固定化微生物技术处理废水

王龄泽++王南

摘 要：固定化微生物技术利用物理或化学手段将具有特定生理功能的游离微生物固定于载体材料内部或表面，并加以有效利用。该技术具有微生物活性高、单位空间微生物密度高、耐受性好、抗冲击负荷能力强、处理效率高等优点，目前已被广泛应用于废水处理。本文就固定化微生物技术处理废水得应用进行探讨。

关键词：固化微生物；废水；处理

引言

固定化微生物细胞技术是利用物理或化学的手段将游离微生物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，在化工、印染、发酵生产、能源、医药等行业应用广泛。

一、固定化载体的选择

1.1 固定化载体的分类及性能比较

目前，用来作为固定化微生物的载体有：有机高分子载体、无机高分子载体和复合载体三类。其中有机高分子载体分为天然和人工合成两类。常见的天然有机高分子载体有琼脂、角叉莱胶、明胶、海藻酸钠等；常见的人工合成的有机高分子载体有聚丙烯酰胺凝胶（ACAM）、聚乙烯醇凝胶（PVA）、光硬化树脂、聚丙烯酸凝胶等。常见的无机载体有多孔玻璃、多孔硅酸盐、石英砂、生物活性炭（BAC）、硅藻土等。

天然有机高分子载体对生物无毒性，传质性能好，但机械强度较低，在厌氧条件下易被微生物分解；人工合成的有机高分子载体一般强度较大，但传质性能较差，微生物固定时对其活性影响较大，聚乙烯醇与琼脂、明胶和丙烯酰胺凝胶相比较，具有机械强度较高、传质性能较好，生物毒性较低和固定操作容易等优点。无机载体具有机械强度大、对微生物无毒性、不易被微生物分解、耐酸碱、成本低、寿命长等优点。由于有机载体和无机载体各有优缺点，在许多性能方面两类载体可以互补，因而，就有了复合载体材料，它是将两类载体结合起来，以改进载体性能，降低成本，提高废水处理效果。以聚乙烯醇（PVA）、累托石、海藻酸钠（SA）作为固定化载体材料，硼酸和氯化钙作为交联剂，将菲的降解菌（茄镰孢菌）包埋制备固定化微生物小球，考察了各种材料的用量，微生物包埋量，PVA投加量，交联时间等因素对微生物小球活性的影响，及固定化茄镰孢菌小球的机械强度和传质性能。结果表明，聚乙烯醇和累托石复合载体可作为包埋固定微生物的优良材料。

1.2固定化载体选择的原则

固定化载体的选择直接影响所固定微生物的生物活性等性能，所以，固定化微生物技术的使用对载体的选择有一定的要求，在选择载体的过程中，应遵循以下几点原则。

（1）固定化过程简单，常温下易于成型，固定化过程及固定化后对微生物无毒，生物滞留量高；

（2）具有生物相容性，不能干扰生物分子的功能，基质通透性好，传质性能优良；

（3）物化稳定性好，机械强度高，抗微生物分解，沉淀分离性能好；

（4）价格低廉，寿命长。

二、固定化微生物技术在废水处理中的应用

近年来，固定化微生物技术因其特有的优势，引起广泛的关注。固定化生物技术开始迅速发展，并已取得了阶段性的成果。此项技术在处理含重金属离子废水、含氮废水、含难降解有机废水的处理等方面都得到了很好的应用。

2.1固定化微生物技术在印染废水中的应用

印染、造纸废水的水量大，污染物质也比较复杂，是比较难处理的工业废水。周林成[1]等人采用固定化微生物工藝，对混凝沉淀后退浆工序的印染废水进行了现场中试处理研究。实验结果表明，在水力停留时间（HRT）为20h的条件下，对于进水化学需氧量（CODCr）为1.0～1.2g/L的退浆废水，经过两级水解酸化、两级好氧处理后，其出水CODCr<100mg/L，达到国家一级排放标准。其中，水解酸化阶段的HRT为10h，CODCr复合1.7kg/（d·m3），去除率为44%；好氧阶段HRT为10h，CODCr复合1.9kg/（d·m3），去除率为83%。

