固定化细胞技术在废水处理中的应用

1、固定化细胞技术在废水处理中的应用收稿日期:2010202201作者简介:杜伟(19832,男,助理工程师,交通部天津水运工程科学研究院水路交通环境保护技术实验室,天津300456李国一(19642,女,教授级高级工程师,交通部天津水运工程科学研究院水路交通环境保护技术实验室,天津300456杜伟李国一摘要:介绍了固定化细胞技术,综述了近年来固定化细胞的制备方法、固定化细胞的反应特性,对采用细胞固定化技术处理各种废水的一些实验模拟进行了简要的论述,并指出了今后的研究方向。关键词:固定化细胞,废水处理,生物处理中图分类号:X703文献标识码:A固定化生物技术是从20世纪60年代开始迅速发展的一项新

2、技术,它是利用化学的或物理的手段将游离细胞或酶定位于限定的空间区域以提高微生物的浓度,并使之不悬浮于水仍保持生物活性,并可反复利用1。与传统的悬浮生物处理法相比,它具有处理效率高、稳定性强、反应易于控制、菌种高纯高效、生物浓度高、污泥量少、固液分离效果好、丧失活性可恢复等优点2。1细胞固定化技术1.1固定化细胞的制备方法固定化细胞的制备方法很多,理想的制备方法应具有的特点3:1能够控制固定化细胞颗粒的大小和孔隙度,固定化方法简便易行;2固定化所使用的材料价廉易得,成本尽量低;3固定化系统具有稳定的网状结构、良好的机械稳定性和化学稳定性;4固定化系统能使底物、产物和其他代谢产物自由扩散;5单位体

3、积的固定化系统拥有尽可能多的细胞,以更好地起到生物催化作用。处理废水的固定化细胞的制备方式同样是多种多样的,大致可以分成共价结合法、交联法、吸附法和包埋法四大类4。几种固定化细胞的制备方法的优缺点比较见表1。1.2固定化细胞载体从制备方法可以知道,固定化细胞技术的关键在于所采用的固定化载体材料的性能。适用于废水处理的理想固定化细胞载污水有着夏冷冬热的特点,利用好污水源热泵就可实现冬季供暖(或制热水,夏季制冷的功能。使用污水源热泵一个重要的问题就是系统的过滤除污,这点解决不好的话将严重影响系统的寿命和效果。北京的奥运项目和一些住宅项目在污水源热泵使用方面已经取得了很大成功。3水景冷却塔所谓“水景

4、冷却塔”其实是作者本人提出的一个概念性东西。在很多工程中,考虑到冷却塔的噪声、空间以及美观要求,冷却塔的安装位置一般比较难解决。基于上述情况,我们可以假想一个系统。一般星级酒店内都有喷泉、水幕墙等人工水景,如果能将水景的水用作冷水机组冷却水,冷却水泵兼作水景水泵,通过水景水在室外的流动自然冷却,这样既节省了冷却塔,又可以省去一套水泵,在初投资、运行费用上都可以大大降低,真是一举多得。当然这个方案只是停留在概念上,由于这个冷却过程是个自然冷却的过程,冷却效果受天气影响很大,如何保证稳定的冷却效果是需要重点解决的问题。4热回收新风机组对于夏季室外温度较高的城市,空调系统的新风负荷非常大,所以使用带

5、热回收功能的新风机组和组合式空调机组就非常有必要。使用了热回收机组后,不但新风冷负荷大大降低,并且由于有了热回收排风系统,加大了空气流动,增强了空气品质。该设备比普通的新风机组体积要大,并且为双风机,应该多注意安装空间和配电控制问题。5自然通风毫无疑问自然通风是最健康的通风方式。在海南三亚某酒店,大堂区为高大空间,并朝向大海,该酒店一年四季都利用海风对大堂自然通风,大堂区没有安装中央空调,只是在大堂顶上安装了多组无动力吊扇,在海风的驱动下,吊扇不断转动,增强了大堂区的空气流动,同时也起到了大堂装饰效果,降温通风效果和装饰效果都非常好。这种利用海风的通风方式,既健康环保,又节省运行费用,可以大力

6、推广。6结语虽然在现阶段,新能源还不能完全代替常规能源,一些新技术也只是对传统技术的重要补充,但随着新能源、暖通新技术的不断开发利用,暖通行业对节能减排工作的贡献也会越来越大。参考文献:1方建生.关于暖通空调设计中几个问题的分析J .山西建筑,2009,35(2:1902191.N e w HVAC technology and energy conservation and emission reductionWEI FengAbstract :Through introducing the effective applications of the new HVAC and new ene

7、rgies in present hotel professions ,the thesis indicates the HVAC industry has showed its importance in the work of energy conservation and emission reduction ,and points out the HVAC industry will have a larger contribution to the work of energy conservation and emission reduction ,with the develop

8、ment and application of new energy and technologies.K ey w ords :condensation heat recovery ,water source heat pump ,water scene cooling tower ,heat recovery fresh air unit ,natural ventilation271第36卷第16期2010年6月山西建筑SHANXI ARCHITECTURE体应具备以下特点6:1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

