絮凝剂与凝聚剂在发酵工业中的应用

畜牧与饲料科学Animal Husbandry and Feed Science 2010，31（11-12）:50-51

絮凝剂与凝聚剂在发酵工业中的应用

左

勇，李

杨，鞠

帅，谢

自贡

晖

643000）

（四川理工学院生物工程学院，四川

摘要：分析了絮凝剂和凝聚剂在发酵液的预处理和发酵工业废水处理中的应用情况，探讨了絮凝剂和凝聚剂在发酵工业中的有效性、重要性以及应用前景。

关键词：絮凝剂；凝聚剂；发酵工业中图分类号：TU991.22

文献标识码：A

文章顺序编号：1672-5190（2010）11-0050-02

Application of Flocculant and Coagulant in Fermentation Industry

ZUO Yong, LI Yang, JU Shuai, XIE Hui

（College of Bioengineering, Sichuan University of Science and Engineering, Zigong 643000, China ）

Abstract ：The application of flocculant and coagulant in the pretreatment of fermentation broth and fermented industrial wastewater

treatment was introduced, and the efficiency, importance and potential prospect of flocculant and coagulant in fermentation were discussed.

Key words ：flocculant; coagulant; fermentation industry 目前，絮凝剂和凝聚剂被广泛地应用于发酵液的预处理以及发酵工业废水的处理中，其在煤厂煤泥水处理中也有应用。絮凝和凝聚在发酵液预处理中，常用于细小菌体或细胞（分泌胞外产物）、细胞的（分泌胞内产物）碎片以及蛋白质等胶体粒子的去除。其处理过程就是将一定的化学药剂预先投加到发酵液（或培养液）中，通过改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，达到破坏其稳定性，使它们聚集成可分离的絮凝体，再进行分离的目的［1］。高浓度发酵废水主要包括味精废水、酒精废水、淀粉废水、啤酒废水、芽菜发酵废水等，这类废水的COD 浓度高、组分复杂、处理难度较大，原因在于高离子交换尾液中含有以菌体蛋白为主的大量悬浮物和胶体物质。研究发现，可通过选用聚丙烯酸钠作絮凝剂、木质素作助凝剂，进行絮凝沉淀提取菌体蛋白。这样不仅降低了废水浓度，减小了处理成本和难度，而且还得到了宝贵的菌体饲用蛋白资源［2］。

1.2凝聚作用机理悬浮液中加入某些电解质，从而使悬

浮液失去稳定的现象叫凝聚［3］。溶液体系中粒子的分散与凝聚状态主要取决于粒子的表面电性。当体系中粒子的电性较大时，粒子之间的电斥力占主导地位，从而阻碍粒子相互靠近而呈现分散状态。当体系中粒子电性较小时，粒子之间的电斥力降低，从而有利于粒子相互靠近或形成絮团，这种体系的自身凝聚为后续处理创造了有利的条件。鉴于这种分散是粒子表面电荷引起的，所以当体系中加入某种电解质时，通过电解质在水中电离出的离子就能够中和粒子表面的电荷，压缩双电层，降低粒子表面的电动电位，减小斥力，从而使凝聚发生。加入体系中的电解质就被称为凝聚剂［1，3］。

1.3混凝混凝过程包括凝聚和絮凝机理的过程。首先向

溶液中加入电解质，使悬浮粒子间的双电层电位降低、脱稳，凝聚成微粒，然后再向溶液中加入絮凝剂絮凝成较大的颗粒。无机电解质的凝聚作用为高分子絮凝剂的架桥作用创造了良好的条件，从而大大提高了絮凝的效果［1］。混凝是一个复杂的化学和物理过程，其主要的作用机理有：电性中和、吸附、吸附架桥、卷扫絮凝作用等。混凝通过添加化学药剂改变悬浮物颗粒的表面特性或者溶液中的溶质、胶体，使分散的胶体颗粒聚集形成大颗粒物而沉淀（或上浮），从而便于后续水处理［7-8］。混凝剂有无机混凝剂、有机混凝剂、微生物混凝剂和复合混凝剂四大类［7］。

