馬 放，李淑更，金文標，楊基先
（哈爾濱工業大學市政環境工程學院環境科學與工程系，黑龍江哈爾濱 150090）

　　摘　要：隨著環境保護要求的日趨嚴格、開發無毒、無污染的微生物絮凝劑迫在眉睫。在研究了微生物絮凝劑的結構、性質、分類及特點的基礎上，指出了今后微生物絮凝劑的研究方向。
　　關鍵詞：絮凝劑；微生物絮凝劑；水處理
　　中國分類號：X703.5
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1009－2455（2002）01－0007－03

Present Conditions & Trend of Studies on Microbial Flocculant
MA Fang, LI Shu-geng, JIN Wen-biao, YANG Ji-xian
(Environmental Science & Engineering Department, Municipal & Environmental Engineering School,
Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China)

　　Abstract: The requirements for environmental protection are becoming stricter day by day. To develop a microbial nocculant without poisoness and pollution is a matter of great urgency. This paper points out the orien-tation of the MBF researches after it discusses the structure, properties, classification and characteristics of MBF.
　　Key words: flocculant; microbial flocculant; water treatment

　　目前普遍使用的絮凝劑包括無機和有機兩大類，但由于存在成本高、絮凝效果有限以及產生的污泥難處理等問題，因此開發新型的絮凝劑迫在眉睫。微生物絮凝劑因其高效、無毒而成為國內外近年來的研究熱點課題。但從現有的研究狀況看，大都局限于能產生絮凝劑的微生物菌種的篩選，微生物絮凝劑性能的研究，以及小型試驗，所以微生物絮凝劑一直未能得到廣泛的應用。本文在綜述微生物絮凝劑研究現狀的基礎上，提出了新的設想，以期為微生物絮凝劑的研究探討新的途徑

1 微生物絮凝劑的研究進展

　　盡管在20世紀50年代，人們就發現了能產生絮凝作用的細菌培養液，但真正深人的研究卻始于1976年，J.Naknmura等[1]對能生產絮凝效果的微生物進行了研究。從霉菌、酵母菌、細菌、放線菌等214種菌株中篩選出19種具有絮凝能力的微生物，其中霉菌8種，酵母菌1種，細菌5種，放線菌5種，研究較為深人的是Aspergillus Sojae AJ7002^[2]產生的絮凝劑，由此掀起了微生物絮凝劑的研究熱潮。
　　1985年H.Takagi等^[3]人研究出了PF101微生物絮凝劑，分子量約為30×10⁴，主要成分是半乳糖胺。它對枯草桿菌，大腸桿菌，啤酒酵母等均有良好的絮凝效果。
　　1986年，Ryuichiro Kurane等^[4]人，采用從自然界分離出的紅球菌屬微生物Rhodococcus erythropo-lis的S－1菌株，用特定培養基及培養條件，制成絮凝劑NOC－1。并且把它用于畜產廢水處理，膨脹污泥處理，磚場生產廢水處理，還有廢水的脫色處理，都取得了很好的處理效果，被認為是目前發現的最好的微生物絮凝劑。在此之后的研究中，比較有代表性的是1997年Suh.H.－H.等人發現的DP－152絮凝劑[5]，因其是首次發現桿狀細菌也能產生絮凝劑。
　　我國對微生物絮凝劑的研究起步較晚，除臺灣省的鄧德豐等人，從廢水處理場的廢水中分離到C－62細菌菌株產生的微生物絮凝劑；中科院成都研究所張本蘭從活性污泥中分離得到的P.alcaligenes8724菌株產生的絮凝劑和武漢市建設學院康建雄、陶濤用黑酵母以淀粉水解或葡萄糖為原料發酵產生的普魯蘭絮凝劑外，最近鄧述波等[6]人從土壤中分離篩選得到硅酸鹽芽抱桿菌新變種，該菌產生絮凝劑MBFA9[7]，并把該絮凝劑用于給水處理中，以河水作為絮凝對象，出水濁度降至0.8NTU。但這些研究只停留在實驗室研究階段，并未見工業應用的報道。

