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鲍论文正文

PSAFS的制备及对黄河水和Mn﹑Ni的絮凝去除试验

1.绪论

1.1我国水资源的现状

我国是一个干旱缺水严重的国家。

淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2300立方米，仅为世界平均水平的1/4、美国的1/5，在世界上名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一[1]。

据监测，目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有逐年加重的趋势。

日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾，对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。

目前我国供需矛盾日益加剧：

首先是农业干旱缺水，随着经济的发展和气候的变化，我国农业，特别是北方地区农业干旱缺水状况加重。

其次是城市缺水。

我国城市缺水现象始于70年代，以后逐年扩大，特别是改革开放以来，城市缺水愈来愈严重。

尽管水资源严重不足，但用水效率并不高。

发达国家早在上世纪40－50年代就开始采用节水灌溉，现在，很多国家实现了输水渠道防渗化、管道化，大田喷灌、滴灌化，灌溉科学化、自动化，而我国在这方面才刚刚起步。

其次，工业用水和城市生活用水浪费也十分严重[2]。

水环境正在不断恶化，尽管国家不断完善由有关法律法规，不断加大对相关单位的监管力度。

但仍然有人将未经任何处理的污水直接排入江河湖库，使大部分的城市地表水体和城市地下含水层受到污染。

由于部分地区地下水开采量超过补给量，全国已多次出现因地下水超采而引发的地面沉降、海水入侵等一系列生态问题。

水资源缺乏合理配置，华北地区水资源开发程度已经很高，缺水对生态环境己造成了影响。

目前黄河断流日益严重，却每年调出相当大水量接济淮河与海河，因此，对水资源的合理配置和布局，区域间的水资源的调配要依靠包括调水工程在内的统一规划和合理布局。

世界水环境状况趋于恶化。

在大多数发达国家和经济转型国家，许多经济进步都是以严重破坏自然环境为代价的。

在20世纪中，世界湿地面积已经减少半数，造成重大的生物多样性损失。

在发展中国家，所有大城市的地表水和地下水水质都在迅速恶化，威胁人的健康和自然价值[3]。

综合上述，我国水资源总量并不丰富，地区分布不均，年内分配集中，北方部分地区水资源开发利用已经超过资源环境的承载能力，全国范围内水资源可持续利用问题已经成为国家可持续发展战略的主要制约因素[4]。

1.2絮凝剂及其在水处理中的应用

　　使水或液体中悬浮微粒集聚变大，或形成絮团，从而加快粒子的聚沉，达到固-液分离的目的，这一现象或操作称作絮凝。

通常絮凝的实施靠添加适当的絮凝剂，其作用是吸附微粒，在微粒间“架桥”，从而促进集聚[5]。

胶乳工业中，絮凝是胶乳凝固的第一阶段，是一种不可逆的聚集。

絮凝剂通常为铵盐一类电解质或有吸附作用的胶质化学品。

在水处理工程中较常见的絮凝剂如：

硫酸铝（明矾），聚合硫酸铝（polyaluminiumsulfate） ,栲胶等等。

絮凝剂的理论基础是;“聚并”理论，主要是带有正电（负）性的基团中和一些水中带有负（正）电性难于分离的一些粒子或者叫颗粒，降低其电势，使其处于不稳定状态，并利用其聚合性质使得这些颗粒，集中，并通过物理或者化学方法分离出来。

一般为达到这种目的而使用的药剂，称之为絮凝剂。

絮凝剂主要应用于给水和污水处理领域。

人类使用絮凝剂的历史最初可以追溯到几千年以前，可谓源远流长。

当时主要是使用天然的高分子絮凝剂[6]。

在近代，工业规模应用絮凝剂净化水质，也是从天然高分子絮凝剂开始的。

最近100年絮凝剂的发展突飞猛进，至20世纪60年代末期，品种齐全的絮凝剂已在水处理、酿造、矿冶、食品等工业部门获得越来越广泛的应用，絮凝剂也成为了水处理药剂中运用最广泛的一种。

