微生物固定化技術(shù)處理廢水

在當今環(huán)境問(wèn)題中，水污染已成為威脅人類(lèi)生存健康的重要問(wèn)題之一。微生物污水處理技術(shù)具有成本低、出水水質(zhì)較好、且污泥肥分高等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應用于廢水治理中。但傳統的生物技術(shù)存在耐毒性小、易流失等缺陷，而固定化微生物技術(shù)因其具有微生物密度高、反應速度快、耐毒害能力強、微生物流失少、產(chǎn)物分離容易等優(yōu)點(diǎn)在環(huán)境污染治理方面尤其在難處理的有機廢水及重金屬污染的廢水治理中得到了迅速發(fā)展和廣泛應用[1-2]。

1 固定化微生物技術(shù)方法

固定化微生物技術(shù)是用化學(xué)或物理手段將游離微生物定位于限定的空間區域，以提高微生物細胞的濃度，使其保持較高的生物活性并反復利用的方法[3]。目前微生物的固定方法有很多種，國內外尚無(wú)統一分類(lèi)標準，但主要有包埋法、交聯(lián)法、吸附法和共價(jià)化合法。

1.1 包埋法

包埋法是最常用的微生物固定方法，該方法是將微生物細胞截流在水不溶性的凝膠聚合物孔隙的網(wǎng)絡(luò )空間中，阻止細胞的泄漏，同時(shí)能讓基質(zhì)滲入和產(chǎn)物擴散出來(lái)。常用的包埋劑有瓊脂、海藻酸鈉、卡拉膠、明膠、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等[4]。秦統福[5]等選取聚乙烯醇作為凝膠劑，海藻酸鈉和活性炭作為助凝劑，采用凝膠包埋法固定化UBD菌用于煉油污水的處理。研究結果表明菌種固定化后明顯改善了煉油污水的處理效果，COD和石油類(lèi)物質(zhì)的去除率均高于游離菌和無(wú)菌小球。

包埋法操作簡(jiǎn)單、能保持多酶系統、對微生物活性影響��；但傳質(zhì)阻力較大，對大分子和難溶解底物不適用[6]。

1.2 交聯(lián)法

交聯(lián)法是一種不用載體的工藝，通過(guò)物理或化學(xué)手段，利用微生物中酶分子的氨基和羥基與交聯(lián)劑的官能基團反應，使酶或微生物細胞之間彼此附著(zhù)相連形成網(wǎng)狀結構，實(shí)現微生物固定化目的[7]�？煞譃榛瘜W(xué)交聯(lián)法和物理交聯(lián)法。交聯(lián)劑有很多，主要有戊二醛、聚乙烯亞胺等。

1.3 吸附法

吸附法是利用微生物所具有的靜電、表面張力或其它細胞表面的能力，將微生物固定在載體表面的方法。該方法操作簡(jiǎn)單、廉價(jià)、有效，但穩定性和重復性較低，可分為物理吸附和離子吸附。常見(jiàn)的吸附劑有硅膠、活性炭、多孔玻璃、碎石及DEAE-纖維素、CM-纖維素等[8]。

1.4 共價(jià)化合法

共價(jià)化合法是利用載體與微生物之間的化學(xué)共價(jià)鍵將微生物吸附在載體表面的方法。該方法結合力強、穩定性高，但反應條件激烈、制備困難、難控制、活性回收較低，故應用較少。

2 固定化微生物技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

與傳統懸浮生物處理法相比，固定化為生物技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：載體對細胞起一定保護作用，使固定化細胞對有毒底物的耐受性增強；微生物被載體固定后，單位體積內能維持高濃度的生物量，提高了降解率，減少了生物處理裝置容積；且固定化后的成品再生性能好，可反復使用。以上優(yōu)點(diǎn)決定了微生物固定化具有一定的技術(shù)優(yōu)勢[9-10]。

3 固定化微生物技術(shù)處理廢水的研究進(jìn)展

3.1 難降解有機廢水的處理

有機廢水成分復雜、有毒有害物質(zhì)多，使用常規的物化方法處理成本高，利用微生物降解處理有機廢水被公認為是行之有效的方法。固定化微生物可提供較高的局部微生物濃度，有利于處理高濃度難降解的有機廢水，處理效果好于浮游微生物。張波、陳金龍等采用大孔吸附樹(shù)脂固定化微生物強化SBR 處理對甲苯胺模擬廢水，結果表明，與游離菌相比，固定化微生物降解對甲苯胺的速率較大，可將進(jìn)水TOC 濃度為434.8 mg/L，對甲苯胺濃度為326.9 mg/L 的對甲苯胺模擬廢水在100 min 左右將TOC 和對甲苯胺基本去除完全，去除率在99 %以上[11]。而游離菌則需300min 才能達到相近的去除效果。同樣王琳、羅啟芳[12]研究以硅藻土為載體的播種式固定化微生物對鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)的生物降解特性，結果表明在DBP 初始濃度為100~500 mg/L 范圍內、pH 為6~9 范圍內、在20~40 ℃的溫度范圍內，吸附固定化微生物的活性均高于游離微生物，對DBP 的降解24 h 分別可達80 %以上、82 %以上及84.5 %。

