前言

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，人口的不斷增加，自然資源的大量消耗，環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，人類的生存和發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。其中水體接納了工業(yè)生產(chǎn)中排放的大量高濃度有機(jī)污染物和有毒有害污染物，其中有些污染物具有毒性和“三致”危害。我國處理工業(yè)污水的主要方法為活性污泥法和生物膜法，處理過程中依靠微生物的生長代謝和吸附作用等完成對(duì)污染物的降解。目前在這兩種方法中主要采用的是固定化技術(shù)，利用細(xì)胞固定化技術(shù)，可將經(jīng)選擇篩選出的優(yōu)勢(shì)菌種固定化，構(gòu)建一種高效、快速、耐受性強(qiáng)、能連續(xù)處理的廢水處理系統(tǒng)，可以有效地減少二次污染。細(xì)胞固定化廢水處理技術(shù)與傳統(tǒng)的懸浮生物處理工藝相比，具有處理效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、可純化和保持高效優(yōu)勢(shì)菌種、反應(yīng)器生物量大、污泥產(chǎn)生量少以及固液分離效果好等一系列優(yōu)點(diǎn)。

一、細(xì)胞固定化方法

細(xì)胞固定化方法的分類就有很多種，目前國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。如成慶利等人根據(jù)有無外加載體，將細(xì)胞固定化分為有載體固定化和無載體固定化，崔建濤等對(duì)有載體固定化細(xì)胞和無載體固定化細(xì)胞的研究應(yīng)用進(jìn)一步作了詳細(xì)敘述。在細(xì)胞固定化方法上基本上與固定化酶技術(shù)相似，常用的細(xì)胞固定方法有吸附法、包埋法、交聯(lián)法、共價(jià)結(jié)合法、絮凝法以及多種固定化法聯(lián)用等，其中以吸附法和包埋法最為常見。

二、細(xì)胞固定化技術(shù)在有機(jī)廢水處理中的研究與應(yīng)用

1．高濃度有機(jī)廢水的處理：

對(duì)于高濃度有機(jī)廢水，目前一般采用厭氧生物法進(jìn)行處理。厭氧階段的處理效果直接影響到后續(xù)的好氧處理，從而決定廢水排放是否達(dá)標(biāo)。在高濃度有機(jī)廢水的生物處理中，產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量和代謝活性是其處理效率的重要制約因素，而產(chǎn)甲烷菌較低的生長速率則是導(dǎo)致厭氧處理系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間長，運(yùn)行被破壞后恢復(fù)困難的重要因素。因此，采用具有熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢(shì)的固定化細(xì)胞技術(shù)，對(duì)于產(chǎn)甲烷菌的高效持留和活性的保留提供了便利條件。趙軍等采用吸附包埋法對(duì)甲烷八疊球菌進(jìn)行了固定，使固定化后的微生物兼有吸附法和包埋法的優(yōu)點(diǎn)，并用人工配制的高濃度有機(jī)廢水對(duì)吸附包埋的甲烷八疊球菌特性進(jìn)行了研究。55d的運(yùn)行數(shù)據(jù)表明：吸附包埋的甲烷八疊球菌在處理人工廢水時(shí)取得了顯著的成效，COD最高容積負(fù)荷達(dá)到14.7kg/（m2·d），最高去除率為94.29%，運(yùn)行期間固定化介質(zhì)不上浮，不膨脹，具有很好的傳質(zhì)和脫氣性能。黃霞等采用聚丙烯無紡布（多孔結(jié)構(gòu)）與PVA的復(fù)合載體包埋固定化優(yōu)勢(shì)菌種，來降解含有喹啉，異喹啉，吡啶的高濃度氨氮焦化廢水，三種高濃度有機(jī)物經(jīng)處理8h后降解率均在90%以上。采用固定化細(xì)胞技術(shù)處理高濃度有機(jī)廢水，進(jìn)一步提高了生物處理構(gòu)筑物中高效生物量的濃度，大大提高了反應(yīng)效率和處理效能，減少了污泥量和二沉池的負(fù)荷，降低了投資成本。

2．難降解有機(jī)廢水的處理：

此類廢水用常規(guī)的生物處理工藝進(jìn)行處理時(shí)，一般效率低下。這主要是因?yàn)槟苡行Х纸庋趸祟悘U水中所含苯酚、氰、氯苯胺及DDT等有機(jī)物的微生物世代期較長，從而難以在常規(guī)的生物處理構(gòu)筑物中大量存留。利用固定化細(xì)胞技術(shù)了兩種不同類型的含酚廢水：對(duì)于苯酚濃度為2,148.0mg／l、COD為10,828.8mg／l的高濃度含酚廢水，經(jīng)處理24h后，苯酚及COD去除率分別為50．1%和38．7%；對(duì)于苯酚濃度為180．7mg／l、COD為947mg／l左右的一般濃度混合含酚廢水，經(jīng)6h處理后對(duì)苯酚及COD去除率分別為89．1%和84．6%，而活性污泥法分別為76．6%和75．0%。以上對(duì)固定化微生物廢水處理技術(shù)的研究，篩選出了降解特定有機(jī)污染物的優(yōu)勢(shì)菌群，對(duì)難降解廢水進(jìn)行處理的專一性好，耐受性強(qiáng)，處理效果穩(wěn)定，投資省，降解效率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的生物處理方法。