进入20世纪70年代后，以聚丙烯酞胺为主的合成高分子絮凝剂研究工作不断取得新的进展，在水处理药剂市场占有了较大份额（饮用水处理行业除外）[7]。

随着社会的发展，对水环境保护日趋严格的要求，聚丙烯酞胺类合成高分子絮凝剂的毒性问题、难降解问题己日益受到关注。

此后寻找具有资源丰富、原料价格相对低廉、原料产品无毒、产物易生物降解等特点的新型絮凝剂成为了各国水处理剂研究的重点。

20世纪90年代以来，世界范围内出现了对新型复合絮凝剂研究开发的热潮，淀粉衍生物、植物胶改性水处理剂、微生物絮凝剂和天然多功能水处理剂等研究领域都逐渐成为新的研究热点，其中特别引人注目的是，对甲壳素的衍生物壳聚糖的研究、开发及其在饮用水源水净化处理和污泥脱水等领域所取得的骄人应用成果[8]。

絮凝沉降法作为固液分离及废水处理的一种重要方法，在水处理工艺中有着广泛的应用。

絮凝作用是非常复杂的物理、化学过程，其理论还未完全成熟。

现在多数人认为絮凝作用机理是絮凝和凝聚两种作用过程。

絮凝剂是化学絮凝法的核心，而絮凝剂的种类、性质、性能是影响絮凝处理效果以及成本的关键因素。

当前我国无机絮凝剂的品种比较齐全，但人工合成有机高分子絮凝剂相对国外而言品种较少。

我国常用的聚电解质主要是聚丙烯酞胺系列化合物[9]，虽然最近几十年无机一合成有机高分子复合絮凝剂的发展较快，但其最大的缺陷是难降解，污染环境，因此应大力发展高生态安全、低健康风险的无机一天然有机高分子复合絮凝剂，深入研究无机絮凝剂与天然有机高分子复合的可行性、复合影响因素及复合机理，同时还要考虑降低成本，并尽可能减少可能存在的二次污染问题。

另外在复合絮凝剂的制备过程中各种相关因素的影响缺乏系统研究;在有效组分的配比筛选、制备工艺流程的设计、工艺参数的确定及产品性能等方面尚需大量的工作。

因而新型高效复合絮凝剂开发与应用，一直是研究的重点和难点。

目前在絮凝剂的研究领域，无机一有机复合絮凝剂的研究逐渐成为热点。

鉴于无机、有机两类絮凝剂各自的优缺点以及两者在性能和成本上的互补性，所以开发新型的无机一有机复合絮凝剂自然引起了人们极大的兴趣。

复合絮凝剂能克服使用单一絮凝剂的许多不足，在降低处理成本的同时提高絮凝性能。

再加上当今废水排放量飞速增长的现实以及水处理市场对新型絮凝剂的需求，对新型、环保的无机一有机高分子复合絮凝剂的开发和应用研究具有非常重要的现实意义。

1.3絮凝剂的分类

絮凝剂按照其化学成分总体可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类。

其中无机絮凝剂又包括无机凝聚剂和无机高分子絮凝剂;有机絮凝剂又包括合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。

1.3.1无机絮凝剂

无机絮凝剂按金属盐可分为铝盐系及铁盐系两大类；铝盐以硫酸铝、氯化铝为主，铁盐以硫酸铁、氯化铁为主。

后来在传统的铝盐和铁盐的基础上发展合成出聚合硫酸铝、聚合硫酸铁等新型的水处理剂，它的出现不仅降低了处理成本，而且提高了功效。

这类絮凝剂中存在多羟基络离子，以OH-为架桥形成多核络离子，从而变成了巨大的无机高分子化合物，相对分子质量高达1×105。

无机聚合物絮凝剂之所以比其他无机絮凝剂能力高、絮凝效果好，其根本原因就在于它能提供大量的如上所述的络合离子，能够强烈吸附胶体微粒，通过粘附、架桥和交联作用，从而促使胶体凝聚[10]。

同时还发生物理化学变化，中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷，降低了Zeta电位，使胶体粒子由原来的相斥变成相吸，破坏了胶团的稳定性，促使胶体微粒相互碰撞，从而形成絮状混凝沉淀，而且沉淀的表面积可达（200-1000）m2/g，极具吸附能力。

