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微生物絮凝剂的研究进展微牛物絮凝剂应用云南省昆明第八届全国水处理混凝技术研讨会论文集嘲勰麓 微生物絮凝剂的研究进展与发展趋势国峰陆斌黄晓琛（同济大学环境科学与工程 学院，上海2 0 0 0 9 2 ）（摘要［综述了微生物絮凝剂的研究进展，对产絮凝剂的微生物种类进行了总结, 并讨论了絮凝反应条件、絮凝机理等研究近况对微生物絮凝剂在废水中的应 用现状及发展趋势做了预测微生物絮凝剂无毒无害无二次污染的特性使其应 用前景明显优于普通絮凝剂，但目前微生物絮凝剂的应用述大多处于菌种的筛 选阶段，口存在成本较高的缺点，无法适应工业化生产的需要今后的工作主 要集中于：高产菌株的筛选、培养条件的优化、微生物絮凝剂的化学组成和理化 性质、絮凝剂的基因控制与表达、克隆技术等的研究.发展趋势是降低生物絮 凝剂的生产成木.（关键词】微生物絮凝剂；废水处理；絮凝机理1引言絮凝剂乂称沉降剂，是一类可使液体中不易沉淀的固体悬浮颗粒（粒 径10 4〜107 cm）凝聚、沉淀的物质口前实际使用的絮凝剂，以 无机的聚合氯化铝和冇机合成的聚丙烯 酰胺最为广泛我国从2 0世纪6 0年 代开始研制和应用无机和有机合成高分了絮凝剂，但其使用容易造成二次环境 污染。

据冇关学者研究表明【1】，老年痴呆与现在广泛使用无机絮凝剂聚合 氯化铝有关聚丙烯酰胺的单体（丙烯酰胺）具有强烈的神经毒性，其在聚合 过程中的残留，是一个令人十分担忧的问题因此，微生物絮凝剂的安全、可生 物 降解、对人类健康无害、11对环境无二次污染的特点，引起人们极人的兴趣微生物絮凝剂是指微生物门身产生的具有絮凝活性的次生代谢产物絮凝性 微生物能使离散微粒（包括菌体细胞自身）Z间互相粘附，并能使胶体脱稳， 形成絮状沉淀而 从反应体系中分离出去此问题的研究在酵母酿酒工业中已有 1 0 0多年的历史【21,高絮凝性微生物可用于处理废水以这类微生物制成 的生物絮凝剂已经上市并有多种牌号，F1本在这方面成果卓著【3羽经过驯 化筛选或构建出的菌株，口身就可利用废物进行繁殖，在反应体系中发挥作用, 在废水脱色方而的优势，比普通絮凝剂更具吸引力2微生物絮凝剂的研究历史对产絮凝性物质微生物的研究，最早见诸报道的 是1 953年，Eutterfield从活性污泥？1 9 .删勰翼第八届全 国水处理混凝技术研讨会论文集2 0 0 7年7月中分离出1株细菌，该菌的培 养液具有一定絮凝能力19 7 1年Z a j i c和K n e t t i n g f 7］从煤 油中分离岀1株棒状杆菌，该菌可分泌对泥水具冇絮凝作用的多聚物。

1 9 7 5年，Junj i Nakamura等（8】对2 1 4株微主物进行了分离筛 选，最终得到1 9株产絮凝剂的微生物，包括细菌5株、放线菌5株、霉菌8 株、酵母菌1株1985年，Hi ronkiTakagi等｛9】对他们分 离出的Peaci lomyces sp・I. 1产生的絮凝剂的研究表明，对 各种微生物细胞均冇絮凝沉淀作用，并且可以除去溶液中几乎所冇的悬浮颗粒,如血红细胞、碳粉、纤维素、硅藻土等1986年，RyuichiroK u r a n e 等p】发现红平球菌 S — 1 (R. erythropol is S — 1)菌株产生的絮凝剂N 0 C- I ,能很有效地去除畜禽废水如猪尿和粪便等 我国对微生物絮凝剂的研究始于2 0世纪9 0年代初期1 9 9 4年王镇等1 1 筛选到8 3株絮凝剂产生菌，其中絮凝活性最高的4株分属于芽胞杆菌属 (Sporolactobaci 1 1 u s G C 3 ) > 节细菌屈(A f t h f o b a c t e r SB6)、假单胞菌屈(Pseudomonas SB8)、 气单胞菌属(Aeromonas GC 2 4 ) 4株菌在生长过程中均可产生胞 外絮凝物质，在最适培养条件下的絮凝剂产量为0. 5” 一 0. 9 9 / L。