9、;7价格低廉等。表1各种固定化方法的比较5性能包埋法吸附法共价结合法交联法制备的难易适中易难适中结合力适中弱强强活性保留适中高低低固定化成本低低高适中存活力有有无无适用性大适中小小稳定性高低高高载体的再生不能能不能不能空间位阻大小较大较大就目前在固定化细胞技术中所使用的载体材料而言,主要分为三大类:有机高分子载体、无机载体和复合载体6。无机载体(如陶珠、活性炭、砂粒等大多具有多孔结构,与微生物接触时利用吸附和电荷效应把微生物固定,具有机械强度大、对微生物无毒性、不易被微生物分解、耐酸碱、成本低、寿命长等特性,且制作简单易行,只需把载体放入含有微生物一定浓度的溶液中浸泡一段时间即可,因而是一类重

10、要的载体材料6。复合载体是由有机载体材料和无机载体材料结合而成,使两类材料在许多性能上互补。Lin 等利用海藻酸钙联合包埋固定可以分解五氯酚(PCP 中间产物的真菌细胞和粉末活性炭用于降解PCP ,结果表明:复合固定化体系能更加有效地降解PCP ,显示出复合载体材料的优越性7。几种固定化细胞有机载体材料的性能比较见表2。表2几种固定化细胞有机载体材料的性能比较6载体材料3.42有效系数75685860耐生物分解性差一般一般好好对生物毒性无无无较强一般固定化难易易易易难较易成本便宜较便宜贵贵便宜2固定化细胞技术在废水处理中的应用2.1用于处理印染废水的研究固定化细胞在印染废水的脱色处理方面也有广

11、泛的研究,如刘志培等8利用聚乙烯醇固定化混合细菌细胞,进行了印染废水的脱色研究。结果表明:固定化细胞对印染废水的脱色活性与其自然细胞相似,但固定化细胞的热稳定性增加。在连续一个月的试验中,水力停留时间少于3.0h ,脱色率均可维持在70%80%,达到了处理要求。王孔星等9选用多孔性硅酸盐材料做无机载体,吸附固定化脱色菌。试验结果表明,固定化细胞反应塔脱色处理80min ,色度去除率平均达85.15%,出水色度在100以下,符合排放标准。采用固定吸附脱色菌处理印染废水可以获得很好的处理效果,与其他方法相比,有投资小,处理费用不高等优点。2.2用于处理含酚废水的研究含酚废水的处理普遍采用活性污泥法

12、,但存在污泥产率较高,易产生污泥流失,处理效率低等缺点。固定化细胞对废水中酚类等有毒物质的降解能力远大于游离态细胞。Y ang 10用三乙酸纤维素脂单载体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比较,当容积负荷(以COD 计小于90kg/(m 3d 时,包埋法固定化细胞的酚去除率达90%以上。周定等11使用从活性污泥中分解出来的降解酚活性高的热带假丝酵母菌,用海藻酸钙作为包埋细胞的载体,在三相流化床反应器中连续处理含酚废水,进水酚的质量浓度为300mg/L ,出水酚质量浓度小于0.5mg/L ,污泥发生量仅为活性污泥法的1/10。以上研究表明,有选择性

13、地固定优势菌种能大大提高降解酚的速率,同时,固定化细胞技术具有很强的耐毒抗毒能力。2.3用于废水的生物脱氮的研究废水生物脱氮目前较为普遍采用的是活性污泥法,但固定化微生物技术因其具有细胞浓度高、反应速度快、便于连续化和自动化控制、易于管理等突出优点,在废水的生物脱氮处理中有巨大的应用前景。日本的中村裕记采用聚丙烯酰胺包埋固定硝化菌和脱氮菌,采用好氧硝化和厌氧反硝化两段工艺进行合成废水的脱氮试验12。与悬浮生物法比较,低温下硝化速度增大了6倍7倍,脱氮速度提高了3倍。50d 的连续处理试验表明,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 ,设备容积将缩小

14、50%。周定等13用聚乙烯醇包埋脱氮微生物,试验结果表明,固定化微生物可以在较低p H 、较低温度的条件下获得较好的处理效果,增加了脱氮过程对寒冷气候,入水条件的适应性。2.4用于处理农药及制药工业废水的研究制药工业废水属于较难处理的高浓度有机污水之一,目前国内外处理制药废水大量使用的仍是活性污泥法。20世纪90年代以来应用微生物固定化技术处理制药废水已越来越成为研究的重要内容。与活性污泥法相比,固定化细胞技术具有很强的耐毒抗毒能力,处理稳定效果好,污泥量少。陈敏等15利用聚乙烯醇包埋活性炭和微生物的固定化技术对有机磷农药水胺硫磷的降解进行了研究,结果表明,经固定化的微生物对温度,p H 值和