也就是说，聚合物既有吸附脱稳作用，又可发挥黏附、桥联以及卷扫絮凝作用。

按其分子量的大小可分为低分子絮凝剂和高分子絮凝剂两大类[11]。

低分子絮凝剂价格低、货源充足、但因其用量大、残渣多、效果差,故无机絮凝剂的发展已经基本上完成了低分子向高分子的转变。

现常用的无机高分子絮凝剂有聚合铝类絮凝剂、聚合铁类絮凝剂和活性硅酸类絮凝剂以及复合絮凝剂四大类。

1.3.1.1聚合铝类絮凝剂（如聚合氯化铝，硫酸铝等）

　　聚合铝水解产生高价离子,形成各种类型的羟基多核络合物。

它们通过羰基式桥联作用,处于亚稳定状态。

而OH-与Al3+的比值（一般称盐基度或碱基度）对絮凝效果影响很大。

通常盐基度越高,絮凝效果越强,但过高则本身易生成难溶的氢氧化铝沉淀,导致絮凝效果降低。

研究表明,盐基度在75%-85%时最佳,此时絮凝体产生快,颗粒大而重,沉淀性能好[12]。

聚合铝具有投药量少、沉降速度快、颗粒密实、除浊、除色效果明显等特点。

在工业水处理中得到广泛的应用。

值得注意的是铝,尤其是活性铝,毒性较大,同时聚合铝制备方法不完善,致使较多水解铝的微细颗粒存在于溶液中,这在一定程度上限制了聚合铝的使用。

通过改善混凝反应条件,延长慢速混凝时间,能有效降低水中铝的含量。

1.3.1.2聚合铁类絮凝剂（如聚合硫酸铁等）

　　聚合铁是另一新型无机絮凝剂,絮凝机理与聚合铝类似。

其主要类型有聚硫酸铁、聚氯化铁、聚氯化硫酸铁等等。

聚氯化硫酸铁除具有铝盐类无机高分子絮凝剂特点外,还具有价格低、ｐＨ值适用范围宽等特点。

但是总体来说,聚合铁需要较低的盐基度,一般须将OH-/Fe3+比值控制在8%～15%。

超出此范围,铁水解反应突变,从高价聚合态羟基络离子转化成低价聚合态胶凝产物[13]。

且聚合铁产品稳定性差,聚合几个小时至一周内即转向沉淀,絮凝效果降低,故其用量远不及聚合铝[14]。

1.3.1.3聚合硅酸金属盐类絮凝剂

聚合硅酸金属盐类絮凝剂是在传统铝盐、铁盐基础上发展起来的新一代无机高分子絮凝剂。

经究发现，适量的的多价金属离子可延长硅酸的胶凝时间，进而提高产品的稳定性[15]，另一方面又增加了产品的电中和能力，使其成为同时具有电中和能力和吸附架桥能力的一类新型水处理药剂，既提高了絮凝性能，又可降低水中的残余铝含量，减少铝盐的生物毒性。

目前，该类絮凝剂的研究引起了国内外水处理界的极大关注，现已成为国内外无极高分絮凝剂研究的一个热点。

目前研究较多的有:

酸中引入单种类金属离子Al或Fe或硅酸中引入两种金属离子Al和Fe。

（1）聚硅酸中引入单种金属离子Al或Fe聚硅酸铝盐的开发研制国外始于20世纪80年代，加拿大汉迪化学公司首先报道了聚硅酸硫酸铝的研制成功，并与1991年投产，年产600万磅。

国内研究始于20世纪90年代初期。

常见的制备方法主要有三种:

①以矿石、废矿渣、粉煤灰等原料进行制备;②将铝盐引入到聚硅酸溶液中进行制备;③用硅酸钠、氯酸钠和硫酸铝等作原料在高剪切工艺条件下进行制备。

高宝玉等人应用核磁共振技术及透射电镜手段研究了铝离子与聚硅酸之间的相互作用，表明聚硅酸对A13十具有一定的鳌合（络合）和吸附作用，作用量随A13十量的增加而增加，但不存在定量关系。

