固定化细胞技术在废水处理中应用

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1、固定化细胞技术在废水处理中应用　　固定化细胞技术是指通过化学的或物理的手段，将游离细胞定位于限定的空间区域，使之成为不悬浮于水但仍保持生物活性，并反复利用的方法。该方法有利于提高生物反应器内微生物细胞的浓度和纯度，保持高效菌种，利于反应器的固液分离，也利于除氮和除去高浓度有机物或某些难降解物质。本文主要介绍近年来固定化细胞在废水处理中的应用研究现状和发展前景。　　固定化细胞的制备方式是多种多样的，大致可以分成如下三种方法。　　吸附法，又叫载体结合法，是依据带电的微生物细胞和载体之间的静电、表面张力和粘附力的作用，使微生物细胞固定在载体表面和内

2、部形成生物膜。吸附法可分为物理吸附法和离子吸附法两种。该法操作简单，固定化过程对细胞活性影响小。　　包埋法，是将微生物包埋在凝胶的微小格子或微胶囊等有限空间内，微生物被包裹在该空间内不能离开，而底物和产物能自由地进出这个空间，常用的有凝胶包埋法。纤维包埋法和微胶囊法。包埋法对细胞活性影响小，它是固定化细胞常用的方法。　　交联法，是通过利用含有两个或两个以上官能基团的试剂与微生物细胞表面的反应基团如梭基。氨基等发生反应，使细胞之间交联成网格结构，从而制成固定化网格，其结合力是共价键。该固定化方法微生物反应活性损失较大，且采用的交联剂大都比较昂贵

3、，因此应用受到一定的限制。　　固定化细胞技术所采用载体的物理化学性质直接影响所固定细胞的生物活性和体系传质性能。理想的载体材料应具有对微生物无毒性、传质性能好、性质稳定。寿命长、价格低廉等特性。它可分为有机高分子载体、无机载体和复合载体三大类。　　有机高分子载体又分为天然高分子凝胶载体和合成有机高分子凝胶载体。天然高分子凝胶一般对生物无毒，传质性能较好，但强度较低，在厌氧条件下易被生物分解。有机合成高分子凝胶载体一般强度较大，但传质性能较差，在进行细胞固定时对细胞活性有影响，易造成细胞失活。　　无机载体大多具有多孔结构，在与微生物接触时，利用

4、吸附作用和电荷效应，从而把微生物固定。它的操作方法是把载体放人含有一定微生物浓度的溶液中，固定一段时间即可。　　由有机载体和无机载体材料组成的复合载体材料，可以改进载体材料的性能。Lin等将粉末活性炭和Phanerochaetechrysosporium联合包埋固定，结果表明了复合固定化体系能更加有效地用于降解五氮酚，显示出复合载体材料的优越性。　　处理氨、氮废水　　微生物去除氨氮需经过好氧硝化、厌氧反硝化两个阶段。硝化菌、脱氮菌的增殖速度慢，要想提高去除率，必须要较长的停留时间和较高的细菌浓度，采用固定化细胞技术可做到这点。Nilsson用

5、海藻酸钙固定假单细胞反硝化菌Pseudomonasdenitrificans，采用填充床对含20mg／L.硝酸盐的地下水进行两个月的连续脱氮试验，脱氮效果良好，反硝化速度为66mg［N］／，容积负荷达到／。　　WijffelS采用角叉莱胶固定从土壤中分离出的反硝化菌，在容积为2L的外循环流化床中进行实验，停留时间为lh，进水NH3-N的浓度为8~16mol／m3，固定化细胞的填充率为％时，脱氮率可达90％以上；填充率为％时，脱氮率可达95％以上。中村裕纪用聚丙烯酸胺包埋法固定硝化菌和脱氮菌、采用好氧硝化与厌氧反硝化两段工艺进行合成废水的脱氮试

6、验，结果表明；与悬浮生物法相比，低温下硝化速度增大了6－7倍，约为／；脱氮速率提高了3倍，约为／；停留时间由原来的7h硝化4h十反硝化3U缩短为4h，即处理装置容积可减少约50％左右。周定等将脱氮细胞包埋于PVA中，结果表明：在低温、低pH值的条件下，固定化细胞能够保留比未包埋细胞更高的脱氮活性，减轻溶解氧对脱氮的抑制作用，脱氮微生物在固定化载体中可以增殖。　　从以上的研究看出，固定化细胞技术在处理氨氮废水中的主要优势在于可通过高浓度的固定细胞，提高硝化和反硝化速度，同时还可以使在反硝化过程低温时易失活的反硝化菌保持较高的活性。　　固定化活性

7、污泥除BOD物质　　对于固定化活性污泥的研究情况，角野报道说固定化细胞的污泥产率系数为／kg，与一般活性污泥法相比，泥量减少为1／4~l／5，但污泥产量随容积负荷的增加而增加。在综合考虑污泥的处置时，容积负荷不宜设计得过高，在不产生剩余污泥情况下运行时，容积负荷也可达～／，与一般延时曝气活性污泥法相比高2－3倍。桥本等用PVA一硼酸法包埋脑性污泥，对人工合成废水进行连续试验，在进水ρ为94~99mg／L、TOC负荷在～／时，出水TOC的质量浓度可降到5~7mg／L，去除率达93％，与活性污泥法相比，有机物负荷可提高2－6倍，同时总氮去除率也可

8、达30％~45％；用PVA一冷冻法包埋活性污泥时，在最高TOC负荷达／，处理效果良好。本田用各种载体包埋活性污泥，采用固定床和流化床处理人工合成葡萄糖废水，在固定床