微生物絮凝劑的作用機(jī)理

關(guān)于微生物絮凝劑的作用機(jī)理第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四絮凝沉降法是目前國內(nèi)外普遍用來提高水質(zhì)處理效率的一種既經(jīng)濟(jì)又簡便的水質(zhì)處理方法，其處理效果的好壞很大程度上取決于絮凝劑的性能。絮凝劑分類:無機(jī)絮凝劑有機(jī)絮凝劑高分子型、低分子型陽離子型、陰離子型、非離子型按其分子組成按其分子量的高低按其官能團(tuán)的性質(zhì)及官能團(tuán)所帶電荷的性質(zhì)開發(fā)生物絮凝劑的必要性第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四有機(jī)合成高分子絮凝劑合成高分子絮凝劑投加量少，一般在2％以下，效果好，形成的絮體大，而且強(qiáng)度大，不易破碎，不增加泥量，降低熱值，無腐蝕性．它分非離子型、陽離子型、陰離子型和兩性四種．常用有機(jī)絮凝劑有：聚丙烯酸鈉、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸鹽等，其中聚丙烯酰胺的應(yīng)用最多，占合成高分子絮凝劑的80％左右．然而這一類絮凝劑由于存在著一定量的殘余單體丙烯酰胺，不可避免的帶來毒性，所以限制了它的應(yīng)用。高分子量聚丙烯酸鈉屬陰離子型絮凝劑，有強(qiáng)烈的絮凝作用而且無毒；對(duì)懸浮于水中的細(xì)微粒產(chǎn)生非離子性吸附，使粒子之間產(chǎn)生交聯(lián)；對(duì)具有金屬氫氧化物這類正電荷的膠體粒子更顯示出其優(yōu)良性能．第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四有機(jī)絮凝劑在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題:

有機(jī)合成高分子絮凝劑丙烯酰胺多聚體雖然本身沒有任何毒性，但其難降解性卻易造成二次污染，而且聚合單體丙烯酰胺的殘留也是一個(gè)令人十分擔(dān)憂的問題，它不僅具有強(qiáng)烈的神經(jīng)毒性，而且是強(qiáng)致癌物，現(xiàn)在許多國家和領(lǐng)域已禁止或限量使用此類絮凝劑，如美國批準(zhǔn)使用的聚丙烯酰胺最大容許濃度為1mg/mL；英國規(guī)定PAM的投加劑量平均不得超過0.5mg/mL，最大投加劑量不得超過1mg/mL。

第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四無機(jī)絮凝劑無機(jī)鹽類絮凝劑主要分為鋁鹽和鐵鹽，它們有很大的缺點(diǎn)：殘留在水中的鋁離子會(huì)導(dǎo)致二次污染；鐵離子本身有顏色，并對(duì)設(shè)備有腐蝕作用，提高成本；投加量大，產(chǎn)泥量高，運(yùn)行費(fèi)用高．無機(jī)鹽聚合物類絮凝劑效果好，殘留在水中的鋁、鐵離子少，而且易生產(chǎn)、價(jià)廉、使用范圍廣，在我國實(shí)際用量占絮凝劑總量的80％以上．第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四存在的問題:無機(jī)絮凝劑在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題:(1)會(huì)給被處理液帶入大量無機(jī)離子，需增加脫鹽、去離子工序，過量的無機(jī)離子不僅影響產(chǎn)品的風(fēng)味、口感，也不利于人的健康．尤其是Al3+的攝入，與目前日益增多的老年癡呆癥的引發(fā)有直接關(guān)系。

