摘要：固定化微生物技術(shù)是生物強(qiáng)化技術(shù)的一種，本文對(duì)微生物固定化方法及固定化技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，對(duì)固定化技術(shù)應(yīng)用前景進(jìn)行展望并提出在實(shí)際應(yīng)用中需要解決的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：固定化微生物技術(shù)，污水處理

前言：固定化微生物技術(shù)是20世紀(jì)70年代在固定化酶技術(shù)的基礎(chǔ)上上發(fā)展起來(lái)的。固定化微生物技術(shù)是指用物理或化學(xué)方法將游離微生物細(xì)胞、動(dòng)植物細(xì)胞、細(xì)胞器或酶限制或定位在某一特定空間范圍內(nèi)，保留其固有的催化活性，并能被重復(fù)和連續(xù)使用技術(shù)[1]。，固定化微生物技術(shù)的本質(zhì)是采用生物活性高分子載體固定、誘導(dǎo)和馴化出難降解有機(jī)物有特異性的特殊菌群，使微生物依據(jù)有機(jī)物的降解速度和次序分級(jí)排列，實(shí)現(xiàn)難降解有機(jī)物的高效去除；加之載體的高分子效應(yīng)的影響，創(chuàng)造出適宜微生物生存的微環(huán)境，提高微生物的耐受性。該技術(shù)的應(yīng)用，為污水處理提供了一條新的技術(shù)途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1、 微生物固定化方法
固定化微生物技術(shù)的方法分類(lèi)多種多樣，目前在國(guó)內(nèi)外尚無(wú)一個(gè)統(tǒng)一的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。固定化微生物的制備方法大致可以分為包埋法、吸附法、共價(jià)結(jié)合法和交聯(lián)法 [ 2] 以及新近發(fā)展的無(wú)載體固定化方法[ 3] 。

1.1包埋法
包埋法是將微生物限定在凝膠的微小格子或微膠囊等有限空間內(nèi),同時(shí)能讓基質(zhì)滲入和產(chǎn)物擴(kuò)散出來(lái)。凝膠聚合物的網(wǎng)絡(luò)可以阻止細(xì)胞的泄漏,同時(shí)能讓底物滲入和產(chǎn)物擴(kuò)散出來(lái)。包埋法對(duì)微生物活性影響小、顆粒強(qiáng)度高,是目前制備固定化微生物最常用、研究最廣泛的固定化方法[4]。

1.2吸附法
吸附法在固定化微生物技術(shù)處理污水中是研究最早、應(yīng)用較廣泛、技術(shù)也較成熟的方法。在大多數(shù)生物膜反應(yīng)器啟動(dòng)的早期，所應(yīng)用的都是吸附法的原理。固定化微生物方法可分為物理吸附和離子吸附兩類(lèi)[5]。該方法操作簡(jiǎn)單,微生物固定過(guò)程對(duì)細(xì)胞活性的影響小,條件溫和。但這種方法結(jié)合的細(xì)胞數(shù)量有限,反應(yīng)穩(wěn)定性和重復(fù)性差,所固定的微生物數(shù)目受所用載體的種類(lèi)及其表面積的限制[6]，同時(shí)微生物與載體之間吸附強(qiáng)度也不夠牢固，故載體的選擇是關(guān)鍵。

1.3 共價(jià)結(jié)合法
共價(jià)結(jié)合法是利用微生物細(xì)胞表面功能團(tuán)與固相載體表面基團(tuán)之間形成化學(xué)共價(jià)鍵相連來(lái)固定細(xì)胞, 因此結(jié)合緊密, 穩(wěn)定性好, 但是基團(tuán)結(jié)合時(shí)反應(yīng)激烈, 操作復(fù)雜、難控制。