1 9 9 8年孟琴等【1 1 J利用其实验室废弃微生物制备出一种生物絮凝剂，分别 以BS A溶液、果汁溶液、泥土混浊液为研究对象，其絮凝效杲优于作为对照 的其它4种常用絮凝剂1 9 9 9年黄民生等【1 2】用GC I培养基从底泥 中分离出3株产牛高絮凝活性的微牛物，所研制出的微生物絮凝剂对高岭土及 土壤悬浊液和碱性染料废水均有良好的净化效果邓述波等【13】从土壤中 分离、筛选得到了高效絮凝剂产生菌A . 9实验结果表明，A. 9所产絮凝 剂(培养液)的絮凝率随粘性的增加而提高，处理效果明显优于目前常用的聚 合铝、聚丙烯酰胺等化学絮凝剂程金平等【14 1经实验得岀，培养液中絮凝 活性分布及活性菌产牛絮凝剂时的最佳条件，并指出微生物絮凝剂是由菌产生 的而不是培养液具 有絮凝作用尹华等【”】的实验证明，絮凝剂G S 7的絮 凝活性与菌生长量有一定的相关性曲此推测，GS 7絮凝剂是曲菌生物合成 的，而不是由菌细胞口溶产生的，这与程金平等的结论一致他们认为，在废 水中加入一定量的二价金屈阳离子冇利于提高GS 7的絮凝效率，显示离子参 与了絮凝过程中的凝聚和絮凝作用f 1 6 1柴晓利等(17 1从废水、土壤、活性污泥中筛选到2株絮凝剂产生菌。

初步确定均属氮单胞菌属(Az omo n a s s p.)废水絮凝实验表明，该菌种所产絮凝剂可絮凝各种水溶液中 的悬浮物质2 0 0 1年刘紫娟等【18 1从活性污泥中分离筛选到一株产絮 凝剂的细菌A 2 5 ,鉴定为巨大芽胞杆菌B a c i 1 1 u s m e g a t e r i um絮凝剂的形成与菌体生长同步，均在1 0 h达到最高值该絮凝剂主要分 布在发酵液中，另外还有一部分存在于菌体上所产絮凝剂对供试的各种悬浮 液和菌悬液都具冇良好的絮凝效果胡筱敏等【1 9 1从土壤中分离筛选得到 一株能产生高效微生物絮凝剂(MEF)的芽抱杆菌A. 9 ,其有效成份为高 分子多糖絮凝实验结果表明，用MBFA-9处理高岭土悬浮液，效果明显 优于其他种类MBF,且不需添加C a 2+及Al 3 +等助凝剂，用？ 2 0? 云南省昆明第八届全国水处理混凝技术研讨会论文集 嘲勰灌 量也仅为一般M B F用量的1/1 0〜1/10 0,处理含泥河水、硫化染料废水、淀粉厂黄浆 废水等的去除率，明显高于聚丙烯酰胺等传统的化学絮凝剂陶涛等(201 用黑酵母以淀粉水解或葡萄糖为原料发酵产生的水溶性无定型多糖大分子物质 一普鲁兰(短梗霉多糖)，具有较强的絮凝效果。

3微生物絮凝剂的种类、性质及絮凝机理具有分泌絮凝剂能力的微牛物称为 絮凝剂产生菌，至今发现的具冇絮凝性的微生物包括霉菌、细菌、放线菌和酵 母菌等(见表1 )表1协腹产碱杆菌A leal i g e n e s酱油曲霉A s p e r g i 1 lusoflw 棕曲霉Aspergi 1 1 u s o c h 一 x c e u c u p i d u s o具有絮凝性的微生物种类红色诺卡氏菌N o c a r d i n r h o d n t 1拟青霉属菌P eaci lomyces sp.铜绿假单 胞菌 P s eudomona s aeruginosa 荧光假单胞菌 P s e u domonasfluorescens 粪假单胞茵 P s eudomonad faecal i c 红平红球菌 Rhodococcus erythropo 1 isbrevicale 寄生曲霉A spergillusparasit i c u s 嗜虫短杆菌E revibacterium insect ionh ilium 棕腐真菌 Brown, otfunef 棒状杆菌 Coryneba c t e r i u m 粟酒裂殖酵母 Schi zosaccharomyces p o n b e 金黄色葡萄球菌 SI aphytococcus o A M r e 1 1 s 灰色链霉素S t rephytococcusaureus 白地霉G e o t r i c h u m c a n d i d u m 赤红曲霉 M onacusanks r e s t r i c t a c a 1 c a r e a椿象虫诺卡氏菌N o c a f d i n石灰壤诺卡氏 菌 N o c a r d i n 酒红色链霉素 St reptomyces v i n a c e n s 口腐真菌龍妇r o o t f u n g i由微主物产生的絮凝剂是一种无毒 的牛物高分子化合物。