透射电镜摄像观察证明了聚硅酸与聚铝离子间存在着一种非离子型键合作用，X一射线衍射分析证明A13十和SO42-均参聚合反应，与聚硅酸生成了无定型高聚物[16]。

聚硅酸铁盐的研制国外始于上20世纪90年代，日本研究较多，且均以专利形势报道。

其制备方法按照原料的不同也可分为三种:

①以水玻璃、氯化铁为原料进行研制;②以硅酸钠、硫酸铁为原料进行研制;③以水玻璃、聚合铁为原料进行研制[17]。

虽然所用原料有所不同，但制备过程类似，都是先把硅酸钠酸化使其具有一定的聚合度，然后再向其中引入铁或聚合铁溶液。

聚硅酸铁盐同聚硅酸铝盐相比，具有凝聚沉淀速度快、沉渣量少、pH适用范围广、安全无毒等优点，若能解决造色、出水pH偏低等问题必将有很好的推广应用价值。

（2）聚硅酸中引入两种金属离子（Al和Fe）众所周知，铝盐絮凝剂的特点是形成的絮体大、有较好的脱色作用，但絮体松散易碎、沉降速度慢;铁盐絮凝剂的特点是形成的絮体密实、沉降速度快，但絮体较小、卷扫作用差，处理后出水的色度较高。

若能在聚硅酸中同时引入这两种金属离子，制成聚硅酸铝铁絮凝剂，使得絮凝剂不仅具有吸附架桥和电中和作用，而且能充分发挥铝、铁絮凝剂的优点，克服彼此的弱点。

因为铝盐、铁盐具有相似的化学性质，上述想法理论上是可行的。

利用铝铁的共聚特性和硅酸的盐效应机制和协同增效的原理把铝盐、铁盐引入聚硅酸中制成聚硅酸铝铁[25][18]。

关于聚硅酸铝铁絮凝剂，在一些综述性文献中曾有提及，并未见专门的生产研究报导。

　　活性硅酸也是一种重要的无机高分子絮凝剂,它来源广、价格低廉、无毒、且絮凝、助凝效果好,尤其对于低温低浊水的混凝处理这一净水处理中的难题有着显著的特性,在国内外引起足够重视。

但由于易自行缩聚析出凝胶而失活只能现用现配;另外,在生产中很难精确控制其聚合度,难以达到最佳絮凝效果,限制了其应用。

所以应用效果较好的多为改性产品,诸如改性活化硅酸、聚硅酸硫酸铝（ＰＳＡＡ）,ＰＳＡＭ等等。

究其机理,大都是在活性硅酸中加入一定量高价金属离子,使其组分带正电荷,控制其聚合度、电荷密度,保证其同时具有电中和作用和吸附架桥作用,从而克服活性硅酸自身弱点,大大提高絮凝效果。

1.3.1.4复合絮凝剂

　　近年来,复合絮凝剂的研制成为热点。

复合絮凝剂按化学成分分为无机复合型、有机复合型、有机无机复合型三大类。

无机复合絮凝剂成分较多,主要原料有铝盐、铁盐和硅酸盐。

国外先后研制开发出聚合铝铁、铝硅、硅铝、硅铁以及聚合铝/铁与活性致混物质等复合絮凝剂。

　　有机无机复合絮凝剂以品种多样和性能多元化占主导地位。

作用机理主要与协同作用相关。

无机高分子成分吸附杂质和悬浮微粒,使形成颗粒并逐渐增大;而有机高分子成分通过自身的桥联作用,利用吸附在有机高分子上的活性基团产生网捕作用,网捕其它杂质颗粒一同下沉。

