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固定化技術包括固定化酶技術與固定化微生物技術。固定化微生物技術是用化學或物理手段將游離微生物定位于限定的空間區域,并使其保持活性及反復利用的方法。由于該技術既不需要把酶從細胞中提取出來,又不需要加以純化,因而酶活性損失小。研究和應用表明,固定化微生物技術有微生物密度高、反應速度快、耐毒害能力強、微生物流失少、產物分離容易、處理設備小型化等優點。目前,固定化微生物技術廣泛應用于環境污染治理方面的研究,主要的治理對象為難處理的有機廢水及重金屬污染的廢水,同時研究還涉及到大氣和土壤的污染治理。

固定化微生物技術在廢水中的應用

固定化微生物技術在廢水處理中應用較廣,被處理廢水的種類主要有:造紙廢

水、印染廢水、含氮廢水、含難降解污染物的有機廢水、重金屬廢水、其他廢水。固定化微生物技術在廢水生物處理領域中,具有獨特的優越性和巨大的潛力,但要實用化還有許多問題亟待解決:(1)尋找高效、廉價、抗毒性強的微生物,發展多種生物共生的固定化體系;(2)開發性能穩定、強度高、壽命長、費用低、傳質阻力小的固定化載體;(3)開發高效的固定化反應器;(4)高強度廢水固定化處理和其他優化組合的處理工藝的開發。相信通過不斷研究,固定化微生物技術在廢水處理中會成為一項高效而實用的廢水處理技術,并獲得廣泛的應用。

固定方法

載體

微生物

處理對象

主要結論

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 固定藻對汞的去除率明顯高于懸浮藻

半透膜 光合細菌

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,可長期連續使用

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

包埋法

不動桿菌和產堿桿 菌 活性污泥

苯甲酸類化固定化細菌對較高溫度、較高pH和廢合物的配水 水中毒物均有較強的耐受力

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農藥降解活性的常用評價指標

包埋法

皮氏伯克霍爾德氏菌 配水含喹啉 紗布-PVA復合載體的處理效果好;固定

化細菌降解喹啉的反應符合零級反應動力學

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及流離態微生物細胞相比,此固定化微生物細胞的處理效果提高,且穩定性好

固定化微生物反應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

用固定化微生物細胞,用生物流化床的復合型生物反應器,用內循環工藝,可提高廢水的處理效率

聚集﹒交聯法

凝聚劑加戊二醛 膠質紅環菌 配水含吲哚 確定了該菌固定化后的最 佳降解條件

及幾種金屬離子對降解性能的影響

固定化微生物技術在大氣中的應用

固定化微生物技術在水相污染物處理中顯示了一定的技術優勢,近年來氣相污

染物(惡臭、VOC等)的生物處理逐漸普遍,從20世紀90年代我國才開始研究固定化微生物凈化大氣,目前僅有同濟大學、昆明理工大學等少數機構在研究。采用固定床反應器,以海藻酸鈉包埋活性污泥進行含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)>0.63g/d。硝化速度最高可達2.93g/d。采用海酸鈉包埋,CaCl2膠聯法,利用滴濾塔反應器凈化含H2S氣體,最大有效處理H2S的體積負荷可達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行試驗表明,在空塔停留時間不大于13s時,對低濃度甲硫醇氣體(<12.9mg/m3)的去除率在99.0%以上,對高濃度甲硫醇氣體(>21.4mg/m3)去除率在99.0%以上,當空塔停留時間減少到6.5s時,對低濃度甲硫醇氣體的去除率仍可維持在80.0%,脫臭塔對由于濃度和進氣量升高造成的沖擊負荷具有較強的緩沖能力。

固定化微生物技術在污染土壤中的應用

將固定化微生物技術應用于土壤污染的研究是一個嶄新的領域。中科院沈陽應用生態研究所對此進行了嘗試性的研究,采用聚乙烯醇包埋土著優勢菌降解含多環芳烴的污染土壤,結果表明,經過固定后的細菌和真菌對菲、芘的降解明顯高于土著游離菌。

固定化技術存在問題和研究方向

固定化微生物技術具有以下特點 :(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 20000 —40000mg/l;(2) 通過生物育種,將具有特殊功能的微生物固定化后,能 處理用常規方法難分解的有機污染物;(3) 固定化后,微生物的抗毒性明顯升高 ;(4) 固定化微生物 反應器體積小,可節省用地 。

固定化微生物技術在環境工程中的前景是不可估量的 , 但目前此類技術還存在許多問 題有待于研究 , 相應地就形成了 今后一段時間里固定化技術的研究方向 :

(1) 載體是固定化技術的重要組成部分 , 而目前載體價格仍然令人難以承受 。 而且一般固定化微生物半衰期較長的也僅能達到 100 多天 , 實際運行要頻繁

更換載體 , 顯然既不經 濟 , 運行管理 也麻煩 。 因此進一步開發新型性能優良的固定化載體 ,對固定化技術的發展至關重要 ;

(2) 對固定化細胞的穩定性問 題尚缺乏研究 ,提高固定化細胞的穩定性 、 改善固定化技術處理效果及使用 性能也是今后的一個研究重點 ;

(3) 實際污染物是一個十分復雜的混合體系 ,用單一菌種處理一般很難達到要求 , 因此對于復雜的污染物體系 , 是采用混合菌還是單一高效菌分級處理 , 有待于進一步研究 ;

(4) 固定化技術目前應用的范圍比較小 , 如何把基因工程菌和固定化技術結合起來 , 拓寬可處理污染物的種類 , 從而使固定化技術可以廣泛地運用于工業污水 、 生 活廢水處理

(5) 廢水二級處理后出水的進一步脫氮除磷問題是國內外研究的難題和熱點 , 而固定化微生物可以同時脫氮除磷 , 因此如何把固定化微生物技術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 。

(6) 固定化顆粒的相對密度是影響處理效果的一個不可忽略的因素 , 如何改善和調節固定化微生物顆粒的相對密度也有待于進一步研究 。