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第七章生物絮凝剂的生产与应用絮凝沉降法是目前国内外普遍用来提高水质处理效率的一种既经济又简便的水质处理方法，其处理效果的好坏很大程度上取决于絮凝剂的性能。絮凝剂分类:无机絮凝剂有机絮凝剂高分子型、低分子型阳离子型、阴离子型、非离子型按其分子组成按其分子量的高低按其官能团的性质及官能团所带电荷的性质开发生物絮凝剂的必要性有机合成高分子絮凝剂合成高分子絮凝剂投加量少，一般在2％以下，效果好，形成的絮体大，而且强度大，不易破碎，不增加泥量，降低热值，无腐蚀性．它分非离子型、阳离子型、阴离子型和两性四种．常用有机絮凝剂有：聚丙烯酸钠、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸盐等，其中聚丙烯酰胺的应用最多，占合成高分子絮凝剂的80％左右．然而这一类絮凝剂由于存在着一定量的残余单体丙烯酰胺，不可避免的带来毒性，所以限制了它的应用。高分子量聚丙烯酸钠属阴离子型絮凝剂，有强烈的絮凝作用而且无毒；对悬浮于水中的细微粒产生非离子性吸附，使粒子之间产生交联；对具有金属氢氧化物这类正电荷的胶体粒子更显示出其优良性能．有机絮凝剂在实际应用中存在的问题:有机合成高分子絮凝剂丙烯酰胺多聚体虽然本身没有任何毒性，但其难降解性却易造成二次污染，而且聚合单体丙烯酰胺的残留也是一个令人十分担忧的问题，它不仅具有强烈的神经毒性，而且是强致癌物，现在许多国家和领域已禁止或限量使用此类絮凝剂，如美国批准使用的聚丙烯酰胺最大容许浓度为1mg/mL；英国规定PAM的投加剂量平均不得超过0.5mg/mL，最大投加剂量不得超过1mg/mL。无机絮凝剂无机盐类絮凝剂主要分为铝盐和铁盐，它们有很大的缺点：残留在水中的铝离子会导致二次污染；铁离子本身有颜色，并对设备有腐蚀作用，提高成本；投加量大，产泥量高，运行费用高．无机盐聚合物类絮凝剂效果好，残留在水中的铝、铁离子少，而且易生产、价廉、使用范围广，在我国实际用量占絮凝剂总量的80％以上．存在的问题:无机絮凝剂在实际应用中存在的问题:(1)会给被处理液带入大量无机离子，需增加脱盐、去离子工序，过量的无机离子不仅影响产品的风味、口感，也不利于人的健康．尤其是Al3+的摄入，与目前日益增多的老年痴呆症的引发有直接关系。(2)铁盐类絮凝剂不仅具有很强的腐蚀性，限制了所用设备，而且容易残留铁离子，使被处理水带有颜色，影响水质。(3)当处理含有较多硫化物的工业废水(如纺织印染废水，石油工业废水，酸法造纸废水等)时，Fe3+会被还原为Fe2+，同时生成FeS和Fe2S3的混合物，此混合物呈胶体状态，带负电荷，很难形成絮凝沉淀。天然高分子絮凝剂天然高分子絮凝剂作为一类较新的水处理剂，是利用蛋白质、多聚糖、木质素、几丁质等生物体分泌的天然有机高分子，通过化学改性制成。由于天然有机高分子物质具有无毒，能安全降解的特点，但天然有机絮凝剂较弱的絮凝活性.开发一种安全无毒、絮凝活性高、无二次污染的新型絮凝剂对物质产品的生产工艺改进，人类的健康和环境保护都有很重要的现实意义。20世纪80年代后期，伴随生物技术的发展，第三类絮凝剂——生物絮凝剂应运而生。天然高分子絮凝剂天然高分子絮凝剂易生物降解，本身或中间降解产物对人体无毒，具有选择性大、价廉、产泥量少等优点．若在生化系统中投加该类絮凝剂，可为城市污水处理后的回用提供符合要求的水质．另外淀粉磷酸酯和淀粉黄原酸脂也是良好的絮凝剂．壳聚糖、甲壳素类絮凝剂作为水处理剂在工业上已大量应用，美国主要用于给水及饮用水处理；日本主要用于水处理及污水处理，其中用于水处理的壳聚糖每年达500吨之多；我国改良了工艺，絮凝剂除了对水中的固体悬浮物(ss)有较好的絮凝作用外，还对水中的COD、色度和重金属离子等有较好的去除效果．