1.4 交聯(lián)法
交聯(lián)法是通過(guò)微生物與具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的官能基團(tuán)的試劑反應(yīng)，使微生物菌體相互連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而達(dá)到固定微生物的目的[7]。使用該方法,微生物細(xì)胞間的結(jié)合強(qiáng)度高,穩(wěn)定性好,經(jīng)得起溫度和pH 值等的劇烈變化。但是由于在形成共價(jià)鍵的過(guò)程中，往往會(huì)對(duì)微生物細(xì)胞的活性造成較大的影響，而且適用于此類(lèi)固定化的交聯(lián)劑大多比較昂貴，因而其在應(yīng)用中受到一定的限制。

1.5無(wú)載體固定化
無(wú)載體固定化法又稱(chēng)為自固定化法， 這種方法是一種全新的概念。在自絮凝顆粒形成過(guò)程中，同時(shí)形成了微生物的適宜生態(tài)環(huán)境，使之有利于微生物代謝之間的協(xié)調(diào)或者說(shuō)有利于微生物之間生物信息的傳遞[8]。這種方法與其他的固定化方法相比，具有傳質(zhì)擴(kuò)散阻力小，細(xì)胞顆粒整體活性高，固定化方法簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，將在污水處理領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[9]。此法一般不需使用人工載體或包埋劑，但所需固定化時(shí)間長(zhǎng)且受環(huán)境因素的影響大。升流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器和厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)中，顆粒污泥的形成即屬于微生物的自身固定化過(guò)程[10]。

2、 固定化載體
不同的固定化方法對(duì)固定化載體有不同的要求，理想的固定化載體應(yīng)具有對(duì)微生物細(xì)胞無(wú)毒、傳質(zhì)性能好、性質(zhì)穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。新型固定化載體的開(kāi)發(fā)研究也是固定化技術(shù)研究的重要組成部分。

目前常用的載體大致可分為三類(lèi)：無(wú)機(jī)載體，如多孔玻璃、硅藻土、活性炭、石英砂等；有機(jī)載體，如瓊脂、聚乙烯醇凝膠( PVA ) 、聚丙烯酰胺( ACAM) 凝膠等；以及將有機(jī)載體與無(wú)機(jī)載體結(jié)合組成的復(fù)合載體。則可結(jié)合它們各自的優(yōu)點(diǎn), 改進(jìn)材料的性能。復(fù)合載體在降低成本、提高廢水處理效果等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

3、 固定化微生物技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用

3.1高濃度氨氮污水的處理
隨著人們生活水平的提高，現(xiàn)在生活污水氨氮濃度越來(lái)越高，傳統(tǒng)的處理工藝很難使得氨氮達(dá)標(biāo)，利用固定化微生物技術(shù)可以大大提高氨氮的去除率。微生物去除氨氮需經(jīng)過(guò)好氧硝化、厭氧反硝化兩個(gè)階段。曹?chē)?guó)民等[11]以PVA為載體，采用單級(jí)生物脫氮新技術(shù)，即利用一種固定化細(xì)胞膜兩側(cè)，分別與好氧的氨氮廢水、缺氧的乙醇碳源接觸，使固定于膜中的硝化菌將氨氧化為亞硝氮和硝氮，隨后被同膜中的反硝化菌還原為氮?dú)�。該方法氨氧化的速率為單�?dú)使用硝化菌的2 倍。葉正方等[12]采用功能化大孔載體FPUFS，以載體結(jié)合法固定化高效微生物菌群B350，所得固定化B350置于曝氣池中構(gòu)成一個(gè)有效容積為1500L的固定化微生物—曝氣生物濾池（I-BAF）污水處理系統(tǒng)。進(jìn)水氨氮為451mg/L的污水經(jīng)處理后達(dá)0.285mg/L。

