固定化技术在环境修复工程中的应用研究进展

展。
对 于 现 在 环境 中 已经 普遍 应 用 的 生物 膜 法 ， 往 存 在着 容 往 易解体、强度不高、高效微 生物 少等 的局限性ｌ，而通 过Ｌ定 ＿ Ｊ 司 化 技 术 可 以在 很 大程 度 上 避 免 生物 膜法 的这 些 缺 点 ， 固 定化 使 微 生物 技术 具有 高 效 、 快 速 、 耐受 性 强 （ＨＨ、 温 度 、有 机 溶 ￣ｐ 剂 、 有 毒物 质） 固 液分 离效 果好 、污 泥产 量 少 、 微 生物 密 度 、 高、能够被重复和连续使用的优势 ，因此，其 在环境修复治 』 理 中得 到越 来 越 多 的 研究 和 应 用 。 在 实 际过 程 中 ， 有 的 吲 但 现 定 化技 术 又 有 各 自的 局 限性 和 缺 点 ， 选择 何 种 固定 化 方 法 、固 定化载体和运作 工艺，使 固定 化微生物保持 高稳定性和活度、 降低成本 ， 且能延长 固定微生物的使用寿命是该技术在环境修 复 中能 否 被 广 泛应 用 的关 键 。
１３ 交 联 法 ．
２３ 无 机 载 体 ．
［ 收稿 日期】 ２ １一２０ Ｏ０Ｏ —２ ［ 者 简介］ 邓福 （９０） 作 Ｊ８一，男 ，广 东 人，本科 ，工程 师 ，主 要从事环 境 工程 设计 方面的工 作
２１ ０ ０年 第 ７期
第３ ７卷 总 第 ２ ７期 ０
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如活性炭 、多孔陶 Ｊ、微 孔玻璃等。此类载体强 度火、传 二 质 性 好 、对 细 胞 无 毒 害 、价 格 便 宜 且 制 备过 程 简 单 ，ｆ比表 面 ｊ ． 积 、孔隙率大 ， 对微 生物 有较好的吸附作用 ，有较火 的应 用价 值 。但 是 它 们 有 密 度 大 、实 现 流 化 的能 效 高 、微 生物 吸附 有 限 和 易 脱落 等 缺 点 。 Ｊ 总之 ， 由于 有 机 载 体 与 无 机 载 体 各 有 利 弊 而 且 很 多方 面 义 呵 以互 补 ， 因而 研 究 将 这 两 种 载 体 相 结 合 ， 成 复 合载 体 材 料 ， 组 呵 以克 服 这 两 种 载 体 的缺 点 ，有 着 光 明 的 前 景
表 １ 各 种 固定 化 方 法 的 比 较
Ｔ ． Ｃｏ ｐａ ｉｏ ｈｅｗ ａ ｂｏｕ ｍ ｍ ｏｂ ｌ ａｂ １ ｍ ｒｓ ｎ ｏｆｔ ｙｓａ ｔｉ ｉｉ
定促光台细菌处理废水 ，４ 内Ｃ 、磷酸盐、氮的去除率分 ８ ＯＤ ｌ
别达至８ ０９％、 ７ ７％、９ ９％。
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【 要ｊ 绍 了微 生物 固定化 技术 的方法 ，包 括包埋 法、 吸附法 、交联法 、共价 结合 法 ，对 微 生物 固定 化载体 的选 择进行 了阐述 ，最 后对 微 ｝ 痨 介 生物 固定化 技术 在环境 修 复中 的应用研 究与 发展 前景 做 了一 些探 讨 。 【 词】 生物 固定化 技术 ；载体 ；环境 修复 ；发展 前景 关键 微 【 中圈分 类号 】 Ｘ ［ 献标识 码］ 文 Ａ 【 章编号 】０７１６（０ ００ －２８０ 文 １０ —８ ５２ １）７０ １－３
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第 ３ 卷 总第 ２ ７ ７ ０ 期
固定 化 技 术在 环 境 修 复 工程 中的应 用研 究进 展
邓 福
（ 莞市 粤海环 保科技 咨询 服务 有 限公 司 ，广 东 东 莞 ５ ３ ） 东 ２ ８ １ ２
