微生物技术在水处理中的新应用

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1、第14卷第4期2001年12月唐山高等专科学校学报Vol.14No.4JournalofTangshanPolytechnicCollegeDec.2001微生物技术在水处理中的新应用张发根(武汉理工大学建设学院,湖北武汉430070)摘要:介绍了絮凝剂技术、固定化技术、生物吸附技术、电极生物膜技术和生物沥滤技术等几种新的微生物水处理技术,评述了微生物水处理新技术的现状,提出了发展研究的课题.关键词:微生物水处理技术;絮凝剂技术;固定化技术;生物吸附技术;电极生物膜技术中图分类号:X172文献标识码:A文章编号:10083529(2001)04008706传统

2、的生物技术和物化方法在水处理中存在不足.比如,传统的生物技术对重金属离子和芳烃类难降解有机物的去除效果很差,甚至没法去除;沉淀、电解等物化方法也存在污泥量大、处理量受限、易产生二次污染和成本高等许多问题.当今世界,环境污染问题日趋严重,而生物技术和基因工程正突飞猛进地发展,研发高效率、低能耗、易普及的特种生物和特殊工艺已成为水处理界新的热点.下面介绍的几种水处理方法是近年来我国环保工作者对微生物技术新的研究和应用.1微生物絮凝剂技术1.1微生物絮凝剂微生物絮凝剂主要是在菌细胞外分泌的1,它是一种具有絮凝功能且能被自然降解的高分子有机物2等,分子量多在105以上

3、3;有些则直接利用,像糖蛋白、粘多糖、纤维素、DNA微生物细胞,比如某些大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中的细菌、霉菌、放线菌和酵母菌等,本身即可用作絮凝剂;还有些是从细胞壁提取的,像葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质和N乙酰葡萄糖胺等均可作为絮凝剂使用.能够分泌絮凝剂的微生物称为絮凝剂产生菌,至今发现的具有絮凝性的微生物至少有17种.最具代表性的有酱油曲霉,用其生产的絮凝剂为AJ7002;有拟青霉属微生物,生产的絮凝剂为PF101;另外还有红平红球菌,生产的絮凝剂为NOC1.1.2絮凝剂产生菌的培养絮凝剂的菌源一般来自土壤、污水处理厂的污水和活性污泥.其培养过程同其他

4、好氧微生物的培养过程相似.主要影响因素有培养基的碳源、氮源、培养温度、初始pH、通气速度等.另外,加入某些无机盐类也能增强絮凝剂的絮凝活性.培养初期,要对菌种进行筛选.菌种的筛选包括初筛和复筛两个过程.将菌种样品连续富集培养2～3次后涂布于各种平板上.一般选择表面光滑、带粘性的单菌落作为纯菌种,然后用收稿日期:20010829作者简介:张发根(1975-),男,硕士,主要从事水污染控制理论与技术研究.液体培养基对各菌株摇床培养,取所得培养液进行絮凝活性测定.有一定絮凝活性的菌种可作为初筛菌种,在此基础上将初筛菌种继续摇床培养,复测其絮凝率,从而复筛出具有较高絮

5、凝活性的菌种.如对假单细胞菌属,以葡萄糖为碳源效果很好;用酵母膏作氮源,还可产生絮凝剂必不可少的激活因子.初始pH值为7～9较好,尤其不能太偏酸性.4对于芽孢杆菌,用淀粉作碳源效果不错,可在工业化生产中代替葡萄糖;蛋白胨、酵母膏和牛肉膏作氮源都有利于该菌产生絮凝剂,pH值为9时效果最佳.51.3微生物絮凝剂的提取和纯化提取微生物絮凝剂,首先要用过滤或离心方法去除菌体;然后再根据发酵液的组成成分及絮凝物质的种类,用乙醇、硫酸铵盐析,用丙酮或者盐酸胍等加以沉淀.对于结构较复杂的絮凝剂,要先用酸、碱或有机溶剂反复溶解、沉淀得到粗品,然后将粗品溶于水或缓冲液,再通过离

6、子交换、凝胶色谱等方法使其纯化,从而获得产品.1.4微生物絮凝剂的絮凝机理和活性影响因素微生物絮凝剂的絮凝机理主要是架桥作用、电荷中和以及卷扫作用.絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力同时吸附多个悬浮颗粒,在它们之间产生“架桥”现象.絮凝剂带有电荷,当靠近悬浮颗粒时,会中和悬浮颗粒表面的一部分电荷,降低其表面的Φ电位,减少彼此之间的静电斥力,从而发生碰撞而凝聚.当微生物絮凝剂投量一定时,可以在重力作用下迅速网捕,卷扫水中悬浮颗粒而产生沉淀分离.经研究认为,下面因素会影响微生物絮凝剂的絮凝活性:①分子量:大一些好,但不宜过大.②分子结构:单线性结构比交联和支链

7、的结构好.③pH值:主要是酸碱度的变化会改变微生物絮凝剂的带电状态及其中和电荷的能力,也会改变被絮凝物质颗粒表面的带电性状等.④温度:不宜太高或太低,比如蛋白质成分在高温下会变性.⑤投加剂量:不宜过多或过少.⑥金属离子和其它无机离子:它们可以加强其架桥能力和中和作用.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.1.5微生物絮凝剂的实际应用现在,微生物絮凝剂用于处理高浊度有机废水及染料废水的脱色、处理高浓度无机悬浮废水及恢复活性污泥沉降能力都取得了良好效果.有研究表明,微生物絮凝剂的投加量为200Λg·mL-1时,就能达到一般无机盐絮凝剂浓度超过

8、3000Λg·mL-1时的絮凝效果.陶