固定化微生物技術(shù)處理廢水

王齡澤++王南

摘 要：固定化微生物技術(shù)利用物理或化學(xué)手段將具有特定生理功能的游離微生物固定于載體材料內(nèi)部或表面，并加以有效利用。該技術(shù)具有微生物活性高、單位空間微生物密度高、耐受性好、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、處理效率高等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用于廢水處理。本文就固定化微生物技術(shù)處理廢水得應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：固化微生物；廢水；處理

引言

固定化微生物細(xì)胞技術(shù)是利用物理或化學(xué)的手段將游離微生物細(xì)胞定位于限定的空間區(qū)域，并使其保持活性反復(fù)利用的方法，在化工、印染、發(fā)酵生產(chǎn)、能源、醫(yī)藥等行業(yè)應(yīng)用廣泛。

一、固定化載體的選擇

1.1 固定化載體的分類及性能比較

目前，用來作為固定化微生物的載體有：有機(jī)高分子載體、無機(jī)高分子載體和復(fù)合載體三類。其中有機(jī)高分子載體分為天然和人工合成兩類。常見的天然有機(jī)高分子載體有瓊脂、角叉萊膠、明膠、海藻酸鈉等；常見的人工合成的有機(jī)高分子載體有聚丙烯酰胺凝膠（ACAM）、聚乙烯醇凝膠（PVA）、光硬化樹脂、聚丙烯酸凝膠等。常見的無機(jī)載體有多孔玻璃、多孔硅酸鹽、石英砂、生物活性炭（BAC）、硅藻土等。

天然有機(jī)高分子載體對生物無毒性，傳質(zhì)性能好，但機(jī)械強(qiáng)度較低，在厭氧條件下易被微生物分解；人工合成的有機(jī)高分子載體一般強(qiáng)度較大，但傳質(zhì)性能較差，微生物固定時(shí)對其活性影響較大，聚乙烯醇與瓊脂、明膠和丙烯酰胺凝膠相比較，具有機(jī)械強(qiáng)度較高、傳質(zhì)性能較好，生物毒性較低和固定操作容易等優(yōu)點(diǎn)。無機(jī)載體具有機(jī)械強(qiáng)度大、對微生物無毒性、不易被微生物分解、耐酸堿、成本低、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。由于有機(jī)載體和無機(jī)載體各有優(yōu)缺點(diǎn)，在許多性能方面兩類載體可以互補(bǔ)，因而，就有了復(fù)合載體材料，它是將兩類載體結(jié)合起來，以改進(jìn)載體性能，降低成本，提高廢水處理效果。以聚乙烯醇（PVA）、累托石、海藻酸鈉（SA）作為固定化載體材料，硼酸和氯化鈣作為交聯(lián)劑，將菲的降解菌（茄鐮孢菌）包埋制備固定化微生物小球，考察了各種材料的用量，微生物包埋量，PVA投加量，交聯(lián)時(shí)間等因素對微生物小球活性的影響，及固定化茄鐮孢菌小球的機(jī)械強(qiáng)度和傳質(zhì)性能。結(jié)果表明，聚乙烯醇和累托石復(fù)合載體可作為包埋固定微生物的優(yōu)良材料。

1.2固定化載體選擇的原則

固定化載體的選擇直接影響所固定微生物的生物活性等性能，所以，固定化微生物技術(shù)的使用對載體的選擇有一定的要求，在選擇載體的過程中，應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則。

（1）固定化過程簡單，常溫下易于成型，固定化過程及固定化后對微生物無毒，生物滯留量高；

（2）具有生物相容性，不能干擾生物分子的功能，基質(zhì)通透性好，傳質(zhì)性能優(yōu)良；

（3）物化穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度高，抗微生物分解，沉淀分離性能好；

（4）價(jià)格低廉，壽命長。

二、固定化微生物技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

近年來，固定化微生物技術(shù)因其特有的優(yōu)勢，引起廣泛的關(guān)注。固定化生物技術(shù)開始迅速發(fā)展，并已取得了階段性的成果。此項(xiàng)技術(shù)在處理含重金屬離子廢水、含氮廢水、含難降解有機(jī)廢水的處理等方面都得到了很好的應(yīng)用。

2.1固定化微生物技術(shù)在印染廢水中的應(yīng)用

印染、造紙廢水的水量大，污染物質(zhì)也比較復(fù)雜，是比較難處理的工業(yè)廢水。周林成[1]等人采用固定化微生物工藝，對混凝沉淀后退漿工序的印染廢水進(jìn)行了現(xiàn)場中試處理研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在水力停留時(shí)間（HRT）為20h的條件下，對于進(jìn)水化學(xué)需氧量（CODCr）為1.0～1.2g/L的退漿廢水，經(jīng)過兩級水解酸化、兩級好氧處理后，其出水CODCr<100mg/L，達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。其中，水解酸化階段的HRT為10h，CODCr復(fù)合1.7kg/（d·m3），去除率為44%；好氧階段HRT為10h，CODCr復(fù)合1.9kg/（d·m3），去除率為83%。