1絮凝与凝聚

凝聚和絮凝是两种方法，两个概念，其具体处理过程也

是有差别的。絮凝是在某些高分子絮凝剂的存在下，由于架桥作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。凝聚则是在电解质作用下，胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，从而导致胶体体系不稳定的现象［1］。

1.1絮凝作用机理在悬浮液中加入某些高分子化合物，

由于它的架桥作用，从而使悬浮液失去稳定的现象，叫絮凝［3］。在溶液体系中加入具有较长线性分子结构的高分子化合物，由于这些高分子化合物在水中溶解发生电离作用，并通过静电键合、氢键合、共价键合等作用与溶液体系中的粒子发生吸附作用。由于这些线性化合物分子结构通常很长，能在溶液中充分伸展，再加上链上有很多活性基团，因此通常可以同时粘合很多粒子，从而引起粒子的聚集，形成絮团。加入体系中的高分子化合物就称为絮凝剂［1，3-6］。

收稿日期：2010－11－17

基金项目：四川省科技计划项目资助（2010NZ0063）。

作者简介：左勇（1972—），男，副教授，主要研究方向为发酵工

程。

22.1

絮凝与凝聚在发酵液预处理方面的应用

絮凝与凝聚在螺旋霉素发酵液预处理中的应用

电解

质凝聚能力的大小可以用凝聚值来表示，凝聚值是指能使粒子发生凝聚作用的最小电解质浓度（mmol/L）［9］。根据

Schuze-Hardy 法则，反离子的价数越高，说明凝聚值就越

小，该电解质的凝聚能力越强。阳离子对带负电荷的溶液体系中粒子凝聚力的次序为：Al 3+＞Fe 3+＞H +＞Ca 2+＞Mg 2+＞K +＞Na +＞···Li +。常用的凝聚剂是Al 2（SO 4）318H 2O 、AlCl 36H 2O 、FeCl 3·6H 2O 、FeS 47H 2O 、石灰、ZnS 4、MgCO 3等

［1］

。一般螺旋霉素

（SPM ）发酵液预处理都用Al 2（SO 4）3·18H 2O 进行凝聚［10］。若采用阳离子型絮凝剂聚丙烯酰胺（PAM ）对螺旋霉素（SPM ）发酵液进行预处理时，调节螺旋霉素（SPM ）发酵液pH 值为

第11-12期左勇等：絮凝剂与凝聚剂在发酵工业中的应用51

5.5，可以看到PAM 在低浓度范围内能使滤液效价升高。而

在PAM 用量为0.02％时，滤液效价达最大值，比没有PAM 处理时效价提高10％。因为细菌和酵母细胞表面带有负电荷，在发酵液中加入适当的带正电荷高分子絮凝剂可以使菌丝体成絮状沉淀或絮凝，从而加快发酵液固液分离。但当

接排入河流，将会严重破坏水体生态环境。生物发酵制药产生的工业废水中有难降解的有机物、毒性化合物，处理时存在相当大的难度［20］。因此，常采用物理—化学法进行预处理。由于废水中SS 浓度较高，故在PW 膜法处理中，在其生化处理前加入了混凝沉淀处理。废水在进入沉淀池进行固液分离之前，废水首先要经过细格栅去除悬浮物后进入调节池均衡水质水量，然后用泵输入混凝反应池，再加入适量的PAC 、PAM 搅拌直到形成絮体为止［20］。然后再进行其他相应的处理。