同时,无机盐的存在使污染物表面电荷中和,促进有机高分子的絮凝作用,大大提高絮凝效果[19]。

我国无机高分子絮凝剂的生产和应用已取得长足进展,最具有代表性的聚合氯化铝和聚合硫酸铁的研究,已居世界前列。

1.3.1.5现有无机絮凝剂开发与应用中存在的问题

由于高分子絮凝剂具有良好的絮凝效果、脱色能力和操作简便等优点，引起了国内外广泛的关注。

高分子絮凝剂的研究、生产和应用已成为一门迅速发展的科学与技术。

无机高分子絮凝剂是20世纪印年代发展起来的新型混凝剂，有很高的分子量，能促进胶体微粒凝聚成无定型絮凝物沉淀下来。

它比传统絮凝剂如硫酸铝、氯化铁等絮凝效果更优越，比有机高分子絮凝剂价格低且无毒，逐渐成为主流絮凝剂。

但是，絮凝剂稳定性仍是限制其广泛应用的主要因素，而且很多研究对其作用机理研翔良少，处于经验推测和传统药剂作用机理基础上，这些问题主要表现在以下几个方面:

（1）聚硅酸凝胶的问题一直是聚硅酸盐絮凝剂发展中的一个障碍。

同时，在某种程度上也正是由于硅酸具有聚合胶凝的特性，才使其成为一种独特的絮凝剂而广泛应用于水处理中。

所以要把握和利用好硅酸的这一特性，发挥其积极的一面，努力提高其稳定性。

（2）基础研究的缺乏。

进行广泛深入的基础研究是推动絮凝剂发展、促进絮凝技术更加完善的有效途径。

由于絮凝剂化学和絮凝过程化学相当复杂，在制备工艺、铝（铁）与硅间的相互作用、形态特征、功能特性以及絮凝作用机理等方面尚缺乏系统深入的研究，从而影响了此类絮凝剂向更高阶段的发展。

这就需要借助于先进的分析检测技术不断的完善和发展。

（3）应用研究的缺乏。

目前，已经开发研制了许多絮凝剂新品种，对其性能研究也做了许多工作。

但是，在与其它絮凝剂配伍使用、根据水质特征来选择絮凝剂及反应动力学等方面的应用研究还不够。

因此，需要开发性能良好，具有更高使用价值的絮凝剂新产品，同时加强其应用方面的研究。

1.3.2有机高分子絮凝剂

有机高分子絮凝剂出现于20世纪50年代，它们应用前途广阔，发展非常迅速。

已用于给水净化，水/油体系破乳，含油废水处理，废水再资源化及污泥脱水等方面；还可用作油田开发过程的泥浆处理剂，选择性堵水剂，注水增稠剂，纺织印染过程的柔软剂，静电防止剂及通用的杀菌、消毒剂等。

有机高分子絮凝剂在处理炼油废水，其它工业废水，高悬浮物废水及固液分离中阳离子型絮凝剂有着广泛的用途。

特别是丙烯酰胺系列有机高分子絮凝剂以其分子量高，絮凝架桥能力强而显示出在水处理中的优越性。

微生物絮凝剂絮凝范围广、絮凝活性高，而且作用条件粗放，大多不受离子强度、pH值及温度的影响，因此可以广泛应用于污水和工业废水处理中[20]。

微生物絮凝剂高效、安全、不污染环境的优点，在医药、食品加工、生物产品分离等领域也有巨大的潜在应用价值。

1.3.2.1天然有机高分子絮凝剂

天然高分子絮凝剂具有原料来源广、价格低廉、无毒害作用、易生物降解等特点。

天然有机高分子絮凝剂中有些是天然的,但大多均是以天然产物为主,经化学改性后制得的一类有机高分子絮凝剂。

通过酯化、交联、接枝共聚、醚化和氧化等化学改性反应,絮凝剂活性基团大大增加,聚合物呈枝化结构,分散了絮凝基团,对悬浮体系中颗粒物有更强的捕捉与促沉作用[21]。

20世纪70年代以来,美、英、法、日等国均致力于天然高分子絮凝剂的研究。

目前,天然改性高分子絮凝剂可分：

（1）　淀粉衍生物，淀粉分子中具有支链与直链两种结构,通常支链淀粉在淀粉中的比例较大,但是支链淀粉的絮凝性能远低于直链淀粉,所以天然的淀粉通常絮凝效果不太理想,通过淀粉分子的相应改性反应就能取得良好的絮凝效果。

