固定化微生物技术在废水处理中的研究进展

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1、固定化微生物技术在废水处理中的研究进展祝丽思（内蒙古建筑职业技术学院市政工程系）摘　要　固定化微生物技术是一种有效的废水生物处理技术,与普通生物处理法相比有许多优点。本文对固定化微生物技术、微生物的固定化方法、固定化载体及固定化技术在废水处理中的应用及研究进展状况进行了综述,并对其以后的发展作了探讨。关键词　固定化微生物　废水处理0引言固定化细胞技术是用化学或物理的手段将游离细胞定位于限定的空间区域，并使其保持活性，反复利用的方法，是六十年代发展起来的新技术。生物固定化技术以其独特的优点应用于城市废水的处理，近年来一直是国内外学者研究的热点之一。同时也获得了令人鼓舞的研究

2、成果。研究和应用表明[1]，固定化微生物技术，具有微生物密度高、反应速度快、耐毒害能力强、微生物流失少、产物分离容易、处理设备小型化等优点。因此,该技术有着远大的应用潜力和发展前景。1固定化法国内外不同的研究工作者对固定化法采用不同的分类方法，目前较合理的固定法大致有吸附法、包埋法、共价结合法和交联法四大类，其中以包埋法最为常用[2]。1.1包埋法包埋法是用物理方法将微生物细胞包埋在凝胶的微小空格内或埋于半透膜聚合物的超滤膜内。根据载体材料和方法的不同，包埋法可分为凝胶包埋法和半透膜包埋法两种。凝胶包埋法是将细胞包埋在各种凝胶内部的微孔中而使细胞固定的方法；半透膜包埋法是

3、将细胞包埋在由各种高分子聚合物制成的小球内而使细胞固定的方法。目前工业应用中以凝胶包埋法固定细胞最为广泛。1.2吸附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，而使微生物细胞固定在载体表面和内部形成生物膜的方法，可分为物理吸附法和离子吸附法两种。从本质上来看，吸附固定法是微生物自我固定，它在废水生物处理中已广泛应用，如生物塔滤池、生物接触氧化法、厌氧滤器、厌氧流化床等生物膜，以及上流式污泥床内厌氧颗粒污泥，都是依靠微生物吸附于载体（填料）表面或自聚凝而成，尽管成膜过程或颗粒化过程的机理不甚清楚，但技术工艺已非常成熟[3]。1.3

4、共价结合法共价结合法是细胞表面上功能团（如α—，ε—氨基、α—，β—或γ—羧基或羟基咪唑基、酚基等）和固相支持物表面的反应基团之间形成化学共价键连接，从而成为固定化细胞。该法细胞与载体之间的连接键很牢固，使用过程中不会发生脱落，稳定性好，但反应条件激烈，操作复杂，控制条件苛刻。利用此法制备的固定化细胞，细胞大多死亡。有人用此法将卡尔酵母固定在已活化的多孔玻璃珠上[10]，虽然细胞已经死亡，但仍然保留生产尿酐酸的活性。1.4交联法交联法是利用双功能或多功能试剂，直接与细胞表面的反应基团（如氨基酸、羟基、硫基、咪唑基）发生反应，使其彼此交联形成网状结构的固定化细胞，其结合力是

5、共价键。常用的交联剂有戊二醛、甲苯二异氰酸酯等。该法反应条件激烈，对细胞活性影响大。千烟一郎曾用此法制得具有天门冬氨酸活力的固定化大肠杆菌细胞[11]。2固定化细胞的载体开发筛选理想的固定化细胞载体是固定化细胞技术能否投入实用的关键。适用于废水处理的理想固定化细胞载体应具备以下特点：①对微生物无毒性；②传质性能好；③性质稳定，不易被生物分解；④强度高、寿命长；⑤细胞的固定化操作容易；⑥水不溶性；⑦价格低廉等。研制开发具有这些特性的载体是固定化微生物研究中最为重要的课题之一。各种常用载体性能见表2.1：表2.1常用载体性能的比较载体琼脂海藻酸钙角叉莱胶聚丙烯酰胺PVA—硼酸

6、压缩强度（kg/cm2）0.50.80.81.42.75耐曝气强度差一般一般好好扩散系数（cm2/s）75685860/耐生物分解性差较差较差好好对生物毒性无无无较强一般固定的难易易易易难较易成本便宜较便宜贵贵便宜3固定化细胞在废水处理中的应用3.1在难降解有机污染物中的应用难降解有机物用在常规生物处理工艺时一般去除效率很低，这主要是因为分解和转化这些有机物的微生物的增殖速度极慢、世代时间很长，难以在常规生物处理装置内积累到足以使这些污染物产生明显降解的浓度。利用固定化微生物的特点，可选择性地筛选一些特殊优势菌种并加以固定化，增加其在生物处理装置内的生物浓度，以提高难降解

7、有机物的处理效率。Yang[4]用三乙酸纤维素脂与海藻酸钙的复合载体包埋混合好氧菌处理含酚废水，并与采用同样载体的表面吸附生物膜法进行了比较。当容积负荷小于9.0kgCOD/m3·d时，包埋法固定的微生物的酚去除率达90%以上，其中三乙酸纤维单载体从固定化操作容易来看出复合载体有利；与采用同样载体的表面吸附生物膜法比较，当负荷小于1.3kgCOD/m3·d时，两种方法处理效果相差不大，但负荷较高时，包理法固定化微生物比生物膜法处理效果好，显示出优势。3.2固定化细胞技术处理氨氮废水在硝化、反硝化研究方面，最早是Nilsson[