2 微生物絮凝劑的結構性質與分類

　　微生物絮凝劑是一類由微生物產生的代謝產物，主要成分有糖蛋白、多糖、蛋白質、纖維素和DNA等。它是利用微生物技術，通過細菌、真菌等微生物發酵、提取、精制而得到的，具有生物分解性和安全性的新型、高效、無毒、無二次污染的水處理劑。
2.1 結構性質
　　微生物絮凝劑的性質、結構各異，如 Rhodococ-cus erythropolis產生的絮凝劑NOC-1是多糖蛋白；Paecilomyces SP.產生的PF101是由氨基半乳糖以α－1,4鍵相連而成的分子量3×10⁵道爾頓的粘多糖^[8]。經試驗證明，該粘多糖8％的單位是N端乙酰
化的。有的微生物產生的絮凝劑物質結構更復雜，Aspergillus Sojae AJ7002產生的絮凝劑就是由蛋白質、己糖胺、2-葡萄糖酮酸組成的分子量大于2×10⁵的的聚合物。絮凝劑DP－152是一種新型的微生物絮凝劑，來自糖的混合物，包括葡萄糖、甘露糖。半乳糖和巖藻糖，其質量比例約為8：4：2：分子量大約為2×10⁶道爾頓。
2.2 分類
　　根據絮凝劑物質組成的不同，微生物絮凝劑可分為三類[9]：
　　①直接利用微生物細胞的絮凝劑，如某些細菌。霉菌、放線菌和酵母，它們大量存在于土壤，活性污泥和沉積物中。
　　②利用微生物細胞提取物的絮凝劑，如酵母細胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白質和N-乙酸葡萄糖膠等成分均可作為絮凝劑。
　　③利用微生物細胞代謝產物的絮凝劑，微生物細胞分泌到細胞外的代謝產物，主要是細菌的莢膜和粘液質，除水分外，其余主要成分為多糖及少量的多肽、蛋白質、脂類及其復合物，其中多糖在某種程度上可作為絮凝劑。

3 微生物絮凝劑的絮凝機理

　　絮凝的機理主要有三種：橋連作用、中和作用和卷掃作用。微生物絮凝劑是帶有電荷的生物大分子，這三種機理都可能存在。但主要是前兩種，這只是與無機鹽絮凝劑相比較而言所得的結論。關于微生物絮凝劑絮凝機理方面的研究提出了不少假說：如Butterfield的粘質假說；Grabtree的利用PHB（Poly－β－hydroxybutyric acid）酯合學說；Friedman的菌體外纖維素纖絲學說等[10]。但這些假說適用范圍窄，只能解釋部分菌引起的絮凝，因此不為人們所接受。
　　目前，比較流行的學說是離子鍵、氫鍵的結合學說。該學說可解釋大多數微生物絮凝劑引起的絮凝現象，以及一些因素對絮凝的影響，并為一些實驗所證實。該學說認為；盡管微生物絮凝劑性質不同，但對液體中固體懸浮顆粒的絮凝有相似之處，它們通過離子鍵、氫鍵的作用與懸浮物結合，由于絮凝劑的分子量較大，一個絮凝劑分子可同時與幾個懸浮顆粒結合。在適宜條件下，迅速形成網狀結構而沉積，從而表現出很強的絮凝能力。

4 微生物絮凝劑的特點

4.1 消除廢水處理的二次污染
　　 微生物絮凝劑為微生物菌體或菌體外分泌的生物高分子物質，屬于天然有機高分子絮凝劑，它安全無毒，這已被許多實驗證明，如微生物絮凝劑MBFA9的急毒試驗結果表明：小白鼠一次性吞食1g/kg的該絮凝劑后，體態、飲食、運行等均無異常反應；給小鼠，豚鼠注射R.Erythropolis的細胞及培養液，均不致病。微生物絮凝劑既然是微生物的分泌物，自然不會危害它自身，不會影響水處理效果，且絮凝后的殘渣可被生物降解，對環境無害，不會造成二次污染。
4.2 提高凈化效果
　　主要是提高對油、無機超微粒子的凈化效果及提高脫色效果。目前的除油方法主要集中于生物除油，一般的化學絮凝劑在不同程度上，抑制微生物降解作用的發揮。而微生物絮凝劑則不同，它不但具備絮凝作用，且有降解性能，可提高油的去除效果。在乳化液的油水分離實驗中，用Alcaligenues Latus地培養物，可以很容易地將棕櫚酸從其乳化液中分離出來，在細小均一的乳化液中即形成明顯可見的油滴，下層清液的CODcr去除率達48％，遠高于無機絮凝劑和高分子絮凝劑的絮凝效果[11]。從日本的研究工作看，微生物絮凝劑處理畜牧產業廢水，瓦場廢水均具有較好的凈化效果，瓦廠廢水主要有胚體廢水和釉藥廢水，投加 NOC-1微生物絮凝劑處理后，廢水濁度大幅度下降，可得到幾乎透明的上清液，據此，可望提高對無機超微粒子的凈化效果。
　　微生物絮凝劑對廢水的脫色效果也很顯著，如用Alcaligenues latus培養物處理某造紙廠的有色廢水時，即可形成肉眼可見的絮凝劑，浮于水面，脫色率為94.6％，而下層清水的透光率幾乎與自來水相近^[11]。
4.3 微生物絮凝劑價格較低
　　主要從兩方面考慮：①微生物絮凝劑為微生物菌體或有機高分子，應較化學絮凝劑便宜。微生物絮凝劑是靠生物發酵產生的，化學絮凝劑是人工合成的。從生產所用原材料，生產工藝能源消耗等方面考慮，微生物絮凝劑應是經濟的，這一點為國內外普遍認同。②微生物絮凝劑處理技術總費用較化學絮凝處理技術總費用低。一般工業廢水采用生物處理的技術費用低于化學處理技術的處理費用，前者約為后者的2／３。以印染工業的漂洗水為例，達到二級排放標準，采用活性污泥法處理費用一般為0.3－0.5元／m³。采用化學混凝處理的費用一般為0.7－1.0元／m³。
　　采用微生物絮凝劑處理廢水，前面以生物吸附為主，后面以生物降解為主，其過程類似于AB法，其處理費用較目前的化學絮凝處理費用低，大約節約1/3的資金。

