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固定化技術(shù)包括固定化酶技術(shù)與固定化微生物技術(shù)。固定化微生物技術(shù)是用化學(xué)或物理手段將游離微生物定位于限定的空間區(qū)域,并使其保持活性及反復(fù)利用的方法。由于該技術(shù)既不需要把酶從細(xì)胞中提取出來(lái),又不需要加以純化,因而酶活性損失小。研究和應(yīng)用表明,固定化微生物技術(shù)有微生物密度高、反應(yīng)速度快、耐毒害能力強(qiáng)、微生物流失少、產(chǎn)物分離容易、處理設(shè)備小型化等優(yōu)點(diǎn)。目前,固定化微生物技術(shù)廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染治理方面的研究,主要的治理對(duì)象為難處理的有機(jī)廢水及重金屬污染的廢水,同時(shí)研究還涉及到大氣和土壤的污染治理。

固定化微生物技術(shù)在廢水中的應(yīng)用

固定化微生物技術(shù)在廢水處理中應(yīng)用較廣,被處理廢水的種類(lèi)主要有:造紙廢

水、印染廢水、含氮廢水、含難降解污染物的有機(jī)廢水、重金屬?gòu)U水、其他廢水。固定化微生物技術(shù)在廢水生物處理領(lǐng)域中,具有獨(dú)特的優(yōu)越性和巨大的潛力,但要實(shí)用化還有許多問(wèn)題亟待解決:(1)尋找高效、廉價(jià)、抗毒性強(qiáng)的微生物,發(fā)展多種生物共生的固定化體系;(2)開(kāi)發(fā)性能穩(wěn)定、強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)、費(fèi)用低、傳質(zhì)阻力小的固定化載體;(3)開(kāi)發(fā)高效的固定化反應(yīng)器;(4)高強(qiáng)度廢水固定化處理和其他優(yōu)化組合的處理工藝的開(kāi)發(fā)。相信通過(guò)不斷研究,固定化微生物技術(shù)在廢水處理中會(huì)成為一項(xiàng)高效而實(shí)用的廢水處理技術(shù),并獲得廣泛的應(yīng)用。

固定方法

載體

微生物

處理對(duì)象

主要結(jié)論

包埋法

聚砜纖維膜 假單胞菌

高濃度苯酚廢水 濃度為1200mg/L的苯酚在95h內(nèi)可完全降解

包埋法 包埋法

褐藻酸鈉 小球藻 重金屬汞 固定藻對(duì)汞的去除率明顯高于懸浮藻

半透膜 光合細(xì)菌

味精廠、屠宰廠排放廢水 2,4,6-三氯苯酚

研制了新的固定化方法—半透明包埋法,可提高處理效率,可長(zhǎng)期連續(xù)使用

包埋法

k2角叉藻聚糖/明膠 凝膠 CA

厭氧和好氧污泥

厭氧和好氧污泥固定前2,4,6-TCP不能礦化,而將其混合固定后則可以礦化,且壽命延長(zhǎng)

包埋法

不動(dòng)桿菌和產(chǎn)堿桿 菌 活性污泥

苯甲酸類(lèi)化固定化細(xì)菌對(duì)較高溫度、較高pH和廢合物的配水 水中毒物均有較強(qiáng)的耐受力

包埋法

PVA-H3BO3添加粉 末活性炭 PVA-H3BO3 -紗布

配水含水胺硫磷 可將COD去除率作為固定化微生物對(duì)農(nóng)藥降解活性的常用評(píng)價(jià)指標(biāo)

包埋法

皮氏伯克霍爾德氏菌 配水含喹啉 紗布-PVA復(fù)合載體的處理效果好;固定

化細(xì)菌降解喹啉的反應(yīng)符合零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

吸附法 聚氨基甲酸酯泡沫 假單包菌NGK1

配水含萘

與CA、瓊脂和ACAM及流離態(tài)微生物細(xì)胞相比,此固定化微生物細(xì)胞的處理效果提高,且穩(wěn)定性好

固定化微生物反應(yīng)器方法可用于甲醇廢水的深度處理

吸附法

顆粒活性炭

可降解甲醇的微生物 廢水中細(xì)菌

甲醇廢水

吸附法

棒狀活性炭 啤酒廢水

用固定化微生物細(xì)胞,用生物流化床的復(fù)合型生物反應(yīng)器,用內(nèi)循環(huán)工藝,可提高廢水的處理效率

聚集﹒交聯(lián)法

凝聚劑加戊二醛 膠質(zhì)紅環(huán)菌 配水含吲哚 確定了該菌固定化后的最 佳降解條件

及幾種金屬離子對(duì)降解性能的影響

固定化微生物技術(shù)在大氣中的應(yīng)用

固定化微生物技術(shù)在水相污染物處理中顯示了一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì),近年來(lái)氣相污