微生物固定化技术（ Ｉ ｂｌｅ ｉｔ ｈ ｏｏ ｙ ，是从 ２ ｍｍｏ ｉｚｄ Ｂｏｅ ｎ ｌ ） ｉ ｃ ｇ Ｏ 世纪 ６ ０年代 开始迅速发展起来 的一项新技术 ，它是通 过化学 或物理的手段将 游离细胞或酶定位于限定 的空 问区域内， 使其 保 持 活 性 并 可反 复 利 用 。在 １５ ９ ９年 ，Ｈ ｔ ｒ等 首 次 实现 了大 ａ ｏｉ ｔ 肠 杆 菌 的 固 定化 ， 此 微 生 物 固 定化 技 术 发 展 迅 速 ， 从 至今 已经 形 成 了 较 为 完备 的理 论 和 方 法 。 项 技 术 最 初 主 要 用于 工 、 这 发 酵 ， 在 ２ 纪 ７ 年 代 以后 ，随着 环境 污 染 口益 严 重 ， 切 但 Ｏ世 Ｏ 迫 需 要 开 发 出一 种 高 效 、快 速 、能 连 续 处 理 污 染 物 的技 术 ， 多 许 的研究者将 目光投向了这一 一新兴 的技术 ， 并已在微 生物 吲定化 技术处理废水脱氮 ， 去除矿 山废水中重金属 ， 降解石油污染物 以 及 处 理 一 些 难 降 解 的 有 机 污 染 物 的 研 究 中取 得 了重 大 的进
３２ 重金属 污 染 的生物 修 复 ．
李 中华 等研究 了固定化 菌体 对矿 山废水 重金属 的吸附性 能 。结 果 表 明 ，固定 化 菌 体 对 重 金 属 柯 良好 的 富集 能 ，投 加 】 ５ ｇＬ 崮 定化 卤 俸 ，对 】 ０ ／ ｕ ５ ｎ 去 除 率 分 别 ／的 ０ ＬＣ 、 ０ｍｇＬＺ 的 ｍｇ ｎ达 ９ ． ４４％、８ ０ ６％。废 水ｐ 、菌 体 投 加 量 对 固定 化 菌 体 的 处 Ｈ 理 效 果 影 响 较 大 ，其 最佳 值 分 别 为 ３ ｇＬ １ ／ ｌ ／、 ｇ ５ ５ Ｌ。 张 欣 华 等 采 用 海 藻 酸 钠 包 埋 小 球 藻 和 叉 鞭 金 藻 ， 用 其 对 Ｎｒ 进 行 生 物 吸 附 ，研 究 了 固 定 化 小球 藻 和 同 定化 叉 鞭金 藻 对 污 水 ＬＮｒ 的吸 附率 。结 果 表 明 ：对 于 同 一 固定 化 微 藻 ， １ Ｉ 种 处 于 对 数 生 长 中期 时 对 Ｎ 吸 附 效 果 较好 ，且 吸 附 过 程 主 要 存 前４ｈ 成 ， 浓 度 越 大 ，吸 附 率 越 高 ， 定 化 微 藻 比 悬 浮 完 Ｎ 态 微 藻 吸 附率 高 。存相 同 的 实 验 条件 Ｆ， 定 化 小 球 藻 比 固 定 化 叉鞭 金 藻 吸 附 率 高 。 ． ｕ ｈｉ 等 研 究 了 用 壳聚 糖 和琼 Ａ Ｃ Ｈ ｍｐ ｒ ｓ ｅ 脂 固定 的Ｄｅｕｆｖｂｉ ｖ ｌ ｒ 细胞处理含ｃ Ⅵ ） ｓｌ ｉｒ ｕｇ ｉ ｏ ｏ ａｓ ｒ（ 的水 溶液表 明 ，吸 附能 力 与 时 河 的 关 系 符 台 二 级 方 程 。 杨 芬 对 水中Ｃ （Ｉ 的 吸附进行静态 实验 研究 ，结果表 ｕ Ｉ） 明 ： 定 化 藻 细 胞 对 水 中 Ｃ （ 吸 附率 明显 高于 未 矧 定化 藻 ｕ １１ Ｉ的 细 胞 ，且 固 定化 藻细 胞 可 以 用 ０５ｍｏ／ 解 吸 和 生 ，解 吸率 ． ｌ Ｌ 在 ８ ％以 。 Ｂ ｙａ ｇｕＧ，Ｋ ｃｒ ０ ａｒｍｏ ｌ ａａ Ｙ等 用 海 藻 酸 钙 包 埋 真 菌 ， 处理含Ｃ （ 废水 。 ｄ Ⅱ） 最大 吸附能 力为１４８ ２７ ｄ Ｉ）活菌） ０ － Ｃ （Ｉ（ ＋ ｍｇ 及 １３５ ４３ ｍｇ Ｃ （ ，０５ ｈ 镉 的 生 物 吸 附 很 快 就 达 到 ８ ． ． ２ ￣ ｄ Ⅱ） ． 内 ５ ％。海 藻 酸 钙一 真 菌 用 １ ０％ ＨＣ 处 理 ，回 收 吸 附率 达 到 原 来 的 １ ９ ％ ，处 理 ３ 后 ，吸 附 能 力 仪 只 略 降 。 ７ 次
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（ ｎ Ｇｕ ｎＹ ｅ ａ Ｅ ｖｒ ｎ ｎａ Ｐ ｏｅ ｔ ｎＴ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｕ ｔ Ｃｏ， ｔ ．Ｄｏ ｇ ｕ ｎ５ ３ ２ ， ｈｎ ） Ｄｏ ｇ ａ ｕ ｈ ｉ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔｌ ｒｔｃｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙＣｏ ｓ ｌ ．Ｌ ｄ ， ｎ ｇ ａ ２ ８ Ｃ ｉａ ｏ ｓ １
２ 微 生 物 固定 化 载 体
