[科普中國(guó)]-微生物胞外多聚物

簡(jiǎn)介

微生物胞外多聚物（縮寫ECP）是微生物在一定的環(huán)境條件下，在其代謝過(guò)程中分泌的、包圍在微生物細(xì)胞壁外的多聚化合物。包括莢膜、粘液層及其它表面物質(zhì)。這些多聚物經(jīng)分析得知其成分為脂、脂肽、多糖脂、中性類脂衍生物等。

應(yīng)用微生物細(xì)胞外多聚物可用作表面活性劑、絮凝劑或助凝劑、沉淀劑。微生物胞外多聚物還可應(yīng)用于破乳、潤(rùn)濕、發(fā)泡和抗靜電。在廢水生物處理方面的應(yīng)用已有報(bào)道。在石油煉廠廢水和油脂廢水的生物處理可考慮應(yīng)用。

生物表面活性劑和生物乳化劑的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用生物表面活性劑和生物乳化劑是20世紀(jì)70年代后期發(fā)展起來(lái)的，它們是具有親水基和疏水基結(jié)構(gòu)于一體的兩親化合物，但兩者有區(qū)別。

生物表面活性劑與一般表面活性劑結(jié)構(gòu)類似，具有表面活性，它的分子量小，分子中具有脂肪烴鏈構(gòu)成的非極性疏水基和有極性的親水基，如磷酸根或多羥基基團(tuán)。它可改變兩相界面的物理性質(zhì)，如降低空氣-水、油-水或固體-水的表（界）面張力，故稱為生物表面活性劑。研究和應(yīng)用較多的是石油開(kāi)采工業(yè)，因?yàn)樯锉砻婊钚詣┯幸嬗诟纳瞥碛陀推?，使之易于開(kāi)采。

生物乳化劑不能顯著降低兩相表（界）面張力，但對(duì)油-水界面有很強(qiáng)的親和力，能夠吸附在分散的油滴表面，防止油滴凝聚，從而使乳狀液得以穩(wěn)定。

微生物自身絮凝和沉淀作用根據(jù)單一菌種微生物（純種）細(xì)胞表面的解離層（胞外多聚物）性質(zhì)不同而劃分兩種類型，即疏水性的R型（菌落為粗糙型）和親水性的S型（菌落為光滑型）。凡具有R型解離層的微生物表現(xiàn)疏水性而自身發(fā)生絮凝、聚集而沉降，故可將R型細(xì)菌應(yīng)用于廢水處理。R．kurane等人從沉降性能良好的活性污泥中篩選出紅平紅球菌，將它用于處理酞酸酯廢水，該菌的處理效率高，處理水透明，沉淀性能良好。用于糖蜜廢水、紙漿黑液、顏料等廢水懸浮液的絮凝、沉淀與脫色，效果也好。還可用于改善膨脹污泥的沉淀效果。具有S型解離層的微生物表現(xiàn)親水性，均勻分散于水中，不易絮凝，不易沉降。

由于活性污泥中的微生物是混合菌種，活性污泥可能全由R型細(xì)菌組成，也可能由R型細(xì)菌和S型細(xì)菌共同組成，這種活性污泥是親水性還是疏水性，取決于兩者的比例及它們的表面電荷。由此也使活性污泥的吸附能力，活性污泥與水之間的表（界）面張力各異，加上活性污泥表面吸附各種廢水成分后所表現(xiàn)出來(lái)的總體帶電性不同，通常為-10 ～ -20mV，會(huì)引起活性污泥與水之間的表面張力及它們的表面電荷改變，影響它們對(duì)廢水中的成分的吸附力。因此，其沉淀性能有良好和不好的結(jié)果。另外，還可能全由S型細(xì)菌組成。它們的比例及它們的表面電荷，與廢水成分的關(guān)系都有密切關(guān)系。若要搞清它們之間的關(guān)系，需要用化學(xué)測(cè)定，但很不容易。

微生物絮凝劑和沉淀劑的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用在廢水生物處理中，二沉池的泥水分離好與壞，取決于活性污泥的絮凝性能和沉降性能。有些活性污泥盡管去除有機(jī)物能力強(qiáng)，但它本身的絮凝性能差，需要投加絮凝劑，強(qiáng)化絮凝效果，改善出水水質(zhì)。

絮凝劑有三類。① 類為有機(jī)高分子絮凝劑或是助凝劑，如聚丙烯酰胺，其投加用量為400 mg/L。② 類為無(wú)機(jī)絮凝劑如硫酸鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵，堿式氯化鋁等，如投加三氯化鐵效果不錯(cuò)，但用量大，達(dá)3000 mg/L。③ 類為微生物絮凝劑，其用量只需200 mg/L。微生物絮凝劑是新開(kāi)發(fā)、有前途的絮凝劑。它不會(huì)引起二次污染，使用安全，但目前生產(chǎn)成本較高。將來(lái)隨著生物技術(shù)的發(fā)展，可望降低成本，利于在生產(chǎn)中推廣使用。

細(xì)菌中有許多具有絮凝作用種類。放線菌、霉菌及酵母菌，乃至原生動(dòng)物的一些種具有絮凝作用，是因?yàn)檫@些微生物細(xì)胞壁表面的胞外多聚物有絮凝作用所致。可以將有絮凝作用的微生物經(jīng)擴(kuò)大培養(yǎng)而制成的微生物細(xì)胞制劑直接用作絮凝劑，或從具有絮凝作用的菌株提取其表面的有效絮凝成分做成制劑用作絮凝劑。1976年Nakamura等人從214株菌中篩選出19種具有絮凝作用的微生物，其中的醬油曲霉的A．J7002菌株生產(chǎn)的絮凝劑效果很好，1985年H．Takagi等人培養(yǎng)擬青霉屬，用乙醇沉淀和凝膠色譜法精制成PF101絮凝劑，它的相對(duì)分子質(zhì)量為3×105。其主要成分為半乳糖胺：PF101對(duì)枯草桿菌、大腸桿菌、啤酒酵母、活性污泥、纖維素粉、羧甲基纖維素、活性炭、硅藻土及氧化鋁均有良好的絮凝作用。2