对淀粉及其衍生物进行醚化,可得到阳离子型天然高分子絮凝剂,它对带有负电荷的颗粒有优良的絮凝效果。

（2）壳聚糖类，在自然界中,甲壳素是仅次于纤维素的第二类天然高分子化合物,它是甲壳类动物和昆虫外骨骼的主要成分。

壳聚糖是甲壳素脱乙酰化的产物,它本身可作为阳离子型絮凝剂,同时通过交联,醚化、叠氮化、螯合、卤化、接枝和希夫碱[31]等反应进行改性,能赋予其不同的特性,因此壳聚糖类絮凝剂在水处理中具有很大的潜力和应用前景。

近年来,甲壳素与壳聚糖作为绿色絮凝剂的开发已取得巨大的发展。

（3）　木质素类，木质素以其分子结构多样化、易于制成特殊功能的水处理剂等优点,在含金属离子、食品工业、染料工业、含固体悬浮物等废水处理中得以广泛应用。

（4）植物胶类，植物胶是从植物或植物的种子中提取而得到的,其主要成分为半乳甘露聚糖,属多糖类天然高分子化合物,分子量因来源不同而异。

半乳糖-甘露糖结构具有较好的水溶性和交联性,且在低浓度下能形成高粘度的稳定性水溶液。

国外研究植物胶已有近百年的历史,我国从20世纪70年代开始研究利用,80年代后,植物胶作为一种天然高分子有机絮凝剂已在水处理中迅速发展起来。

1.3.2.2合成有机高分子絮凝剂

合成有机高分子絮凝剂按可离解基团电离出的电荷类型,一般可分为非离子型、阴离子型、阳离子型和两性型。

主要包括聚丙烯酰胺、磺化聚乙烯苯、聚乙烯醚等系列,其中以聚丙烯酰胺系列应用最为广泛[22]。

阳离子型的聚丙烯酰胺可通过吸附电中和及吸附架桥两种作用使带负电荷的胶体颗粒和其他污染物质脱稳而得到去除,具有良好的除浊、脱色等功能,特别适用于胶体物质含量高的废水、污泥脱水和有色废水的处理等。

它与各类无机高分子絮凝剂配合使用,可以降低水处理成本、提高净水效果。

因此在城镇饮用水、工业用水、工业废水和城市污水净化处理以及污泥脱水中使用阳离子聚丙烯酰胺成为一种趋势。

两性聚丙烯酰胺在同一高分子链节上兼具阳离子和阴离子两种基团,因此可以处理带不同电荷的污泥物,适用范围广,对废水中由阴离子表面活性剂所稳定的分散液、乳浊液或由阴离子所稳定的各种胶态分散液,均有较好的絮凝及污泥脱水功能[23]。

另外,两性聚丙烯酰胺絮凝剂中的阳离子可以捕捉带负电荷的有机悬浮物,适量的阴离子单元和中单元可以促进无机悬浮物的沉降,是一种性能良的絮凝剂。

因此,此类絮凝剂对于处理不同类型废水具有广泛的适应性,具有广阔的开发前景[24]。

1.3.3微生物絮凝剂

1.3.3.1微生物絮凝剂概述

国外微生物絮凝剂的商业化生产始于20世纪90年代，因不存在二次污染，使用方便，应用前景诱人。

如红平红球菌及由此制成的NOC-1是目前发现的最佳微生物絮凝剂，具有很强的絮凝活性，广泛用于畜产废水、膨化污泥、有色废水的处理[25]。

我国微生物絮凝剂的制品尚未见报导。

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，利用微生物细胞壁代谢产物的絮凝剂、直接利用微生物细胞的絮凝剂和克隆技术所获得的絮凝剂[26]。

微生物产生的絮凝剂物质为糖蛋白、粘多糖、蛋白质、纤维素、DNA等高分子化合物，相对分子质量在105以上。

微生物絮凝剂是利用生物技术，从微生物体或其分泌物提取、纯化而获得的一种安全、高效，且能自然降解的新型水处理剂[27]。

由于微生物絮凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂本身固有的缺陷，最终[28]实现无污染排放，因此微生物絮凝剂的研究正成为当今世界絮凝剂方面研究的重要课题。