2.2含重金屬離子廢水的處理

重金屬污染對生物的影響越來越嚴(yán)重，由于固定化后的微生物，穩(wěn)定性能好，抗毒性強(qiáng)，因此被廣泛用于去除廢水中的重金屬離子。

李杰[2]等人采用固定化微生物SBR反應(yīng)器和普通活性污泥SBR反應(yīng)器處理投加了Cr6+的生活污水，考察了固定化微生物去除COD及Cr6+的能力及抗毒性。結(jié)果表明：在保證對COD的去除率較穩(wěn)定的條件下，固定化微生物與普通活性污泥所能承受的Cr6+濃度分別為70mg/L和1.9mg/L。

羅曉虹[3]等人利用聚丙烯酰胺與殼聚糖形成的互融聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠固定非活性的銅綠假單胞菌，研究了這種固定化微生物顆粒對Cu2+的吸附特性。結(jié)果表明，該固定化微生物對Cu2+的吸附很迅速，在40min內(nèi)吸附基本達(dá)到平衡。

2.3含氮廢水的處理

微生物去除氮和氨，一般是通過好氧微生物的硝化反應(yīng)過程。和厭氧微生物的反硝化反應(yīng)過程。呂志剛[4]等人采用聚乙烯醇（PVA）為載體的包埋固定化微生物處理低濃度氨氮絮凝余水，在HRT為3h之內(nèi)從地表水環(huán)境質(zhì)量V類水標(biāo)準(zhǔn)以外達(dá)到了I類水標(biāo)準(zhǔn)，在較短的水力停留時(shí)間成功實(shí)現(xiàn)了氨氮的去除。周珊[4]等人以竹炭為載體，將硝化菌、反硝化菌等微生物固定在竹炭上，研究竹炭固定化微生物對氨氮的去除及影響因素。結(jié)果表明：竹炭固定化微生物處理氨氮水樣存在竹炭吸附和微生物脫氮兩種作用。對于初始氨氮質(zhì)量濃度≤200mg·L-1的水樣，調(diào)節(jié)水樣pH為8，控制水樣溶解氧質(zhì)量濃度為1mg·L-1左右，竹炭固定化微生物系統(tǒng)中可發(fā)生同時(shí)硝化—反硝化作用，氨氮去除率可達(dá)70%以上。

2.4酚類及醇類廢水的處理

陶凌燕[5]等人采用聚乙烯醇（PVA）—硼酸法制作固定化活性污泥小球，從溫度、濃度和pH 3方面比較了固定化活性污泥和游離活性污泥對氯苯酚降解效果的影響。研究表明：固定化活性污泥降解對氯苯酚的最適宜溫度為25℃～35℃，最適pH為6～8；固定化活性污泥對氯苯酚的降解速度大于游離活性污泥。孫翔[6]等人以苯酚模擬廢水為研究對象，采用苯酚馴化后的優(yōu)勢菌群，利用竹炭作為載體，用竹炭固定化微生物處理含酚廢水。實(shí)驗(yàn)表明，在苯酚濃度為40mg/L低濃度廢水，在投菌量為100mL/10g竹炭，竹炭量為10g/100mL污水的條件下經(jīng)5h處理后，苯酚和COD的去除率分別為95%和70%。

三、結(jié)束語

固定化微生物技術(shù)在污水處理中越來越受到重視，未來要加強(qiáng)菌種的選育和馴化，創(chuàng)造條件培養(yǎng)微生物，并結(jié)合污水處理的設(shè)備和其他工藝達(dá)到良好的處理效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]]周林成，李彥鋒，白雪，等.固定化微生物工藝處理印染廢水[J].蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，44（5）：63-68.

[2]李杰、王志盈、毛玉紅.固定化微生物抗Cr6+毒性能力及其去除特性研究[J].工業(yè)水處理.2008，24（1）.

[3]羅曉虹、戴松林、李雪芳.固定化銅綠假單胞菌吸附Cu2+的特性[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù).2008.31（11）.

[4]周珊、周匯、單勝道.竹炭固定化微生物去除水樣中氨氮的研究[J].農(nóng)業(yè)科學(xué).2009，46（6）.

[5]陶凌燕、蔡文祥、吳靜、葉衰園、李偉.固定化微生物法處理對氯苯酚廢水的研究[J].環(huán)境污染與防治.2007.29（9）.

[6]孫翔、周匯、沈宇、周珊.竹炭固定化微生物處理低濃度含酚廢水的初步研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù).2009，32（3）.