15、水样水胺硫磷浓度的适应范围扩大。在3个月的连续试验中,若水样初始COD Cr 浓度为1300mg/L 2500mg/L ,停留时间24h ,在恒温摇床(30,150r/min 内降解,其去除率为55%70%。3细胞固定化技术应用的展望综上所述,固定化细胞技术用于废水处理具有传统活性污泥法不可比拟的优势,但是,该技术在应用于实践方面还有许多有待解决的问题:1固定化细胞技术所采用的载体和固定技术需要进一步改进,力求降低载体对生物活性和传质的不利作用6;2进一步探索固定化细胞在各个系统中的传递和反应特性,针对不同的处理体系,优化操作条件1;3目前固定化技术所用细菌多为自然驯化菌种,随着生物工程技术的

16、发展,应充分利用其研究成果,培养高效菌种。参考文献:1冯玉杰.现代生物技术在环境工程中的应用M.北京:化学工业出版社,2004.2陈铭,周晓云.固定化细胞技术在有机废水中的应用与前景J .水处理技术,1997,23(2:982100.3雷乐成.水处理高级氧化技术M .北京:化学工业出版社,2001.4王家玲.环境微生物学M .北京:高等教育出版社,1998.5王建龙.生物固定化技术与水污染控制M .北京:科学出版社,2002:7.6朱柱.固定化细胞技术中的载体材料及其在环境治理中的应用J .重庆建筑大学学报,2000,22(5:20222.371第36卷第16期2010年6月杜伟等:固定化细胞

17、技术在废水处理中的应用试论人工湿地在校园污水资源化中的作用收稿日期:2010202207作者简介:杨涛(19792,男,助教,陕西理工学院土建系建筑学教研室,陕西汉中723001杨涛摘要:从建立校园循环用水的角度出发论述了校园污水资源化的必要性,进而结合校园污水处理的实际,提出应将人工湿地作为校园污水处理的重要手段,并分析了其可行性和优势,以期有效利用校园污水资源。关键词:人工湿地,污水资源化,可行性,优势中图分类号:TU991.11文献标识码:A近年来随着高校扩招,办学规模的发展和改善,高校用水逐年增加,已成为城市公共用水大户之一。但同时高校对水资源的有效利用却不平衡,因此如何充分利用水资源

18、,达到绿色、可持续的标准,这既是高校自身发展的需要,也是高校必须承担的社会责任。本文就是基于此角度,探讨如何利用校园湿地提高校园水资源的有效利用。1污水资源化的必要性1建立校园的循环用水模式。绿色用水就意味着水资源的合理、高效地使用。目前,我国校园水系统从物质流动和表现形态的角度看,是一种大量取水、大量用水、大量排放废水的单向流动的线性模式。这种模式由于是一些相互不发生关系的线性所叠加,出入系统的物质流远远大于内部相互交流的物质流。即作为一个系统其水资源供给量和消耗量大于水系统中各组成部分相互交换的水量,因此该水系统表现出“高开采、低利用、高排放”的特征,从而必然造成投入高、消耗大、低效能的用

19、水特点。表1传统用水模式和循环用水模式的比较用水模式传统用水模式循环用水模式取水取水量大,无针对性针对不同用水需求,最优取水使用使用率低使用率高,多次使用内部交换很少,基本没有 有着相互的水资源交换排放一次性排放量大排放量少循环的水资源使用模式因为加强了水系统内部的互联的方式从而可以在系统内部进行水资源的交换,以达到最大限度利用进入该系统的水资源,从而能够形成“低开采、高利用、低排放”的结果。两种不同的用水模式的比较见表1。鉴于建立校园用水的循环用水模式,一方面可以减少校园水资源浪费,提高其利用率,同时对降低办学成本有着重要的经济意义;另一方面学校用水和排污在城市水系统中日益占有重要比重的情况

20、下,建立校园循环水系统还可以减少污水排放对城市污水处理的压力,具有一定社会意义。2污水资源化是建立循环用水模式的重要环节。不同的用水设备和项目对水质有不同的要求,如图1所示。对于甲用水项目而言,乙项目使用过后不能满足自身水质要求的废水仍能满足甲项目用水水质的要求。这样如果将乙项目使用过的废水引到甲项目进行使用,使得同一水资源被连续使用两次,就极大地提高水的使用效率。7胡庆昊.固定化细胞技术应用于废水处理的研究进展J .环境污染与防治,2003(2:35238.8刘志培,杨惠芳,贾省芬,等.吸附法固定化细胞对印染废水脱色研究J .环境科学,1992,13(1:225.9王孔星,张秀文,谢裕敏,等.用固定化细菌处理印染废水的中试研究J .环境科学与技术,1990,2(2:224.10Y ang P Y.Pacded 2entrapped 2mixed microbial cells for smallwastewater treatment J .Water Science and Technology ,1990(22:3432351.11周定,侯文化.固定化微生物处理含酚废水研究J .环境科学,1990,11(1:126.12高宝玉.固定化细胞在废水处理中的应用J .山东环境,1999(2:325.13周定,王建龙,侯文化,等.固定化细胞在废水处理中的应