染物(惡臭、VOC等)的生物處理逐漸普遍,從20世紀(jì)90年代我國(guó)才開(kāi)始研究固定化微生物凈化大氣,目前僅有同濟(jì)大學(xué)、昆明理工大學(xué)等少數(shù)機(jī)構(gòu)在研究。采用固定床反應(yīng)器,以海藻酸鈉包埋活性污泥進(jìn)行含NH3臭氣處理,氣相NH3去除率大于92%,千克固定化濕顆粒的硝化速度(以N計(jì))>0.63g/d。硝化速度最高可達(dá)2.93g/d。采用海酸鈉包埋,CaCl2膠聯(lián)法,利用滴濾塔反應(yīng)器凈化含H2S氣體,最大有效處理H2S的體積負(fù)荷可達(dá)6000～6500g/(m3?d),凈化效率保持在87%以上。采用固定化微生物處理含甲硫醇惡臭氣體,顆粒填充床生物脫臭塔運(yùn)行試驗(yàn)表明,在空塔停留時(shí)間不大于13s時(shí),對(duì)低濃度甲硫醇?xì)怏w(<12.9mg/m3)的去除率在99.0%以上,對(duì)高濃度甲硫醇?xì)怏w(>21.4mg/m3)去除率在99.0%以上,當(dāng)空塔停留時(shí)間減少到6.5s時(shí),對(duì)低濃度甲硫醇?xì)怏w的去除率仍可維持在80.0%,脫臭塔對(duì)由于濃度和進(jìn)氣量升高造成的沖擊負(fù)荷具有較強(qiáng)的緩沖能力。

固定化微生物技術(shù)在污染土壤中的應(yīng)用

將固定化微生物技術(shù)應(yīng)用于土壤污染的研究是一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。中科院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所對(duì)此進(jìn)行了嘗試性的研究,采用聚乙烯醇包埋土著優(yōu)勢(shì)菌降解含多環(huán)芳烴的污染土壤,結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)固定后的細(xì)菌和真菌對(duì)菲、芘的降解明顯高于土著游離菌。

固定化技術(shù)存在問(wèn)題和研究方向

固定化微生物技術(shù)具有以下特點(diǎn) :(1)可提供高濃度 的生物量 和高度的 生物活性。采用流化床固定化微生物處理廢水,微生物量高達(dá) 20000 —40000mg/l;(2) 通過(guò)生物育種,將具有特殊功能的微生物固定化后,能 處理用常規(guī)方法難分解的有機(jī)污染物;(3) 固定化后,微生物的抗毒性明顯升高 ;(4) 固定化微生物 反應(yīng)器體積小,可節(jié)省用地 。

固定化微生物技術(shù)在環(huán)境工程中的前景是不可估量的 , 但目前此類(lèi)技術(shù)還存在許多問(wèn) 題有待于研究 , 相應(yīng)地就形成了 今后一段時(shí)間里固定化技術(shù)的研究方向 :

(1) 載體是固定化技術(shù)的重要組成部分 , 而目前載體價(jià)格仍然令人難以承受 。 而且一般固定化微生物半衰期較長(zhǎng)的也僅能達(dá)到 100 多天 , 實(shí)際運(yùn)行要頻繁

更換載體 , 顯然既不經(jīng) 濟(jì) , 運(yùn)行管理 也麻煩 。 因此進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新型性能優(yōu)良的固定化載體 ,對(duì)固定化技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要 ;

(2) 對(duì)固定化細(xì)胞的穩(wěn)定性問(wèn) 題尚缺乏研究 ,提高固定化細(xì)胞的穩(wěn)定性 、 改善固定化技術(shù)處理效果及使用 性能也是今后的一個(gè)研究重點(diǎn) ;

(3) 實(shí)際污染物是一個(gè)十分復(fù)雜的混合體系 ,用單一菌種處理一般很難達(dá)到要求 , 因此對(duì)于復(fù)雜的污染物體系 , 是采用混合菌還是單一高效菌分級(jí)處理 , 有待于進(jìn)一步研究 ;

(4) 固定化技術(shù)目前應(yīng)用的范圍比較小 , 如何把基因工程菌和固定化技術(shù)結(jié)合起來(lái) , 拓寬可處理污染物的種類(lèi) , 從而使固定化技術(shù)可以廣泛地運(yùn)用于工業(yè)污水 、 生 活廢水處理

(5) 廢水二級(jí)處理后出水的進(jìn)一步脫氮除磷問(wèn)題是國(guó)內(nèi)外研究的難題和熱點(diǎn) , 而固定化微生物可以同時(shí)脫氮除磷 , 因此如何把固定化微生物技術(shù)用于城市污水廠二沉池后的脫氮除磷將是今后的又一研究重點(diǎn) 。

(6) 固定化顆粒的相對(duì)密度是影響處理效果的一個(gè)不可忽略的因素 , 如何改善和調(diào)節(jié)固定化微生物顆粒的相對(duì)密度也有待于進(jìn)一步研究 。