PAM 浓度继续增大到一定浓度时滤液效价反而下降，其原

因可以认为是PAM 浓度的继续增加造成了其自身的絮凝，由于絮凝物质的包敷或吸附作用，造成了溶液中SPM 浓度的降低［10-11］。

2.2絮凝与凝聚在1，3-丙二醇发酵液预处理中的应用3.2絮凝与凝聚在谷氨酸发酵废水处理中的应用目前，

1，3-丙二醇发酵液中的细胞菌体或蛋白质等胶体粒子的表

面，一般都有负电荷，其带电原因很多，主要是吸附溶液中的离子或自身基团的电离。阳离子型絮凝剂聚丙烯酰胺是一种环境友好型、绿色、高效的产品［12］，具有吸附架桥作用和电中和作用［13］，从而可对发酵液中的菌体和蛋白质达到良好的絮凝效果。1，3-丙二醇发酵结束后，发酵液的pH 值为7.0，发酵液不用调节pH 值就可直接进行絮凝处理，从而避免了杂质离子的引入。常温下，pH 值为7.0的发酵液中加入浓度为0.2g/L的阳离子型聚丙烯酰胺F04800SH 絮凝剂，搅拌速度200r/min，在该条件下絮凝率达到95％以上。此外，絮凝预处理不会造成1，3-丙二醇的损失且能加快过滤速度，因而是一种有效的1，3-丙二醇发酵液预处理方法［14］。

用于味精废水处理的物理—化学法主要是：絮凝沉淀或气浮、离心分离、蒸发浓缩、超滤和吸附。在絮凝沉淀法中，常采用铝、铁系无机混凝剂。由于在酸性较高的味精废水处理中效果不佳，并具有一定的毒性，且易造成处理后出水带有颜色，而很少被采用［21］。高分子絮凝剂，如聚丙烯酰胺等，由于价格较高、使用繁琐而且其单体毒性已越来越受到人们关注。采用WP-3混凝剂进行处理即可除去废水中67.8％的COD 、44.8％的SS 、28％的NH 3-N ，又可以符合国家有关的行业标准［22］。也可以采用普鲁兰混凝剂进行处理，该混凝剂具有安全无毒、沉降速度快、混凝效果好、排泥耗水率低等特点；对废水具有较好的浊度、SS 和COD 去除率，适用的

pH 值范围宽，最佳pH 值范围为2～4，处理稀释后的废水不

需调节pH 值［20］。

2.3絮凝与凝聚在鸟苷发酵液预处理中的应用张志宏4总结与展望

由于凝聚与絮凝的处理效果好、价格低、操作管理简

等［15］在鸟苷发酵液预处理工艺的研究中采用ZnSO 4、聚合铝、聚合铝铁3种物质作为凝聚剂和PAM （聚丙烯酰胺）含量1.7％作为絮凝剂。在双因素试验中得出，在pH 值为

便、可以连续或间歇操作，并且可降低生物处理设备的负荷、可回收利用有用副产品以及稳定生物处理工艺的处理效果。因此，凝聚与絮凝常被应用于生物发酵液预处理工艺和生物发酵工业废水处理工艺中。随着生物制药技术的发展，越来越多的药物将采用发酵的方法生产，但发酵后将产生大量的工业废水，因此，絮凝剂与凝聚剂将被更广泛地应用于工业生产。在煤泥水处理无机凝聚剂PAC 与有机药剂

8.0，9.0，10.0三个梯度下，添加不同量的凝聚剂对鸟苷含量

变化影响较小，在pH 值为10.0时，添加不同凝聚剂均显著提高滤速，而且聚合铝铁对滤速提高优于其他两种，并得出

pH 值为10.0时添加1.5％聚合铝铁组合滤速最大，滤液中

鸟苷含量较高。在三因素试验中得出，三因素试验结果较双因素试验结果都好，当pH 值为10.0时加入1％聚合铝铁和

NPAM-7080配合使用时处理效果很好。另外，在使用凝聚

与絮凝的工程中，投剂顺序将影响其效果，先投加无机药剂再投加有机药剂的处理效果优于先投加有机药剂再投加无机药剂［3］，并且复合用药量比单独用药量要少，而且效果更好［23］。因此，在开发一些性能良好的絮凝剂和凝聚剂的同时，也需要进一步研究凝聚剂与絮凝剂混合使用的机理，并对其工艺做出具体研究。混凝剂具有：不需加其他助剂、絮凝体形成快而粗大、活性高、沉性高、沉淀快，适应pH 值范围宽、降低原水中pH 值程度小且对管道设备无腐蚀作用，脱色、去污力强等很多优点。同时混凝剂品种繁多，从低分子到高分子，从单一到复合，总的趋势将集中在降低成本、提高絮凝效率及在该基础上改进废水处理和发酵液预处理的生产工艺，形成低耗、高效的工艺及生产流程。混凝剂的使用将大大提高发酵液及发酵工业废水的处理效率，将为工业生产和废水处理带来可观的经济效益。

