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对微生物絮凝剂固定化技术的分析

2020-02-12 226 上传者：管理员

摘要：微生物絮凝剂（MBFs）作为一种新型无毒第三代絮凝剂，完全区别于有机和无机絮凝剂。微生物絮凝剂固定化技术实现了将MBFs投入到工业生产的研究目标。本文就微生物固定化技术的原理、作用及固定化载体的种类对微生物絮凝剂固定化技术进行了介绍，同时介绍了国内对这方面的研究，并提出了相关的新思想。

关键词：
固定化微生物技术
固定化载体
微生物
微生物絮凝剂
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微生物絮凝剂（MBFs）是20世纪90年代左右开发出来的第三代絮凝剂，它与有机絮凝剂和无机絮凝剂不同（有机和无机絮凝剂普遍具有致癌、致畸和致突变的"三致"作用），是一种新型的绿色环保水处理试剂。

微生物絮凝剂是由微生物产生，可使水体中的悬浮颗粒、菌体细胞及胶体粒子凝聚、沉淀的一类次生代谢产物，主要含有糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素和DNA等物质。MBFs不仅克服了无机和有机絮凝剂在使用安全和环境污染方面的问题，而且也易于实现工业化生产，所以MBFs取代大部分传统的无机高分子和合成有机高分子絮凝剂将成为一种趋势。

一般而言，经过筛选、培养、驯化得到的微生物絮凝菌在短期内就能达到很好的絮凝效果，有些甚至超过水处理中常用的无机和有机絮凝剂。除此之外，MBFs具有能产生絮凝剂的微生物种类多，生长快，易于实现工业化等优点。但是如果完全使用MBFs作为工业絮凝剂，就意味着它需要大规模生产，所需成本高，因此在工业生产上受到一定的限制作用。马放教授提出过将微生物絮凝剂与无机或有机絮凝剂复配使用，能够降低无机或有机絮凝剂的投加量，从而达到降低成本的作用。现如今微生物絮凝剂的研究基本停留在实验室阶段，没有大规模的投入工业生产，根本原因在于MBFs的固定化技术不够成熟。目前载体是固定化研究中的一大难题，需要找到一种合适的固定化载体和恰当的固定化方法才能有效的把MBFs投入工业应用。

一、固定化微生物技术及固定化载体

固定化微生物技术是20世纪60年代直接从固定化酶技术发展起来的一项新技术，在遗产工程、细胞工程、酶催化工程等高新技术促进下，目前已成为生物工程领域的重要分支。固定化的方法多种多样，包括表面吸附固定化，包埋固定化，交联固定化，自身固定化等。目前大多数研究者采取包埋法，即利用载体和吸附剂将微生物包埋其中，使用交联剂交联之后制成固定化小球。固定化载体种类繁多，一般分为以下几种：1.无机载体类，代表物质为活性炭。该载体制作简单，毒性小，但微生物不易附着于该载体，易流失。2.天然有机载体类，代表物质有海藻酸盐、琼脂等。该载体制作简单，对微生物几乎无毒，但该载体机械强度低，很难重复利用。3.人工合成有机载体类，代表物质为聚乙烯醇（PVA）凝胶。该载体不易分解，化学性能稳定，具有较大强度，制作简单且毒性小。PVA是高度亲水的，在90℃以上PVA很容易溶解在水中。

二、国内微生物絮凝剂固定化技术的研究

目前国内研究微生物絮凝剂的人很多，他们看到了广泛应用的无机和有机絮凝剂的缺点和不足，着手研究微生物絮凝剂，目的就是找到一种把微生物絮凝剂应用到工业生产的方法。少数人对微生物絮凝剂固定化的方法提出了一些看法。杨基先，张笑晨等发现菌丝球在菌株吸附率、粗提发酵液生物絮凝剂产量方面具有优势，是一种无毒无二次污染的前景广阔的载体。菌丝球是霉菌或放线菌的菌丝体缠绕在一起形成的小球，获取它的方法比较复杂，需要培养大量孢子，将孢子转移到选择培养基中，至少需要72h才能聚集成球。从他们的实验结果可知，相比于活性炭和聚氨酯泡沫，采用菌丝球作为固定化载体可使微生物絮凝菌具有很高的生物絮凝剂产量和絮凝率，也可以明显发现采用固定化的方法比无载体的方法拥有更好的絮凝作用。陈一萍还通过构建能产高效MBF的复合菌群并对其进行固定化，希望能够在较低投资的情况下解决废水的脱色问题。她选用琼脂和海藻酸钙作为微生物固定化的载体对印染废水进行实验。琼脂机械强度较低，凝固后很容易破碎，包埋微生物絮凝菌后，脱色效果较差。而选用海藻酸钙作为固定化载体，制备简单，小球易成型，机械强度高，不易破碎，脱色效果比琼脂要好。从实验结果可以看出，海藻酸钙既有很高的絮凝率，对印染废水的脱色效果还很好。

三、MBFs的复配

如果仅仅是将筛选得到的微生物絮凝菌单一的进行培养、驯化，最终将它们单独固定化，产生的固定化产品并不一定效果最好。有人在脱氮菌群固定化方面做过研究，将整个脱氮体系，也就是硝化菌与反硝化菌混合起来进行包埋固定化，构建一个脱氮菌群比单一的选用硝化菌或反硝化菌进行固定化更具有脱氮效果，另外还能减少多余硝酸盐的积累。还有人做过实验，以小区生活污水为实验用水，对比微生物絮凝剂和AlCl3（0.2mol/L）投加量对除浊率的影响，结果显示，单独投加AlCl3时需20mL才能达到最高的除浊效果；而复合投加时，投量为4mL，AlCl3投量为1.2mL时便可以实现高达98.7%的除浊率。这说明，当微生物絮凝剂与无机絮凝剂AlCl3复配使用时，可以减少投加量，并且大大提高生活污水的除浊效率。因此，有两个问题值得我们探讨：1.在固定化过程中，选用多种絮凝菌构成一个絮凝菌菌群，是否会拥有更好的絮凝率？2.得到固定化产品后，在实际运用过程中，是否可以把微生物絮凝剂与无机或有机絮凝剂复配使用？要解决这两个问题，还需要人们更深入更深层次的研究。

四、结论

1.微生物絮凝剂的研究停留在实验室阶段，没有投入到工业生产；而微生物絮凝剂固定化的研究相对更少，固定化载体的选择性很多，活性炭、菌丝球、海藻酸钙、聚乙烯醇等都能够广泛应用于微生物絮凝剂的固定。

2.如果将微生物絮凝剂固定化技术应用到实际生产，可以考虑将其与无机或有机絮凝剂复配使用，此方法一般能够提高絮凝效率。

孙天男.对微生物絮凝剂固定化技术的分析[J].经济技术协作信息,2019(34):93-93.