固定化微生物技术在废水处理中的进展

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，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：鲁表躲2.1秆房常用载体性能窝的比较雾载体鹿琼脂营海藻酸钙慎角叉莱胶冬聚丙烯酰胺惹PV炊A药—申硼酸良压缩强度芦（屈kg/cm适2倒）灾0.5鄙0.8必0.8描1.4吴2.75膏耐曝气强度阳差弹一般植一般插好志好附扩散系数易（运cm观2得/它s繁）且75盒68罗58老60单/仰耐生物分解性摘差卡较差津较差凭好欢好立对生物毒性拳无汪无慌无柏较强狮一般规固定的难易变易客易骤易秒难扩较易辽成本瞒便宜锹较便宜堵贵出贵赞便宜竹3追固定化细胞在菜废水处理中的馆应用丝3繁.1末在难降解有机稳污染物中的应陶用桨难降解有机物钩用在常规生物症处理工艺时一番般去除效率很事低，这主要是杠因为分解和转绑化这些有机物拉的微生物的增式殖速度极慢、漠世代时间很长劲，难以在常规纳生物处理装置理内积累到足以仿使这些污染物贸产生明显降解弱的浓度。利用躬固定化微生物横的特点，可选材择性地筛选一航些特殊优势菌般种并加以固定除化，增加其在拿生物处理装置鹊内的生物浓度滋，以提高难降课解有机物的处障理效率品。垄Yang犁[通4昼]斧用三乙酸纤维鹰素脂与海藻酸泉钙的复合载体仓包埋混合好氧舰菌处理含酚废茂水，并与采用认同样载体的表雁面吸附生物膜高法进行了比较炭。当容积负荷剥小式于暗9.0kgC有OD/m攻3啦·蒜d扁时，包埋法固炮定的微生物的病酚去除率小达咏90子%页以上，其中三洲乙酸纤维单载伶体从固定化操肉作容易来看出废复合载体有利习；与采用同样设载体的表面吸鹅附生物膜法比殖较，当负荷小子于决1.3kgC挡OD/m数3雾·刮d赤时，两种方法刚处理效果相差索不大，但负荷还较高时，包理蹈法固定化微生站物比生物膜法控处理效果好，份显示出优势。僻3.2相固定化细胞技辩术处理氨氮废专水例在硝化、反硝架化研究方面，顿最早供是霉Nilsso予n关[镜5郑]蚂用海藻酸钙固滨定假单胞反硝吉化菌，采用填棒充柱对地下水帜中浓度体为妇20m果g喊／判L壳的硝酸盐进行地两个月的连续枯脱氮试验，脱庆氮效果良好，坟反硝化速度污为址66m嫁g唯／社（醉h·k掠g加凝胶），容积极负荷为能3.6kg既／残（三m法3快·及d臣）。随后帜，夸Vanott显i锋螺，联Hun益t蚊等酸[夹6坟]义用招PV通A蜻冷冻法把硝化王污泥固定在聚毙乙烯醇小球里葬，用来处理养吴猪废水。采用厉批量试验和连环续试验进行好杰氧处理，研究洲结果表明：硝震化污泥小球不累受养猪废水礼高贺BO个D蓄浓度的影响，丝适用于快速和香有效的去除厌卫氧养猪废水塘译中既的蜓NH迫4防+傲。滚3.3瓜对废水中重金露属离子的去除驱固定化微生物紫处理含金属离宇子废水研究也练受到相应关注舰，这对于拓展胜固定化微生物捏处理废水领域封而言意义重大芽。微生物固定臂化后，其稳定促性增加，对毒舱性物质的承受扫能力和降解能独力都明显增强尚，因此可被用枝于各种有机废弊水中各种重金猜属离子的去除干。严国安、李饮益健测[豪7梅]吗研究了固定化乡小球藻对慈含卵Hg港2+科废水净化及生赌理特征的影响狠，利用褐藻酸听钙凝胶包埋固株定化普通小球尊藻，并对人工夫配制的含汞废满水进行静态净敞化试验。研究通了不统同窗Hg志2+矮浓度对固定化村小球藻净化废奇水过程中氨氮敬、正磷酸盐的奴处理效率以及虑小球藻陪的箭4瞧个生理指尿标数(图叶绿忌素席a苦、光和强度、著生长和过氧化澡物穴酶池)轮的影响，并与量悬浮藻对照比拍较。结果表明柿：由于小球藻茅的固定化增加冻了旋对假Hg并2+武毒性的抗性拖，投0.2×10徒-6知浓度挨的合Hg佣2+乳对其净化效率权无多大影响，扬而悬浮藻的净由化效率明显下射降；随途着筝Hg低2+粥浓度的增加，类固定化小球藻拖对废水净化效眉率逐渐下降、驰但其净化效率扰仍高于不奴含意Hg汗2+麦废水中悬浮藻喂的净化效率。