生物絮凝剂的絮凝机理

三、生物絮凝剂的絮凝机理

生物絮凝剂的主要成分中含有亲水的活性基团，如氨基、羟基、羧基等，其絮凝机理与有机高分子絮凝剂相同。大分子要有线形结构，如果分子结构是交联的或支链结构，其絮凝效果就差。分子量对絮凝活性也有影响，一般来说，分子量越大，絮凝剂活性越高。生物材料的絮凝效果与其正的表面ζ电势有关，而表面ζ电势又与溶液环境有关，如pH值等。

生物絮凝剂是带有电荷的生物大分子，对其絮凝机理曾提出过多种学说，主要有荚膜学说、菌体外纤维素纤丝学说、电性中和学说、疏水学说和胞外聚合物架桥学说等。一般认为，生物高分子絮凝剂通过桥联作用和电中和作用使颗粒和细胞聚合。胞外聚合物架桥学说认为细菌体外的聚合物是絮凝产生的物质基础，这些物质与颗粒表面相互作用，从而导致絮凝的发生。具有絮凝功能的微生物表面主要有黏多糖、蛋白质、脂类、糖蛋白、纤维素、核酸以及离子化的葡聚糖和胞核酸等物质。当生物高分子絮凝剂从颗粒表面伸展到溶液的距离远远大于颗粒之间产生电荷排斥作用的距离时，则产生桥联作用。通过这种方式生物高分子聚合物吸附其他颗粒形成絮状体。这个机理可以解释不带电荷和带同种电荷的生物絮凝剂的絮凝作用。电性中和学说认为，当生物高分子絮凝剂所带电荷与颗粒带电性相异时则产生电中和作用。通过这种作用，颗粒因为吸附生物絮凝剂而使表面电荷密度降低，从而颗粒之间能够充分地相互靠拢使得吸引力成为主要作用力。

胶体颗粒表面电荷对絮凝有重要影响，相反电荷的聚合电解质能减少颗粒表面电荷密度，以至颗粒可以彼此充分紧密接近，使吸引力变得有效。Forster指出，当细胞外物质为酸性时，离子键结合是主要吸附形式;当胞外物质为中性时，氢键结合是主要方式。Tenny，Busch提出了胞外高分子聚合物“架桥”的絮凝模型。根据这种理论，高分子聚合物通过桥联作用使悬浮物絮凝时，可在絮凝剂分子和颗粒之间以离子键结合而促使絮凝发生。Lyons和Hough指出絮凝是由于细胞壁上的磷酸二酯的搭桥作用，而有人认为起这种搭桥作用的是羧基，并且絮凝效果和细胞表面上暴露的羧基的多少有直接的关系。用代号NTA-1-NTA-6的微生物絮凝剂处理染料废水时，发现Ca²⁺有促进絮凝物生成，加大沉降速度的协同作用。这可能是Ca²⁺的加入减少了大分子和悬浮颗粒的负电荷，增加了悬浮颗粒对大分子的吸附量，促进了“架桥”作用。

还有其他一些絮凝机理，如网捕作用、黏质说、酯合学说等，可解释部分絮凝现象。从微生物絮凝剂的多样性以及表现出的絮凝范围的广谱性可以断定，其絮凝机理肯定是多样的。为了更好地解释其机理，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对它们的影响作更深入的研究。