2.2含重金属离子废水的处理

重金属污染对生物的影响越来越严重，由于固定化后的微生物，稳定性能好，抗毒性强，因此被广泛用于去除废水中的重金属离子。

李杰[2]等人采用固定化微生物SBR反应器和普通活性污泥SBR反应器处理投加了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。结果表明：在保证对COD的去除率较稳定的条件下，固定化微生物与普通活性污泥所能承受的Cr6+浓度分别为70mg/L和1.9mg/L。

罗晓虹[3]等人利用聚丙烯酰胺与壳聚糖形成的互融聚合物网络凝胶固定非活性的铜绿假单胞菌，研究了这种固定化微生物颗粒对Cu2+的吸附特性。结果表明，该固定化微生物对Cu2+的吸附很迅速，在40min内吸附基本达到平衡。

2.3含氮废水的处理

微生物去除氮和氨，一般是通过好氧微生物的硝化反应过程。和厌氧微生物的反硝化反应过程。吕志刚[4]等人采用聚乙烯醇（PVA）为载体的包埋固定化微生物处理低浓度氨氮絮凝余水，在HRT为3h之内从地表水环境质量V类水标准以外达到了I类水标准，在较短的水力停留时间成功实现了氨氮的去除。周珊[4]等人以竹炭为载体，将硝化菌、反硝化菌等微生物固定在竹炭上，研究竹炭固定化微生物对氨氮的去除及影响因素。结果表明：竹炭固定化微生物处理氨氮水样存在竹炭吸附和微生物脱氮两种作用。对于初始氨氮质量浓度≤200mg·L-1的水样，调节水样pH为8，控制水样溶解氧质量浓度为1mg·L-1左右，竹炭固定化微生物系统中可发生同时硝化—反硝化作用，氨氮去除率可达70%以上。

2.4酚类及醇类废水的处理

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，从温度、浓度和pH 3方面比较了固定化活性污泥和游离活性污泥对氯苯酚降解效果的影响。研究表明：固定化活性污泥降解对氯苯酚的最适宜温度为25℃～35℃，最适pH为6～8；固定化活性污泥对氯苯酚的降解速度大于游离活性污泥。孙翔[6]等人以苯酚模拟废水为研究对象，采用苯酚驯化后的优势菌群，利用竹炭作为载体，用竹炭固定化微生物处理含酚废水。实验表明，在苯酚浓度为40mg/L低浓度废水，在投菌量为100mL/10g竹炭，竹炭量为10g/100mL污水的条件下经5h处理后，苯酚和COD的去除率分别为95%和70%。

三、结束语

固定化微生物技术在污水处理中越来越受到重视，未来要加强菌种的选育和驯化，创造条件培养微生物，并结合污水处理的设备和其他工艺达到良好的处理效果。

参考文献：

[1]]周林成，李彦锋，白雪，等.固定化微生物工艺处理印染废水[J].兰州大学学报：自然科学版，2008，44（5）：63-68.

[2]李杰、王志盈、毛玉红.固定化微生物抗Cr6+毒性能力及其去除特性研究[J].工业水处理.2008，24（1）.

[3]罗晓虹、戴松林、李雪芳.固定化铜绿假单胞菌吸附Cu2+的特性[J].环境科学与技术.2008.31（11）.

[4]周珊、周汇、单胜道.竹炭固定化微生物去除水样中氨氮的研究[J].农业科学.2009，46（6）.

[5]陶凌燕、蔡文祥、吴静、叶衰园、李伟.固定化微生物法处理对氯苯酚废水的研究[J].环境污染与防治.2007.29（9）.

[6]孙翔、周汇、沈宇、周珊.竹炭固定化微生物处理低浓度含酚废水的初步研究[J].环境科学与技术.2009，32（3）.