由于该类聚合物具有无毒无味、抗菌、可生物降解等优点使其被大量应用于食品工业废水处理中，壳聚糖可使各种食品加工废水的固形物减少70％～98％．生物絮凝剂(MBF)微生物絮凝剂(Microbialflocculants是由微生物产生的生物大分子，是一类由微生物产生的絮凝代谢产物，主要有糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素和DNA等,具有使其他物质凝聚沉淀的性能。一般利用生物技术，通过细菌、真菌等微生物发酵、抽提、精炼而得到。目前对微生物絮凝剂的研究多局限于实验室水平的菌种筛选及其特性研究。生物絮凝剂生物絮凝剂是一类由微生物产生的可使液体中不易降解的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体粒子等凝集、沉淀的特殊高分子代谢产物。该类絮凝剂是利用生物技术，通过微生物发酵、分离提取而得到的一种新型、高效、廉价的水处理剂。与传统的无机和有机合成高分子絮凝剂相比，生物絮凝剂具有许多独特的性质和优点：(1)易于固液分离，形成沉淀物少；(2)易被微生物降解，无毒无害，安全性高；(3)无二次污染；(4)适用范围广；(5)具有除浊和脱色性能等。(6)有的生物絮凝剂还具有不受PH条件影响，热稳定性强，用量小等特点。微生物絮凝剂微生物絮凝剂是一类由微生物或其分泌物产生的代谢产物，它是利用微生物技术，通过细菌、真菌等微生物发酵、提取、精制而得的，是具有生物分解性和安全性的高效、无毒、无二次污染的水处理剂．能产生微生物絮凝剂的微生物种类很多，它们大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中．在适宜条件下迅速形成网状结构而沉积，从而表现出很强的絮凝能力．微生物絮凝性与分子结构、分子量、活性基团等多种内部环境因素有关，另外，外界环境因素如pH值、温度、离子种类、离子强度等对微生物絮凝剂的活性也有影响．微生物絮凝剂广泛应用于畜产废水处理、染料废水的脱色、高浓度无机物悬浮液废水的处理、活性污泥的沉降性能的改善、污泥脱水、浮化液的油水分离等方面．复合絮凝剂复合型絮凝剂是近年才开始研制的新型絮凝剂，能克服使用单一絮凝剂的许多不足，适应范围广，对低浓度或高浓度水质、有色废水、多种工业废水都有良好的净水效果，脱污泥性好，pH使用范围大．然而复合在有机合成制备上手续复杂，成本较高，并有可能存在二次污染．目前还未见复合絮凝剂有工业化生产和使用的报道．污水或活性污泥中，有机固体颗粒带负电荷，无机固体颗粒带正电荷，混合固体颗粒呈电中性。所以有机污水或污泥加阳离子型絮凝剂，对无机污水或污泥加阴离子型絮凝剂，对混合污水或污泥加非离子型絮凝剂．微生物絮凝剂简介微生物絮凝剂的絮凝机理MicrobialflocculantBio-flocculant由微生物产生的有絮凝活性的次生代谢产物，可以使水中不易降解的固体悬浮颗粒和胶体颗粒等絮凝、沉淀的特殊高分子代谢产物，是一种高效、安全、能自然降解的新型水处理剂胡勇有、高宝玉《微生物絮凝剂》研究历程复合型微生物絮凝剂马放187619862003NakamuraRhodococcuserythropolisKuraneLevurecasseeuseLouisPasteur生物絮凝剂分类细胞代谢物生物絮凝剂生物细胞壁生物絮凝剂微生物细胞生物絮凝剂基因工程菌的代谢产物微生物絮凝剂的主要成分糖蛋白多糖蛋白质脂肪纤维素DNA絮凝剂胶体稳定的原因胶粒带电两胶团的扩散层重叠，破坏反离子和双电层的静电平衡，导致产生渗透性斥力和静电斥力溶剂化水化外壳的存在势必增加溶胶聚合的机械阻力布朗运动当布朗运动足够强时,粒子热运动能够克服重力场的作用而不下沉絮凝过程凝聚从作用机理来看，是指胶体和分散系双电层压缩、ζ电位破坏、电性中和而脱稳并聚集为絮粒的过程絮凝从工艺上看，是指絮粒通过吸附、交联、网捕，聚结为大絮体沉降的过程。