摘要：微生物絮凝剂具有安全无毒、絮凝效率高、易生物分解、无二次污染的特点，对人类健康和环境保护的意义重大，越来越成为絮凝剂的研究热点。本文详细介绍了微生物絮凝剂的优点、微生物应用及微生物絮凝剂使用的影响因素等内容，并列举了微生物絮凝剂未来的发展趋势。

关键词：微生物絮凝剂；应用；发展趋势

Abstract： Microbial flocculants have the characteristics of safety， non-toxicity， high flocculation efficiency， easy biodegradability， and no secondary pollution. They are of great significance for human health and environmental protection， and are becoming increasingly popular in the research of flocculants. This paper introduces in detail the advantages of microbial flocculants， microbial applications， factors influencing the use of microbial flocculants， and lists the future development trends of microbial flocculants.

Keywords： Microbial flocculants; application; development trends

绪论

常用的絮凝剂按其性质可分为无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂，具有运行成本低、絮凝时间短、絮凝效果好等优点。然而，无机絮凝剂中的铝盐类絮凝剂有导致早老性痴呆、骨软化症、神经系统疾病、小细胞性贫血等疾病的发生的风险，铁盐絮凝剂则易腐蚀管道设备，影响水质。有机高分子类絮凝剂如聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）的水解产物单体具有一定毒性，在使用过程中不仅对家畜和人会产生“三致”效应（致突变、致癌、致畸），而且易导致环境二次污染。

微生物絮凝剂（Microbial flocculants，MBF）是一种由微生物或其分泌物产生的特殊代谢产物，具有絮凝活性，是一种新型的绿色、环保絮凝剂。与传统常用的絮凝剂相比，微生物絮凝剂具有安全无毒、絮凝效率高、易生物分解、无二次污染的特点，对人类健康和环境保护的意义重大，越来越成为絮凝剂的研究热点。目前，微生物絮凝己广泛应用于水产养殖水体改善、印染废水脱色、含（石）油废水处理，食品工业废水处理、污泥脱水、重金属废水处理等污水的处理。

微生物絮凝剂由微生物、真菌等进行发酵、抽取和精炼后形成的一种代谢物，其制备过程主要依赖于微生物科学，其中含有如糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素等成分。这种絮凝剂中的细菌，能够生物降解，且对环境无害，因此被认为是一种高效、环保、无二次污染的水质净化剂。微生物絮凝剂的优势包括其絮凝区域宽泛、絮凝能力强、使用过程中的安全、舒适、不会对环境造成污染，以及其颜色转换的独特性。此外，生成絮凝剂的微生物种类繁多，生长速度快，并且容易实现工业应用 。因此，当前的科学家们正致力于探索这些微生物絮凝剂。

1.微生物絮凝剂的优点

（1）高效。在废水处理中，微生物絮凝剂的效果远超出常规絮凝剂，并且使用相同量的絮凝剂的情况下，能够获得更高的絮凝效果。

（2）它是安全无害的。用微生物絮凝剂处理食品级废水可以回收可重复使用的成分并减少废水排放。

（3）无交叉污染。使用微生物产生的絮凝剂可以避免交叉污染的问题。这些絮凝剂成分通常非常复杂，但它们具有生物降解和自降解的特性，因此不会造成二次污染。

（4）变色效果很明显。对动物污水、污泥污水、染料污水等具有优良的絮凝变色效果。

（5）体积相对较小。借助少量的微生物絮凝剂，可以净化大面积的表面积。

（6）热稳定性高。一些微生物凝集剂的特征是对pH值不敏感和低剂量。

微生物絮凝剂的絮凝过程是一个复杂而精细的过程。为了更准确地了解微生物聚集的机理，需要进一步研究微生物絮凝剂和胶体颗粒的组成、结构和电荷情况等因素 。

2.微生物絮凝的影响因素

影响微生物絮凝剂性能的因素众多，为了更好地发挥其絮凝能力，有必要深入了解其规律。实际上，絮凝是一个复杂的过程，因为絮凝剂的种类和浓度、分子组成、分子量、胶体表面特性、pH值等因素都会对絮凝剂的性能产生影响 。

（1）微生物絮凝剂本身性质的影响

微生物絮凝剂的主要成分含有亲水活性基团，如氨基、羟基和羧基等 。因此，微生物絮凝剂与有机高分子絮凝剂具有相同的絮凝机理，即通过交联结合线性分子的性质来聚集颗粒。微生物絮凝剂的分子量对絮凝效果有重要影响，分子量越大，絮凝效果越好 。当微生物絮凝剂的蛋白质组分降解时，其分子量会降低，从而导致聚集活性急剧下降。在大多数情况下，具有线性结构的高分子絮凝剂的效果非常好，而具有交联或支链结构的絮凝剂效果相对较弱 。

（2）表面负载对胶体颗粒的影响

根据交联和电荷中和理论，絮凝剂中的大分子通过离子键、氢键和范德华力的作用同时吸附多个胶体颗粒，引发颗粒之间的交联现象，从而形成三维的析出晶格结构 。因此，胶体颗粒的表面电荷对团聚有很大的影响，而带有相反电荷的聚合物电解质可以降低颗粒的表面电荷密度，使颗粒之间足够接近，从而产生有效的吸引力。

