文献1刘志勇,张东晨.煤泥水微生物絮凝剂絮凝机理的研究J,矿业快报,2020,24(4):4547.2王曙光,李剑,高宝玉等.产气肠杆菌(NEE.1)絮凝特性的研究J.环境化学,2005,24(2):171.174.3朱艳彬,冯曼,杨基先,等.复合型生物絮凝剂产生菌挑选及絮凝机理研究J.哈尔滨工业大学学报,2004,36(6):759762.4张永奎
18、,周礼,陈晓等.MBF一33絮凝特性研究J.环境科学与技术,2006,29(10):37,45.5柯芝兰,李科林,郭帅等.微生物絮凝剂产生菌B212的培养条件研究J.环境科学与技术,2020,31(2):2830,46.6崔丽,王业,胡筱茗等.一株微生物絮凝剂产生菌的培养基优化研究J.安全与环境学报,2007,7(3);1012.7钟文文.絮凝剂产生菌的挑选及其培养条件的优化J.西北农业学报,2020,17(1):120123.8宫小燕,王曙光,栾兆坤等.微生物絮凝剂产生菌的挑选优化以及在水处理中的应用J.环境生物学报,2003,9(2):196199.9鲍立宁,洪桂云,宋礼华.生物学杂志絮凝剂产生菌培养条件的研究及在废水处理中的应用J.生物学杂志,2020,25(3):2123,56.10金漫彤,楼飞永,张利刚.微生物絮凝剂的制备与应用J.中国给排水,2005,21(12):5658.九江学院校级项目:微生物絮凝剂的制备与应用研究(08KJ)作者简介:赵凤(1984-),女,河北承德人,在校本科生,研究方向:水污染控制工程。通讯作者:张蔚萍(1980-),女,江西都昌人,硕士研究生,讲师,研究方向:水污染控制工程。