选 择 固 定 化载 体 是 固定 化 技 术 的 关键 。 想 的载 体 材 料 应 理 具有对微生物低毒性 ，具有多孔性 ， 传质快 、稳定性 能好 ， 没 有特异性吸附， 有适合引入配基 的官能 团， 不易被微生物降解 ， 强度高 ，寿命长和价格低廉等特点 。目前 ，固定化技术所使 Ｊ 用的载体材料主要分为三大类 ： 天然有机高分子载体、人工合 成有机载 体和无机载体 。
交联法又称无载体 固定化方法 ， 是利用微 生物中酶分子的 氨基和羟基与交联 剂的官能基 团反应 ， 交联形成共价键 ， 使微 生物菌体相互形成 网状结构 ，实现微生物 固定化 目的 。交联 Ｊ 法又分为物理交 联法和化学交联法。 前者是指在微生物培养过 程 中适 当改 变培养条件 ，使菌体 问发 生直 接颗 粒化产 生 自固 定， 同时形成 了微 生物 的适宜代 谢环境 ， 应该说这是一种新 的 固定化概 念。 比之下 ， 相 化学交联法 由于使用双功能 或多功能 的试剂 与微 生物进行分子间的交联 ， 催化活性中心构造可能受 到影响，而使酶显 著失活 ，且交联剂价格 昂贵 ， 故应 用受到一 定的限制 。 但可以尝试与其他 方法联合使用 ， 以改善其使用性 能，例如 ， 用凝聚剂与菌体 形成聚集体 ， 使 再利用交联剂进行 交 联 ，构 成立 体 网状 结 构 ， 样 可 以使 高 效 菌 体 不易 流失 ，生 这 物浓度 高，处理效果大为提 高＿。常用试剂有戊二醛、乙醇二 ， Ｊ 异氰酸酯等 。
２１天 然有 机载体 ．
２２ 人 工合成有 机载体 ＿
如海藻酸盐、卡拉 胶、琼脂等。这类载体对微 生物无毒害 作用，传质性好 。但是机械 强度低 ，易被微生物分解 。
１２ 吸 附 法 。 吸附法是依据带 电的微生物细胞和载 体之 间的静电、 面 表
张力和黏附力 的作用 ， 而使微 生物细胞固定在载 体表面和 内 从 部形成生物膜 的方法 。该方法属物理吸附 ，操作简单易行 、 Ｊ 条 件 温和 ， 生物 固 定过 程 对 细 胞 活 性 的 影 响 小 ， 所 固定 的 微 但 微生物数量受所用载体 的种 类及其表面积的限制， 而且结合不 够牢固，反应稳定性 和重复性都 比较差。
如 聚 丙烯 酰胺（ Ａ 凝胶 、 聚 乙烯醇（Ｖ 凝 胶等 。 ＡＣ Ｍ） ｅ Ａ） Ａ Ｍ凝胶强度较高， ＣＡ 传质性一般 ， 由于 丙烯酰胺单体对微 生 物活性有害 ， 废水处理中应用并不广泛 。 Ｖ Ｐ Ａ凝胶是国内外研 究最为广泛的一种包埋 固定化载体， 它具有强度高、化学稳定 性 好 、抗微 生物 分 解 性 强 、 细胞 无 毒 且 价 格 低廉 等 一 系列 优 对 点 。有研究者以５ Ｏ％的Ｎ ＮＯ 代替Ｐ Ａ一 ａ ３ Ｖ 硼酸中的饱 和硼酸做 交联剂 ， 大大 降 低 了对 微 生物 的毒 害性 ， 增 加 了凝 胶 的成 球 并 性和传质性能 。因而具有很大的利 用价值 。
１ 微 生 物 固定 化 方 法
现阶段研究 的微生物固定化疗法 多种 多样 ， 但大致可 以分 为 四种 ：包 埋 法 、吸 附 法 、 交联 法和 共 价 结 合 法 。
１１ 包 埋 法 ． 包 埋法 是将微 生物 限定在 凝胶的微小格子 或微胶囊等有
限空间内， 或使微生物细胞扩散进入多孔性 的载体 内部 ，同时 能让基质渗入和产物扩散出来 。包埋法固定化操作简单 ，对 微 生物活性影响小， 颗粒强度高 ， 目前研究最 多的固定化方 是 法 ｆ。但包埋材料会在一定程度上阻碍 底物和氧 的扩散 ， 大 ４ Ｊ 对 分子底物不适用。
１４ 共价 结合法 ．
共价法就是使非水溶性载体与酶 以共价键 的形式结合。 用 共 价键 固 定酶 ，载 体 与 酶 的结 合牢 固 ，半衰 期 较 长 。但 由于 化 学共价法结合 时反应 剧烈 ，常常 引起酶蛋 白高级 结构发 生变 化 ，因 此一 般 活 性 回 收 较 低 。 此 外 ， 生 物 固 定化 的 方法 还 有 介 质 截 留 法 ，自身 固定 化 微 等。
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