5 應用現狀及前景展望

　　從目前最好的微生物絮凝劑NOC-1問世，至今已有15a的時間了，而絮凝劑的研究一直未取得突破性的進展。究其原因有二：第一，工作開展的范疇太窄，只停留在菌種篩選和絮凝劑性能的研究上。第二，思路沒放開，研究重點只放在微生物絮凝劑本身的開發上，并未進行復合型微生物絮凝劑的研究，從而實現大規模的工業生產和應用。據此，今后工作的開展，重點應放在開發廉價的復合型的微生物絮凝劑。
　　有關文獻報道，與氨化合了的甘蔗渣(ABG),雞毛(GCF)不僅能為微生物提供能源，而且能提供附加底物。在除油試驗中，這些物質還可吸附油滴，本身就具有吸附性。若它們和微生物絮凝劑共同開發，應能把微生物絮凝劑的研究推動一大步，且因ABG和GCF的普遍和廉價，進行大規模的工業生產也就成為可能。
　　研究微生物絮凝劑與其它絮凝劑的配合使用，也是微生物絮凝劑發展的另一方向。已有試驗表明，二者配合使用，可以互補，不僅可以提高絮凝效率，而且還可降低投加量。
　　目前在水處理領域，都傾向于生物處理。若把水處理工程中的微生物與可產生絮凝作用的微生物配合使用，既可縮短處理流程，也可減少絮凝劑的投加量。

參考文獻

　　[1]NaKamura J, Miyashiro S, Hirose Y. Screening, Isolation, and Some properties of microbial cell flocculants[J]. Agric Biol Chem, 1976,40(2):377-383
　　[2] Nakamura J, et al. Purification and chemical analysis of microbial cell flocculants produced by Aspergillus sojae AJ7002[J].Agric Biol Chem,1976,40(3):619-624
　　[3] Thkagi H, Kadowaki K. Flocculant production by peacilomyces sp Taxoruomic studies and culture conditions for production[J]. Agric Biol Chem, 1985,49(11):3151-3157.
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　　[5]Suh, H-H,et al. Characterication of bioflocculant produced by Bacillus sp DP-152[J].Journal of Fermentation and Bioengineer-ing,1997,84(2):108-112.
　　[6] 鄧述波，胡筱敏等，高效生物絮凝劑的培養條件及特性[J].東北大學學報，1999，20（5）：525-528
　　[7]鄧述波，余剛，等，微生物絮凝劑在給水處理中的應用研究[J].中國給水排水，2001，17（2）：5-7.
　　[8]Takagi H,et al. Purification and chemical Properties of a Flocculant Produced by Paecilomyces[J].Agric Biol Chem, 1985,49(11):3159-3164.
　　[9]吳健，戴桂馥，微生物細胞的絮凝與微生物絮凝劑[J].環境污染與防治，1991，16（6）：27-29
　　[10]（日）有馬啟等，生物凈化環境技術[M].北京：化學工業出版社，1980.
　　[11] Kurane R, et al.Microbial Flocculation of Waste Liquids and Oil Emulsion by a Bioflocculant from Alcaligenes latus[J].Agric Biol Chem,1991,55(4):1127-1129

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　　作者簡介：馬放(1963-),男，遼寧鐵嶺人，副教授，碩士研究生導師，主要從事環境微生物學及環境生物技術方面的教學與科研。