3.2 含氮廢水的處理

傳統的污水脫氮系統硝化菌的世代時(shí)間較長(cháng)，在BOD 濃度較高時(shí)硝化反應會(huì )處于劣勢，故增大硝化菌濃度是提高硝化反應的有效方法。利用載體固定化硝化菌是提高硝化菌濃度的一個(gè)有效方法，因此許多學(xué)者對固定化為生物技術(shù)在含氮廢水的處理中進(jìn)行了大量的研究。蔡昌鳳、孫菲利用添加麥秸、稻草粉末、顆�；钚蕴�(GAC)、粉末活性炭(PAC)的新型PVA 固定化球對焦化廢水進(jìn)行脫氮研究，結果表明固定化球具有較高的傳質(zhì)性和通透性，對焦化肥水中氨氮的降解率48 h 達到92.42 %，而硝酸鹽氮的降解率僅12 h 即達到73．77 %[13]。李輝華、朱學(xué)寶[14]等采用聚乙烯醇(PVA)—硼酸包埋固定化法，包埋固定馴化過(guò)的活性污泥，制成固定化活性污泥顆粒；以流化床作為生物反應器，對人工配制的含氮廢水進(jìn)行處理實(shí)驗。結果表明，固定化活性污泥對氨氮的降解速率達32.5 mg/g(MLSS)·d，而懸浮活性污泥對氨氮的降解速率為18.3 mg/g(MLSS)·d。

3.3 含重金屬廢水的處理

微生物吸附法處理含重金屬廢水具有投資少、吸附率高等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們重視。但傳統微生物處理方法具有機械強度差、不易于液體分離等缺點(diǎn)，因此采用固定化微生物保護細胞并增加耐毒性。徐雪芹、李小明等[15]采用新型固定載體絲瓜瓤固定簡(jiǎn)青霉(Penicillium simplicissimum)，制成吸附劑吸附溶液中的Pb2+和Cu2+，并分析了吸附機理和動(dòng)力學(xué)特性。結果表明，用絲瓜瓤固定簡(jiǎn)青霉能高效去除廢水中Pb2+和Cu2+，溶液pH 對吸附過(guò)程有較大影響，最佳吸附pH 在5.5 附近，最佳吸附溫度為25~35 ℃；溶液濃度在10~500 mg/L 范圍內，固定化簡(jiǎn)青霉菌對重金屬的吸附隨金屬離子濃度的增加而增加；吸附過(guò)程符合 Langmuir 等溫吸附模型；生物吸附平衡時(shí)間約為60 min，用0.1 mol/L HCl 解吸，循環(huán)吸附—解吸5 次后，固定化簡(jiǎn)青霉吸附重金屬的能力幾乎不受影響。

4 結語(yǔ)

綜上所述，雖然微生物固定化技術(shù)因其獨特的特點(diǎn)在污水處理的研究上取得了多方面的成效，但距離實(shí)際工程的應用還有一定的距離、還要有許多問(wèn)題進(jìn)一步解決，為此需要加強如下研究：(1)新型廉價(jià)載體的開(kāi)發(fā)與選擇；(2)高效工程菌的構建；(3)混合固定化技術(shù)的進(jìn)一步研究和發(fā)展；(4)開(kāi)發(fā)成型的固定化微生物傳感器；(5)基因工程技術(shù)與固定化技術(shù)更好地結合；(6)運用分子生物學(xué)檢測評價(jià)固定化微生物處理廢水的效果等。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

隨著(zhù)研究方法的不斷發(fā)展及新穎實(shí)用的固定化技術(shù)的不斷出現，微生物固定化技術(shù)應用于廢水治理將具有廣闊的發(fā)展前景和實(shí)用價(jià)值。

參考文獻

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(本文文獻格式：賈彩云，甄海欣．微生物固定化技術(shù)處理廢水的應用研究進(jìn)展[J]．廣東化工，2011，38(9)：253)[作者簡(jiǎn)介] 賈彩云(1981-)，女，河南平頂山人，碩士，主要研究方向為環(huán)境生物技術(shù)。