(2)鐵鹽類絮凝劑不僅具有很強(qiáng)的腐蝕性，限制了所用設(shè)備，而且容易殘留鐵離子，使被處理水帶有顏色，影響水質(zhì)。

(3)當(dāng)處理含有較多硫化物的工業(yè)廢水(如紡織印染廢水，石油工業(yè)廢水，酸法造紙廢水等)時(shí)，F(xiàn)e3+會(huì)被還原為Fe2+，同時(shí)生成FeS和Fe2S3的混合物，此混合物呈膠體狀態(tài)，帶負(fù)電荷，很難形成絮凝沉淀。第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四天然高分子絮凝劑天然高分子絮凝劑作為一類較新的水處理劑，是利用蛋白質(zhì)、多聚糖、木質(zhì)素、幾丁質(zhì)等生物體分泌的天然有機(jī)高分子，通過化學(xué)改性制成。由于天然有機(jī)高分子物質(zhì)具有無毒，能安全降解的特點(diǎn)，但天然有機(jī)絮凝劑較弱的絮凝活性.開發(fā)一種安全無毒、絮凝活性高、無二次污染的新型絮凝劑對(duì)物質(zhì)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝改進(jìn)，人類的健康和環(huán)境保護(hù)都有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。20世紀(jì)80年代后期，伴隨生物技術(shù)的發(fā)展，第三類絮凝劑——生物絮凝劑應(yīng)運(yùn)而生。第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四天然高分子絮凝劑天然高分子絮凝劑易生物降解，本身或中間降解產(chǎn)物對(duì)人體無毒，具有選擇性大、價(jià)廉、產(chǎn)泥量少等優(yōu)點(diǎn)．若在生化系統(tǒng)中投加該類絮凝劑，可為城市污水處理后的回用提供符合要求的水質(zhì)．另外淀粉磷酸酯和淀粉黃原酸脂也是良好的絮凝劑．殼聚糖、甲殼素類絮凝劑作為水處理劑在工業(yè)上已大量應(yīng)用，美國主要用于給水及飲用水處理；日本主要用于水處理及污水處理，其中用于水處理的殼聚糖每年達(dá)500噸之多；我國改良了工藝，絮凝劑除了對(duì)水中的固體懸浮物(ss)有較好的絮凝作用外，還對(duì)水中的COD、色度和重金屬離子等有較好的去除效果．由于該類聚合物具有無毒無味、抗菌、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)使其被大量應(yīng)用于食品工業(yè)廢水處理中，殼聚糖可使各種食品加工廢水的固形物減少70％～98％．第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四生物絮凝劑(MBF)

微生物絮凝劑(Microbial

flocculants是由微生物產(chǎn)生的生物大分子，是一類由微生物產(chǎn)生的絮凝代謝產(chǎn)物，主要有糖蛋白、多糖、蛋白質(zhì)、纖維素和DNA等,具有使其他物質(zhì)凝聚沉淀的性能。一般利用生物技術(shù)，通過細(xì)菌、真菌等微生物發(fā)酵、抽提、精煉而得到。目前對(duì)微生物絮凝劑的研究多局限于實(shí)驗(yàn)室水平的菌種篩選及其特性研究。

生物絮凝劑第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四

生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生的可使液體中不易降解的固體懸浮顆粒、菌體細(xì)胞及膠體粒子等凝集、沉淀的特殊高分子代謝產(chǎn)物。該類絮凝劑是利用生物技術(shù)，通過微生物發(fā)酵、分離提取而得到的一種新型、高效、廉價(jià)的水處理劑。與傳統(tǒng)的無機(jī)和有機(jī)合成高分子絮凝劑相比，生物絮凝劑具有許多獨(dú)特的性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)：

(1)易于固液分離，形成沉淀物少；

(2)易被微生物降解，無毒無害，安全性高；

(3)無二次污染；

(4)適用范圍廣；

(5)具有除濁和脫色性能等。

(6)有的生物絮凝劑還具有不受PH條件影響，熱穩(wěn)定性強(qiáng)，用量小等特點(diǎn)。第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四微生物絮凝劑微生物絮凝劑是一類由微生物或其分泌物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，它是利用微生物技術(shù)，通過細(xì)菌、真菌等微生物發(fā)酵、提取、精制而得的，是具有生物分解性和安全性的高效、無毒、無二次污染的水處理劑．