凝聚和絮凝统称为混凝未絮凝高岭土絮凝后高岭土絮凝剂一般作用机制吸附电中和作用高分子絮凝剂的桥联絮凝剂网罗卷带压缩双电层，减少表面电荷微生物絮凝剂的絮凝作用机理DLVO理论纤维束纤丝学说荚膜学说疏水性学说PHB酯合假说胞外产物菌体表面胞内产物DLVO理论a：絮凝可逆Emax：势垒极大值b：聚沉不可逆DLVO理论在微生物絮凝剂絮凝机制中的应用桥联作用卷扫作用化学反应电荷中和桥联作用生物絮凝剂的应用生物絮凝剂的应用范围十分广泛，而且处理效果特别明显。以下主要介绍生物絮凝剂在消除污泥膨胀、脱色、城市污水处理以及特殊废水处理应用情况。1.消除污泥膨胀:工业废水在采用活性污泥法处理的过程中,活性污泥易发生膨胀,影响处理效果,若加入微生物絮凝剂,会消除膨胀,收到良好的效果。如甘草制药废水生化处理过程的污泥膨胀,添加NOC21微生物絮凝剂后,污泥的SVI值很快从290下降到50,消除了污泥的膨胀,恢复了污泥的沉降能力。2.水的脱色活性污泥法除去废水中的BOD并非难事,但对于脱色几乎还没有特效的方法,特别是对于那些可溶性色素很难处理,使用微生物絮凝剂NOC-1对造纸黑液,颜料废水处理后上清液几乎变为无色透明。3.城市污水处理城市污水处理通常采用强化一级处理工艺,通过化学絮凝沉淀作用、生物絮凝与不完全氧化作用,可以提高和保证SS,COD,BOD,TP的去除效果，去除率一般为COD:60%～80%、BOD5:60%～80%、SS:80%～90%、TP:75%～90%、TN:25%左右。微生物物法生产甲壳素与壳聚糖：从真菌细胞壁中提取甲壳素与壳聚糖的方法，酶法生产甲壳素与壳聚糖。几丁质酶的介绍：几丁质酶的生化性质、生理学、分子生物学、转基因的研究进展。几丁质酶的研究前景及存在问题。展望1.降低生产成本筛选高产菌株、优化培养条件选择替代性培养基、降低培养基成本、,降低生产成本的研究。Kurane对红平红球菌的优化培养中选用了多种自然界中广泛存在的物料作培养基的替代成分,已取得了很大的进展。2.应用现代测试方法微生物絮凝剂结构和理化性质的测定,将现代测试方法引入微生物絮凝剂检测中C.R.Thomas认为显微操纵术可以测量细胞的变形及破裂等,可以比较清楚地观察和研究絮凝过程、生物细胞的凝结和自絮凝过程。另外,计算机模拟絮凝过程方法也是一个很好的研究手段,可为我们的研究和实验提供思路和方向.3.絮凝机理的深入研究4株高效絮凝菌中,F2和F6菌株按照1:1比例混合培养所得发酵液絮凝率可达9311%,优于各个单菌,同时优于其他双菌组合。复合型生物絮凝剂HITM02的絮凝机理包括蛋白质等两性电解质的电中和作用；蛋白质、多肽、多糖等高分子物质和纤维素等的代谢残留物共同具有的吸附架桥作用。4.复合型生物絮凝剂的研究复合型生物絮凝剂的概念是哈尔滨工业大学马放教授率先提出的，是以稻草、秸秆等廉价生物质材料为底物，利用纤维素降解菌群和絮凝菌群组成的复合型微生物絮凝剂产生菌菌群，进行两段式发酵后分离提取而获得的。将微生物絮凝剂与传统的其他絮凝剂复合研究复合后的絮凝作用机理和絮凝效果等；同时还要进行微生物絮凝剂的应用研究,对工业化生产条件进行优化。5.絮凝基因和转基因的研究利用基因和生物工程技术提高微生物絮凝剂的性能研究认为酵母菌中絮凝基因FL01,FL05絮凝基因在1号染色体上，FL08位于8号染色体上，FL01絮凝基因在无絮凝性的受体细胞上也得到良好的表达。Ishida-Fujii,K等研究把FL01基因导入一株无絮凝性的菌株的URA3位点上,使其获得了絮凝性(FSC27菌株),再引入URA3的菌株FSCU-L18的絮凝性能及产率比原菌株都好。另外,有人成功地通过杂交方式把絮凝基因引入无絮凝菌株中。