3.2 含難降解有機(jī)物廢水的處理
用常規(guī)的生物處理方法處理含難降解有機(jī)物廢水時(shí)，處理效率較低，主要是由于降解這類(lèi)物質(zhì)的微生物世代期較長(zhǎng)，而且難以在常規(guī)生物處理的構(gòu)筑物中大量存在。利用固定化微生物技術(shù)可有目的地選擇優(yōu)勢(shì)菌群培養(yǎng)，并將其固定到載體上,增加微生物的濃度，可以高效地處理這類(lèi)物質(zhì)[13]。Jo-Shu Chang[14]以聚丙烯酰胺、海藻酸鈣做載體固定假單胞菌，對(duì)自配含氮染料廢水進(jìn)行脫色處理，結(jié)果表明與游離細(xì)胞系統(tǒng)相比，長(zhǎng)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、 結(jié)語(yǔ)

固定化微生物技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在污水處理領(lǐng)域中引起了普遍的關(guān)注，進(jìn)行了廣泛的研究與應(yīng)用，但要實(shí)現(xiàn)其實(shí)用化或工業(yè)化，還需進(jìn)一步研究解決。開(kāi)發(fā)適合于固定化微生物細(xì)胞的高效生化反應(yīng)器亦是一個(gè)有待解決的問(wèn)題；污水中含有的污染物是一個(gè)十分復(fù)雜的混合體系，單一菌種無(wú)法達(dá)到較滿(mǎn)意的效果，因此應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)混合微生物固定化體系的研究與開(kāi)發(fā),篩選、構(gòu)建高效、廉價(jià)、抗逆性強(qiáng)的高性能微生物,在反應(yīng)器中建立混合菌群組成的微生態(tài)環(huán)境，使各種固定化微生物發(fā)揮協(xié)同作用，拓寬可處理污染物的種類(lèi),提高處理效率；可以看出，伴隨著微生物技術(shù)和生物技術(shù)的發(fā)展， 固定化微生物技術(shù)將成為污水處理的主流技術(shù)。

［1］ 王家玲.環(huán)境微生物學(xué)[M].北京：高等教育出版社。
［2］ 崔明超, 陳繁忠, 傅家謨, 等. 固定化微生物技術(shù)在廢水處理中的研究進(jìn)展. 化工環(huán)保, 2003, 23( 5) : 261~ 264
［3］ 王里奧, 崔志強(qiáng), 錢(qián)宗琴, 等. 微生物固定化的發(fā)展及在廢水處理中的應(yīng)用, 重慶大學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 27( 3) : 126~ 129
［4］ 王建龍. 生物固定化技術(shù)與水污染控制[M].北京:科學(xué)出版社,2002.
［5］ 胡自偉,潘志彥,王泉源.固定化生物技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2002,3(9):19-23
［6］ 沈耀良，黃勇，趙丹，等.固定化微生物污水處理技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002:265-266.
［7］ 劉鈞,周力.固定化微生物技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用分析[J].凈水技術(shù),1998,1:35-39.
［8］ 白鳳武.無(wú)載體固定化細(xì)胞的研究進(jìn)展.生物工程進(jìn)展，2000，20(2):32-36.
［9］ Loh K C,Chung T S,et al.Immobilixed-cell membrane bioreactorforhigh-strengh phenowastewater[J].Journal of Environmental Engineering, 2000,126:75-79.
［10］ 陳秉娟，周倩，嚴(yán)蓮荷。固定化微生物技術(shù)在廢水處理中的研究進(jìn)展。2010 二氧化氯與水處理技術(shù)研討會(huì)論文集。
［11］ 曹?chē)?guó)民, 趙慶樣. 新型固定化細(xì)胞膜反應(yīng)器脫氮研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2001,21(2):189-193.
［12］ 葉正方，倪晉仁，李彥鋒，等。污水高效處理和資源化的固定化微生物技術(shù)研究。應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2002，10（4）：332-337.
［13］  王廣金,褚良銀,楊平,等.固定化微生物技術(shù)及其在廢水處理中的應(yīng)用[J].重慶環(huán)境科學(xué),2003,25(12):171
［14］ Jo -Shu Chang. Decolorization of azo dyes with immobilized Pseudomonasluteola[J].Process Biochemistry ,2001 ,36(9):757-763

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”