能產(chǎn)生微生物絮凝劑的微生物種類很多，它們大量存在于土壤、活性污泥和沉積物中．在適宜條件下迅速形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而沉積，從而表現(xiàn)出很強(qiáng)的絮凝能力．微生物絮凝性與分子結(jié)構(gòu)、分子量、活性基團(tuán)等多種內(nèi)部環(huán)境因素有關(guān)，

另外，外界環(huán)境因素如pH值、溫度、離子種類、離子強(qiáng)度等對(duì)微生物絮凝劑的活性也有影響．微生物絮凝劑廣泛應(yīng)用于畜產(chǎn)廢水處理、染料廢水的脫色、高濃度無機(jī)物懸浮液廢水的處理、活性污泥的沉降性能的改善、污泥脫水、浮化液的油水分離等方面．第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四復(fù)合絮凝劑復(fù)合型絮凝劑是近年才開始研制的新型絮凝劑，能克服使用單一絮凝劑的許多不足，適應(yīng)范圍廣，對(duì)低濃度或高濃度水質(zhì)、有色廢水、多種工業(yè)廢水都有良好的凈水效果，脫污泥性好，pH使用范圍大．然而復(fù)合在有機(jī)合成制備上手續(xù)復(fù)雜，成本較高，并有可能存在二次污染．目前還未見復(fù)合絮凝劑有工業(yè)化生產(chǎn)和使用的報(bào)道．污水或活性污泥中，有機(jī)固體顆粒帶負(fù)電荷，無機(jī)固體顆粒帶正電荷，混合固體顆粒呈電中性。所以有機(jī)污水或污泥加陽離子型絮凝劑，對(duì)無機(jī)污水或污泥加陰離子型絮凝劑，對(duì)混合污水或污泥加非離子型絮凝劑．第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四微生物絮凝劑簡介微生物絮凝劑的絮凝機(jī)理內(nèi)容簡介第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四Microbialflocculant

Bio-flocculant

由微生物產(chǎn)生的有絮凝活性的次生代謝產(chǎn)物，可以使水中不易降解的固體懸浮顆粒和膠體顆粒等絮凝、沉淀的特殊高分子代謝產(chǎn)物，是一種高效、安全、能自然降解的新型水處理劑胡勇有、高寶玉《微生物絮凝劑》第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四研究歷程復(fù)合型微生物絮凝劑

馬放1876197619862003NakamuraRhodococcuserythropolisKuraneLevurecasseeuseLouisPasteur第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四生物絮凝劑分類細(xì)胞代謝物生物絮凝劑生物細(xì)胞壁生物絮凝劑微生物細(xì)胞生物絮凝劑基因工程菌的代謝產(chǎn)物第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四微生物絮凝劑的主要成分糖蛋白多糖蛋白質(zhì)脂肪纖維素DNA絮凝劑第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四膠體穩(wěn)定的原因膠粒帶電兩膠團(tuán)的擴(kuò)散層重疊，破壞反離子和雙電層的靜電平衡，導(dǎo)致產(chǎn)生滲透性斥力和靜電斥力溶劑化水化外殼的存在勢(shì)必增加溶膠聚合的機(jī)械阻力布朗運(yùn)動(dòng)當(dāng)布朗運(yùn)動(dòng)足夠強(qiáng)時(shí),粒子熱運(yùn)動(dòng)能夠克服重力場的作用而不下沉第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四絮凝過程凝聚從作用機(jī)理來看，是指膠體和分散系雙電層壓縮、ζ電位破壞、電性中和而脫穩(wěn)并聚集為絮粒的過程絮凝從工藝上看，是指絮粒通過吸附、交聯(lián)、網(wǎng)捕，聚結(jié)為大絮體沉降的過程。凝聚和絮凝統(tǒng)稱為混凝第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四未絮凝高嶺土絮凝后高嶺土第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四絮凝劑一般作用機(jī)制吸附電中和作用高分子絮凝劑的橋聯(lián)絮凝劑網(wǎng)羅卷帶壓縮雙電層，減少表面電荷第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四微生物絮凝劑的絮凝作用機(jī)理DLVO理論纖維束纖絲學(xué)說莢膜學(xué)說疏水性學(xué)說PHB酯合假說胞外產(chǎn)物菌體表面胞內(nèi)產(chǎn)物第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四DLVO理論a：絮凝可逆Emax：勢(shì)壘極大值b：聚沉不可逆第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四DLVO理論在微生物絮凝劑絮凝機(jī)制中的應(yīng)用橋聯(lián)作用壓縮雙電層電性中和卷掃作用晶核懸浮物化學(xué)反應(yīng)酯合假說電荷中和離子鍵---酸性氫鍵---中性第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四橋聯(lián)作用第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四生物絮凝劑的應(yīng)用