3．印染、造紙等廢水的處理

印染廢水具有水量大、有機(jī)污染物含量高、色度深、堿性強(qiáng)、水質(zhì)變化大、成分復(fù)雜等特點(diǎn)。因此，開發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的印染廢水處理技術(shù)，日益成為當(dāng)今環(huán)保行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。目前我國主要利用微生物處理技術(shù)對(duì)印染廢水進(jìn)行染料脫色和降解。楊云龍等在序批式活性污泥法（SBR）生物反應(yīng)器內(nèi)投加固定化紫色非硫光合細(xì)菌（PSB）及其他異養(yǎng)菌，采用聚集-交聯(lián)固定法將高效優(yōu)勢(shì)菌固定于已馴化的活性污泥上處理亞硫酸鈉造紙混合廢水。結(jié)果表明，在好氧條件下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)COD去除率為70%左右，木質(zhì)素去除率為75%。洪衛(wèi)等采用還原鐵床與固定化細(xì)胞技術(shù)相結(jié)合的工藝深度處理造紙中段廢水，結(jié)果表明，在進(jìn)水色度平均251、CODcr平均為319.9mg／l的情況下，出水色度平均18.3、CODcr平均31.9mg／l，色度去除率為92.7%、CODcr去除率為90.0%。以上研究結(jié)果表明，與游離細(xì)胞系統(tǒng)相比，固定化細(xì)胞系統(tǒng)雖然脫色速度較慢，但其受溶解氧和pH值影響較小，長時(shí)間運(yùn)行也能保持較高的反應(yīng)效率，且重復(fù)使用性好，更適合實(shí)際工業(yè)應(yīng)用。

4．其他廢水的處理：

目前，固定化細(xì)胞技術(shù)已廣泛應(yīng)用于多種有機(jī)廢水的處理。例如，呂榮湖等通過包埋固定化細(xì)胞法固定除油菌（YI#菌），用于處理含油廢水。選用聚乙烯醇（PVA）-海藻酸鈉（SA）復(fù)配作為包埋固定化載體材料，制備成固定化微生物小球（IMB），通過試驗(yàn)優(yōu)化了IMB制備的工藝條件。連續(xù)批次除油試驗(yàn)結(jié)果表明，在25%~40%，固液比1：10，HRT為6h的條件下，進(jìn)水油含量在20-50mg／l，乳化油去除率可達(dá)85%~90%，出水油含量低于5mg／l。

三、新型技術(shù)手段的應(yīng)用

近年來，在污水凈化領(lǐng)域相繼研發(fā)了許多新型、高效、具有實(shí)用價(jià)值的廢水處理技術(shù)，如氧化法、超聲空化降解法、電化學(xué)催化降解法等。與傳統(tǒng)的處理方法相比，其成本低、效率高、容易操作、無二次污染。因此，在工業(yè)有機(jī)污水的處理中得到了廣泛的應(yīng)用。例如：鐘愛國用聲強(qiáng)8OW／cm2、頻率22kHz的超聲波分別輻照甲胺磷和乙酰甲胺磷溶液，結(jié)果表明，在甲胺磷初始濃度為1.0×104mol／l、pH值為2.5、反應(yīng)溫度為30℃、Fe2+質(zhì)量濃度大于50mg／l、溶氧至飽和的條件下，輻照時(shí)間120min，甲胺磷的去除率達(dá)到99.3%；在乙酰甲胺磷初始濃度為1.0×10-3~10.0×10-1mol／l，pH值為2.5~10.8、反應(yīng)溫度為30~35℃，F(xiàn)e2+質(zhì)量濃度為15mg／l，溶氧至飽和的條件下，輻照60min，乙酰甲胺磷的去除率達(dá)到99.9%。而電化學(xué)降解有機(jī)物的基本原理是使這些有機(jī)污染物在電極上發(fā)生氧化還原轉(zhuǎn)變?？傊?，以上這些新技術(shù)手段為有機(jī)廢水的處理提供了更為有效的途徑，有著廣闊的應(yīng)用前景。

四、展望

總的來說，目前有關(guān)工業(yè)有機(jī)廢水處理工藝和操作條件優(yōu)化方面的研究報(bào)道很多，關(guān)于微生物在有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用方法等方面的研究也十分活躍。我國雖然在該領(lǐng)域的研究取得了許多重要成果，但仍存在許多問題和不足。大多數(shù)研究停留在實(shí)驗(yàn)室階段，在工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用中效果欠佳；現(xiàn)有污水處理設(shè)施工藝和技術(shù)落后，只有部分大中城市擁有為數(shù)不多的有機(jī)廢水處理廠，農(nóng)村和郊區(qū)的有機(jī)污染污水處理設(shè)施幾乎為零；新方法技術(shù)應(yīng)用于舊設(shè)備時(shí)的工藝改造、運(yùn)行成本等方面也存在很多問題。因此，必須盡快轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的有機(jī)廢水處理模式，通過對(duì)固定化細(xì)胞技術(shù)的進(jìn)一步研究和應(yīng)用，對(duì)特異高效微生物菌種進(jìn)行篩選，進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)工藝和操作條件，采用復(fù)合處理方法，及時(shí)將新型技術(shù)手段（如超聲空化降解法、電化學(xué)催化降解法等）加以應(yīng)用，進(jìn)一步促進(jìn)該研究領(lǐng)域快速深入發(fā)展。污水處理效率高、出水品質(zhì)好、占地少、耗能低、便于管理、適應(yīng)性強(qiáng)、資源合理利用等是今后工業(yè)有機(jī)廢水處理研究的主要方向。

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