微牛物细胞的絮凝性由所产牛的牛化物质决定，包括机 能性蛋白质或机能性多糖类物质，这就决定了微生物絮凝剂具冇生物口J分解性 的独特性质，而且对环境和人类具有无毒无害的安全性产生絮凝剂的微生物 绝大多数来自与人类关系十分密切的土壤中，分离这些微生物和产生微生物絮 凝剂的过程，对人类不会造成不良后果微生物絮凝剂对多种细微颗粒及合成高 分子絮凝剂的可溶性色素物质都具有优良的凝聚能力微生物絮凝剂主要包括：利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂、利用微生物细 胞代谢产物的絮凝剂、直接利用微生物细胞的絮凝剂、克隆技术所获得的絮凝 剂微生物细胞是天然冇机高分子絮凝剂的重要来源，如藻类细胞壁冇许多异 多糖成分，酵母菌细胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋口质及N.乙酰葡萄糖胺等 成分也可用作絮凝剂，丝状真菌的细.2 1 .嘲勰禳第八届全国水处理混凝技 术研讨磊文集，2 0 0 7年7月胞壁多糖除了纤维索甘霜聚糖和葡聚糖外， 还有一种极其重要的多糖一几J•质多糖一几丁质是分布于门然界中的唯一碱性 同聚物，是一类能被生物合成和分解、不造成环境污染的天然高分子化合物 儿丁质经碱水解处理，就产生了以其正电性、高效无毒而备受环保工作者青睐 的脱乙酰几丁质，含有活性氨基和軽基，对许多微牛物菌体及其他带负电荷粒 子冇极强的絮凝能力。

目询利用藻类和霉菌的细胞壁提取物较多，利用细菌细 胞 壁的还较少以上所述细胞壁中可做絮凝剂的成分，都含有亲水的活性基团，如 氨基、疑基、竣基等其絮凝机理同冇机高分子絮凝剂的机理相同，即利用其 所带电荷或基I才I中和菌体的表面电荷（或形成氢键），压缩双电层，并通过高 分子架桥形成网络，聚集沉 降其次，还有利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂, 如程金平等从污水塘活性污泥中分离筛选出的菌株，就是在菌细胞外分泌絮凝 剂的分泌到细胞外的微生物代谢产物除水夕卜，主要成分是多糖及少量的多肽、 蛋白质、脂类及其复合物，其中贡献最大的述是多糖类另外，直接利用微生 物细胞做絮凝剂有下列优点：免去了提取所需成本；可用少量菌种接入发酵废 液中使其繁殖；无二次污染不足之处是被处理废液中必须无妨碍菌体生长的 因索从宏观上讲细菌表面是带负电的，但利用不同种微生物表面间的细微成分 及结构茅别，则可能导致絮凝，这可能是不同微生物间产生絮凝的机理Z-o微 生物絮凝剂的主要成分中含冇亲水的活性基团，如氨基、轻基、竣基等，其絮凝 机理与有机高分子絮凝剂相同通常线形结构的大分子，絮凝效果较好；分子量 对絮凝活性也有影响，分子量越大，絮凝剂活性越高t细胞的年龄对絮凝作用 也冇彩响。

在培养早期絮凝性不好，随发酵进行絮凝活性细胞壁中的廿露聚糖, 葡聚糖和蛋口质组合，进而影响到絮凝剂效果胶体粒子的表面结构会对絮凝 剂效率产生影响，主要有“桥联作用”理论和“电荷中和”作用理论胶体颗 粒与絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力相互靠近、吸 附，在颗粒间产 生“架桥”现象，形成三维网状结构而沉淀下來絮凝的形成是一个复 杂的过 程，“架桥”机理并不能解释所有现象，絮凝剂的广谱活性也证明吸附机理不是 单一的为了更好地解释机理，需要对特定絮凝剂和胶体颗粒的组成、结构、 电荷、构象及各种反应条件的影响，作更深入的研究4影响絮凝活性的因素 微牛物絮凝活性受多种因素的影响，其中遗传因素是内在的依据。