生物絮凝劑的應(yīng)用范圍十分廣泛，而且處理效果特別明顯。以下主要介紹生物絮凝劑在消除污泥膨脹、脫色、城市污水處理以及特殊廢水處理應(yīng)用情況。1.消除污泥膨脹:

工業(yè)廢水在采用活性污泥法處理的過程中,活性污泥易發(fā)生膨脹,影響處理效果,若加入微生物絮凝劑,會(huì)消除膨脹,收到良好的效果。如甘草制藥廢水生化處理過程的污泥膨脹,添加NOC21微生物絮凝劑后,污泥的SVI值很快從290下降到50,消除了污泥的膨脹,恢復(fù)了污泥的沉降能力。

第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四2.水的脫色

活性污泥法除去廢水中的BOD并非難事,但對(duì)于脫色幾乎還沒有特效的方法,特別是對(duì)于那些可溶性色素很難處理,使用微生物絮凝劑NOC-1對(duì)造紙黑液,顏料廢水處理后上清液幾乎變?yōu)闊o色透明。

3.城市污水處理

城市污水處理通常采用強(qiáng)化一級(jí)處理工藝,通過化學(xué)絮凝沉淀作用、生物絮凝與不完全氧化作用,可以提高和保證SS,COD,BOD,TP的去除效果，去除率一般為COD:60%～80%、BOD5:60%～80%、SS:80%～90%、TP:75%～90%、TN:25%左右。

第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四微生物物法生產(chǎn)甲殼素與殼聚糖：從真菌細(xì)胞壁中提取甲殼素與殼聚糖的方法，酶法生產(chǎn)甲殼素與殼聚糖。幾丁質(zhì)酶的介紹：幾丁質(zhì)酶的生化性質(zhì)、生理學(xué)、分子生物學(xué)、轉(zhuǎn)基因的研究進(jìn)展。幾丁質(zhì)酶的研究前景及存在問題。第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四展望1.降低生產(chǎn)成本

篩選高產(chǎn)菌株、優(yōu)化培養(yǎng)條件選擇替代性培養(yǎng)基、降低培養(yǎng)基成本、,降低生產(chǎn)成本的研究。Kurane對(duì)紅平紅球菌的優(yōu)化培養(yǎng)中選用了多種自然界中廣泛存在的物料作培養(yǎng)基的替代成分,已取得了很大的進(jìn)展。

2.應(yīng)用現(xiàn)代測試方法

微生物絮凝劑結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的測定,將現(xiàn)代測試方法引入微生物絮凝劑檢測中C.R.Thomas認(rèn)為顯微操縱術(shù)可以測量細(xì)胞的變形及破裂等,可以比較清楚地觀察和研究絮凝過程、生物細(xì)胞的凝結(jié)和自絮凝過程。另外,計(jì)算機(jī)模擬絮凝過程方法也是一個(gè)很好的研究手段,可為我們的研究和實(shí)驗(yàn)提供思路和方向.第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四3.絮凝機(jī)理的深入研究

4株高效絮凝菌中,F2和F6菌株按照1:1比例混合培養(yǎng)所得發(fā)酵液絮凝率可達(dá)9311%,優(yōu)于各個(gè)單菌,同時(shí)優(yōu)于其他雙菌組合。復(fù)合