参考文献：［1］

毛忠贵. 生物工业下游技术［M ］. 北京：中国轻工业出版社，

2.0mL PAM 组合滤速最高。最后通过正交试验并结合生产

情况得出最佳的混凝条件为pH 值9.0、2％聚合铝铁、絮凝剂添加量34mg/L，菌体的去除率达到98％。

2.4絮凝与凝聚在西梭霉素发酵液预处理中的应用叶

长桑等［16］在西梭霉素发酵液预处理工艺特性研究中使用阴离子型聚丙烯酰胺A8025体现了良好的絮凝效果，并得出在pH 值为9～10，质量浓度为0.14L 左右时，过滤常数是没有经过絮凝处理的发酵液过滤常数的27.8倍。

3絮凝与凝聚在发酵工业废水处理中的应用

在发酵工业废水处理中常采用物理—化学法处理废

水，一般有絮凝沉降法、电化学法、反渗透等［17-19］。早在1948年，Rudolfs 等就报道过絮凝沉降法处理发酵工业废水的效果不佳。此后，不断有人做这方面的工作，但直到1985年也没有取得太大的进展。但由于物理—化学法处理发酵工业废水的成本低，并能降低其他处理工艺的处理负荷，因而常用作其他处理方法的预处理步骤［17］。

3.1絮凝与凝聚在制药发酵废水处理中的应用生物发

［2］

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酵制药产生的工业废水不能直接排入江河。若不经处理直

畜牧与饲料科学Animal Husbandry and Feed Science 2010，31（11-12）:52-53

壳聚糖的应用

梁菲菲

（衡水学院生命科学系，河北

衡水

053000）

摘要：壳聚糖属于自然界中丰富的多糖类，也是迄今为止惟一被大量利用的多糖类。它主要来源于甲壳动物的外骨骼、菌类和昆虫的细胞壁。根据壳聚糖具有良好的抗菌活性、成膜性等性质，它可作为食品中较好的抗菌剂、果蔬保鲜剂、食品添加剂和澄清剂等；根据壳聚糖及其衍生物的螯合性质，它能解决工业污水处理中金属离子严重破坏生态平衡的问题；根据壳聚糖的生物相容性和可降解性，它还能在医学上作为外科手术缝合线使用。介绍了壳聚糖在食品领域、印染废水处理及在医药领域的应用。

关键词：壳聚糖；废水处理；食品领域；医药领域中图分类号：O636.1文献标识码：A

文章顺序编号：1672-5190（2010）11-0052-02

Application of Chitosan

LIANG Fei-fei

（Department of Life Science, Hengshui University, Hengshui 053000, China ）

Abstract ：Chitosan which belongs to polysaccharides is abundant in nature, and it is the only polysaccharide which has been used much until now. It is mainly derived from crustacean exoskeleton as well as cell walls of fungi and insects. Due to its strong antibacterial activity, film-forming ability and other properties, it can be used as a good antimicrobial agent in food, fruit and vegetable preservative, food additive and clarifying agent. Because of the chelating properties of chitosan and its derivatives, it can be used to avoid serious damage to ecological balance caused by metal ions in industrial wastewater treatment. Due to the biocompatibility and degradability of chitosan, it can also be used as surgical suture in medicine. The application of chitosan in the food area, printing and dyeing wastewater treatment and medicine area was also introduced.

Key words ：chitosan; wastewater treatment; food area; medicine area

1壳聚糖在食品领域的应用

目前，我国果汁澄清多是用酶法或过滤法，这些方法成

本高、周期长。若改用壳聚糖处理就能克服上述缺点。研究表明，在猕猴桃果汁中，pH=3.1、T=50℃时加入剂量为0.4g/L的壳聚糖，可使果汁的澄清度良好，营养成分也损失较少，这是由于壳聚糖带正电荷，可以对果汁中胶态颗粒进行絮凝沉淀的缘故；Horst 等对壳聚糖在苹果汁中的澄清作用做

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收稿日期：2010－12－07

作者简介：梁菲菲（1982—），女，助教，硕士，主要研究方向为畜

牧与遗传学。

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