1.3.3.2微生物絮凝剂的种类和性质

微生物絮凝剂的研究者早就发现，一些微生物如酵母、细菌等有细胞絮凝现象，但一直未对其产生重视，仅是作为细胞富集的一种方法。

近十几年来，细胞絮凝技术才作为一种简单、经济的生物产品分离技术在连续发酵及产品分离中得到广泛的应用。

微生物絮凝剂是一类由微生物产生的具有絮凝功能的高分子有机物。

主要有糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等[29]。

从其来源看，也属于天然有机高分子絮凝剂，因此它具有天然有机高分子絮凝剂的一切优点。

同时，微生物絮凝剂的研究工作已由提纯、改性进入到利用生物技术培育、筛选优良的菌种，以较低的成本获得高效的絮凝剂的研究，因此其研究范围已超越了传统的天然有机高分子絮凝剂的研究范畴。

具有分泌絮凝剂能力的微生物称为絮凝剂产生菌。

最早的絮凝剂产生菌是Butterfield从活性污泥中筛选得到。

1976年，Nakamuraj.等人从霉菌、细菌、放线菌、酵母菌等菌种中，筛选出19种具有絮凝能力的微生物，其中以酱油曲霉产生的絮凝剂效果最好[30]。

1985年，TakagiH等人研究了拟青霉素微生物产生的絮凝剂PF101。

PF101对枯草杆菌、大肠杆菌、啤洒酵母、血红细胞、活性污泥、纤维素粉、活性炭、硅藻土、氧化铝等有良好的絮凝效果。

1986年，Kurane等人利用红平红球菌研制成功息生物絮凝剂NOC-1，对大肠杆菌、酵母、泥浆水、河水、粉煤灰水、活性碳粉水、膨胀污泥、纸浆废水等均有极好的絮凝和脱色效果，是目前发现的最好的微生物絮凝剂[31]。

絮凝剂的分子质量、分子结构与形状及其所带基团对絮凝剂的活性都有影响。

一般来讲，分子量越大，絮凝活性越高；线性分子絮凝活性高，分子带支链或交联越多，絮凝性越差；絮凝剂产生菌处于培养后期，细胞表面蔬水性增强，产生的絮凝剂活性也越高。

处理水体中胶体离子的表面结构与电荷对絮凝效果也有影响[32]。

一些报道指出，水体中的阳离子，特别是Ca2+、Mg2+的存在能有效降低胶体表面负电荷，促进“架桥”形成。

另外，高浓度Ca2+的存在还能保护絮凝剂不受降解酶的作用。

微生物絮凝剂絮凝范围广、絮凝活性高，而且作用条件粗放，大多不受离子强度、pH值及温度的影响，因此可以广泛应用于污水和工业废水处理中[33]。

微生物絮凝剂高效、安全、不污染环境的优点，在医药、食品加工、生物产品分离等领域也有巨大的潜在应用价值。

纵观絮凝剂的现状可以看出，絮凝剂的品种繁多，从低分子到高分子，从单一型到复合型，总的趋势是向廉价实用、无毒高效的方向发展。

无机絮凝剂价格便宜，但对人类健康和生态环境会产生不利影响；有机高分子絮凝剂虽然用量少，浮渣产量少，絮凝能力强，絮体容易分离，除油及除悬浮物效果好，但这类高聚物的残余单体具有“三致”效应（致崎、致癌、致突变），因而使其应用范围受到限制；微生物絮凝剂因不存在二次污染，使用方便，应用前景诱人[34]。

微生物絮凝剂将可能在未来取代或部分取代传统的无机高分子和合成有机高分子絮凝剂。

微生物絮凝剂的研制和应用方兴未艾，其特性和优势为水处理技术的发展展示了一个广阔的前景。

1.4絮凝机理

在原水和废水中，胶体之所以能保持稳定性，主要原因有两个:

首先，由于同类的胶体微粒电性相同，因此它们之间存在静电斥力，阻止胶体相互接近而聚集成较大的颗粒;其次，带电荷的胶粒和反离子都能与周围的水分发生水化作用，形成一层