丹同时固定化藻科的生长、叶绿象素缠a否含量、光和强堵度和过氧化物初酶活性与悬浮索藻一样喂随络Hg粒2+触浓度的增加而息降低，但悬浮江藻降低幅度显洋著。贪3.4台固定化细胞处偶理农药、杀虫锄剂废水的研究玻陈敏，罗启芳嗽[想8贩]绩利用聚乙烯醇饥包埋活性炭和遇微生物的固定邮化技术对有机凑磷农药水胺硫难磷的降解进行暂了试验研究，冤结果表明，经徐固定的微生物丘对温度算、画p雾H浇值和水样水胺弦硫磷浓度的适尼应范围扩大，块在三个月的连谢续试验中，水刷样初奋始简CODc勇r脱浓度徐为塞1300~2稿500mg/辱L犹，水越样伯p订H热为施7寇,稻停留时野间狠2语4柏小时，在恒温谜摇床（渡3富0聪℃非，改150r/m递i脏n斥）内降解，其辆去除率育为过55%~70秒%顺。盾3.5始固定化细胞处桨理印染废水废督水的研究翅采用固定化微播生物处理印染洲废水亦有不少杏报道。牛志卿览，吴国庆，张肝琳等堵[响9范]街采用聚夜集鼻—矛交联法固定化厕紫色非硫光合尿细菌用于处理移活性艳村红殃X-3男B顾染液，比较游防离微生物和固历定化微生物的爆某些性质时发界现，两种微生具物的反应最适沾合温度均追为咳30姿-4景0爱℃童，固定化微生烫物的反应适严宜暮p哈H犯值范围较宽，脊热稳定性较好遵，酒但闭Cu辞2+姐对两种微生物弃酶活力均有抑券制作用。比较拖所得固定化微笔生物和由海藻英酸钠包埋固定看化微生物的脱瞎色能力时，前狗者比后者脱色息活力较高、成继本低、操作方深法简单，易于剥工业化应用。壤4肆细胞固定化技代术的发展前景赴买细胞固定化技府术以其特有的过优点在废水处忙理领域中引起话了普遍的关鸣注其,习但目前尚处于琴实验研究阶网段羡,额要实现其实用碰化或工业们化跌,辣还有许多问题洞需要进一步研是究解稼决静,饺主要的研究方灾向如这下疾:(1省)剂寻找高效、廉待价、抗毒性强隆的生垮物氏;(2谱)扣寻找性能稳定漂、传质好、强村度高、寿命长黑、价格低的固毛定化载耍体智;(3织)猛发展多种生物奶共生的固定化盐体闯系贪;(4沫)泉开发高效的固炎定化反应配器掏;(5放)汽研究对生物无锻破坏性、高效糊率的解吸戒剂尊;(6口)经大力发展生物较再生技术。腥相信通过不断汇的研究和改趁进巨,巾细胞固定化技叼术必将成为一鼻项高效而实用稻的废水处理技辰术戴,粥在废水处理中免获得广泛的应紧用。坚参浇系考箱插文纤户献补[1]卸孕闫志明，普红症平，阳立平歌.代生物固定化技筹术研究及应用胖评述闲.磨四川化工光，始200建4沙，裂7(1灾)额：制12~15银.喝[2]抛估李峰，吕锡武惜等尤.翠聚乙烯醇作为侮固定化细胞包恼埋剂的研究醋［那J险］际.杜中国给排水怎，迁200党0境，柳1础6扬（躺1歇2氏）双：滴1蓬4上～睛17器.码[3]启统徐向阳林.培固定化细胞技晓术在废水处理猎中的应用摧［佳J姿］娃.陆中国给水排水柱，治199粗2杆，牙8胆（距2季）垒：澡3哄9流～盏43迈.叶[4]Ya举ngPY药.Packe者d-entr狂apped-悉mixed棉microb惑ialce仁llsfo豪rsmal瞧lwast熔ewater绒treat腊ment.W布aterS尊cience铸andT宅echnol尊ogy.19示90,22(例3/4):3春43.或[5]Ni栋lsson筐I拍，能etal.冰EurJ味ApplM铸icrobi富alBio呈techno书l箱，傲198慧0鉴，挎1洽0值：渔26准1枕；嘉Nilsso姑n裤I绣，旅etal.嚷EurJ执ApplM疾icrobi齐alBio白techno杏l药，妈198矩2转，欣1勉4周：导86.畅[6]Va潮notti舒MB.Hu提ntPG滑.Nitri丧ficati瑞ontre伞atment重ofsw肢inewa误stewat界erwit演haccl默imated搁nitri茧fying挑sludge她immob扁ilized意inpo线lymer乏pellet此s[J].T雁ansact酷ionso良fthe锋Asae,2强000,43拌(2)::4牧05~414暖.盟[7]垄誉严国安，李