（3）反应条件

微生物絮凝剂的絮凝效果受到多种反应条件的影响，包括样品体积、pH值、金属离子、温度、搅拌速率和水质等因素。对于染料废水的处理，发现Ca2+可以协同作用，促进絮凝体的形成并提高沉降速率。另外，有研究认为，在加入Na+时同时加入盐会降低微生物的聚集活性，从而干扰大分子和胶体之间氢键的形成 。由于絮凝是一个复杂的过程，为了更好地解释其机理，有必要研究各种反应条件对微生物絮凝剂和胶体颗粒的成分、结构、电荷、形貌以及形式的影响。

3.微生物絮凝剂的应用

微生物絮凝剂的主要成分是微生物细菌或次生代谢产物，具有应用广泛、絮凝活性高、安全可靠、易生物降解等特点，因此可广泛应用于水、污水和废水处理 。

（1）印染废水处理

废水印染是我国主要的工业废水处理问题之一，色度高、成分复杂、COD高、B/C值低、生化性差。在印染废水的处理中，褪色很重要，但水溶性颜料难以去除，目前尚无有效的漂白方法。在各种处理方法中，絮凝法变色率高，因此在印染废水处理的预处理过程中应用广泛。随着微生物絮凝剂在水处理行业中的兴趣，关于使用微生物絮凝剂处理印染废水的研究报告也很多。大量研究表明，微生物絮凝剂与传统的絮凝剂有所不同，它们不仅有非常优秀地絮凝沉淀性能，而且可以达到非常大的褪色效果，适用于水溶性色素的去除，并且处理后的上清液无色透明，具有传统絮凝剂在污水印刷和染色中所不具备的优势。

（2）食品工业废水处理

微生物絮凝剂在食品废水处理中的应用越来越广泛，并且取得了良好的处理效果。以处理味精废水为例，使用微生物絮凝剂可以达到显著的去除效果。COD和SS的去除率可高达约40%，浊度的去除率甚至可达到99%。这表明微生物絮凝剂在食品废水处理中具有显著的去污能力，能够去除废水中的有机物和悬浮物，改善水质并达到排放标准。

（3）含重金属废水的处理

微生物絮凝剂分子表面分布着羧基、羟基、酰胺基团等官能团。这些官能团能够与重金属离子形成配位化合物，从而大大提高了絮凝剂对重金属离子的螯合和吸附能力，并增加了聚集的活性位点。适量的金属离子的存在有助于提高微生物絮凝剂的聚集活性，优化去除重金属的效果。此外，金属阳离子的存在还能在一定范围内增加絮凝剂分子表面的活性聚集位点，从而实现更好的凝结效果。这是因为金属离子的存在可以促进微生物絮凝剂分子之间的相互作用，通过形成更强的聚集桥连接，加速絮凝体的形成和聚集速度。同时，金属离子还可以增加微生物絮凝剂分子的电荷密度，提供更多的化学吸附位点，增强了与废水中的重金属离子的吸附能力。因此，金属离子的存在可以显著提高微生物絮凝剂的絮凝效果和重金属去除效率 。在实际应用中，为了充分利用金属离子的协同作用，还可以调控金属离子的类型和浓度，以获得最佳的絮凝效果。综上所述，金属离子对微生物絮凝剂的聚集活性和重金属去除能力具有重要影响，这为废水处理提供了更可靠和高效的解决方案。

（4）活性污泥处理

加入微生物絮凝剂到活性污泥中可以快速降低污泥体积指数（SVI），防止污泥的堆积和膨胀现象，从而改善活性污泥的沉降性能 。这不仅可以减少污泥的产生量，还可以提高整个系统的处理效率。通过微生物絮凝剂的作用，活性污泥的颗粒之间形成更紧密的聚集，在沉降过程中更容易形成较大且稳定的污泥絮块，从而提高了污泥的沉降速率。此外，微生物絮凝剂还能够改善活性污泥的团聚性和压缩性，进一步促进污泥的沉淀和脱水过程，降低了处理系统的能耗和运行成本。因此，在活性污泥处理过程中加入微生物絮凝剂是一种有效的措施，可以改善废水处理的效果，提高系统的稳定性和可靠性。

4.微生物絮凝剂的发展趋势

目前，絮凝剂的研究主要集中在高分子絮凝剂方面。然而，随着微生物絮凝剂研究的逐渐深入，它们正逐渐取代传统的无机高分子絮凝剂和合成有机高分子絮凝剂 。尽管我国在微生物絮凝剂研究方面还处于菌种筛选阶段，但它们具有独特的处理能力和潜力 。然而，微生物絮凝剂的成本较高，其储存和产业化方面还存在挑战。因此，未来的研究方向包括：

（1）寻找廉价高效的原材料和废物作为传统实验室环境的替代品。

（2）降低生产成本的措施包括强化生产条件，优化生产工艺，改进生产设备，探索开发新技术和工艺，并选择高产存货。

（3）建立健全的产品评价体系，推动废水处理在各行业的应用。

（4）通过开发微生物絮凝剂复合物和与其他絮凝剂的配合使用，可以实现优势互补，进一步提高能源效率。

（5）通过基因工程技术将聚集、沉降和降解能力整合到微生物菌株中的污染物降解质粒，可以扩大絮凝剂的应用范围，并实现更高效的废水处理。

总的来说，开发高效、安全、经济的新型絮凝剂是絮凝剂行业不可或缺的发展方向。通过持续的创新和改进，可以为废水处理等领域提供更可靠、高效和可持续的解决方案。

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