固定化细胞技术应用于废水处理的研究进展（董洁 王增长 乔建强）

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1、固定化细胞技术应用于废水处理的研究进展（董洁王增长乔建强）　　摘要：详细介绍了固定化细胞的制备方法、栽体特性、反应特性，探讨了固定化技术在废水处理中的应用现状，并指出了固定化细胞技术的发展方向。关键词：固定化细胞；废水处理；栽体 　　固定化生物技术是从2O世纪60年代开始迅速发展的一项新技术。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，并能反复利用的方法。细胞被固定化后具有密度高、反应速度快、耐毒害能力强、产物分离容易、能实现连续操作、可以大大提高生产能力等优势，因此在近几十年来固定化细胞技术得到了迅

2、速发展和广泛应用。 1固定化细胞的制备方式 　　固定化细胞的制备方式是多种多样的，大致可以分成以下4种方法。 　　(1)吸附法。又叫载体结合法。它是依据带电的微生物细胞和载体之间的静电、表面张力和黏附力的作用，使微生物细胞固定在载体表面和内部形成生物膜。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，但细胞与载体作用力小，易脱落。 　　(2)包埋法。它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。按方法的不同，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

3、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。包埋法具有简单、条件温和、稳定性好、包埋细胞容量高、对细胞活性影响小的特点。它是固定化细胞常用的方法。 　　(3)共价结合法。它是细胞表面上功能团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。此法的优点是细胞与载体结合紧密、不易脱落，但制备较难，且活力损失较大。 　　(4)交联法。它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

4、网格，其结合力是共价键。该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，因此其应用受到一定的限制。 2固定化细胞的载体 　　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—般强度较大，但传质性能较差，在进行细胞固定时对细

5、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，利用吸附作用和电荷效应来固定微生物。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(24h左右)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。 3固定化细胞技术在废水处理中的应用 3.1处理氨氮废水 　　微生物去除氨氮需经过好氧硝化、厌氧(缺氧)反硝化两个阶段。硝化菌、脱氮菌的增

6、殖速度慢，要想提高去除率，必须有较长的停留时间和较高的细菌浓度。而采用固定化细胞技术就可解决这个问题。Nilsson用海藻酸钙固定假单细胞反硝化菌Pseudomonasdenitrificans，采用填充床对含20ms/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]/(h·kg[凝胶])，容积负荷(以N计)达到3．6ks/(m3·d)。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验，其结果表明：与悬浮生物法相比，低温下硝化速度(以N计)加快了6~7倍，约为O．5ks/(m3．d

7、)；脱氮速率提高了3倍，约为1．5ks/(m3·d)；停留时间由原来的7h(硝化4h，反硝化3h)缩短为4h(硝化2h，反硝化2h)，即处理装置容积可减少约50%右。周定等将脱氮细胞包埋于PVA(聚乙烯醇)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。 3．2处理难降解有机废水 　　含酚废水的