固定化微生物技术在废水处理中的应用研究进展

发生反应, 使其彼此交联形成网状结构的固定化细 胞, 其结合力是共价键 [ 6] 。常用的交联剂有戊二醛、 甲苯二异氰酸酯等。该法反应条件激烈, 对细胞活 性影响大。千烟一郎曾用此法制得具有天门冬氨酸
活力的固定化大肠杆菌细胞。
床内厌氧颗粒污泥, 都是依靠微生物吸附于载体 (填 料 )表面或自聚凝而成, 尽管成膜过程或颗粒化过程 的机理不甚清楚, 但技术工艺已非常成熟 [ 5] 。 1. 3 共价结合法
固定化微生物处理含金属离子废水研究也受到
相应关注, 这对于拓展固定化微生物处理废水领域
而言意义重大。微生物固定化后, 其稳定性增加, 对
毒性物质的承受能力和降解能力都明显增强, 因此
可被用于各种有机废水中各种重金属离子的去除。 严国安、李益健 [ 9 ] 研究了固定化小球藻对含 H g2+ 废
水净化及生理特征的影响, 利用褐藻酸钙凝胶包埋
收稿日期: 2009 - 02- 13 作者简介: 肖亦 ( 1981- ), 男, 江苏泰兴人, 硕士研究生, 工程师, 主要
从事环境监测、评价、研究分析工作。 通讯联系人: 肖亦
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发展前景。
1 固定化法
国内外不同的研究工作者对固定化法采用不同 的分类方法, 目前较合理的固定法大致有包埋法、吸 附法、共价结合法和交联法四大类, 其中以包埋法最 为常用 [ 2- 4 ] 。 1. 1 包埋法
印染废水处理中的应用及研究进展状况进行了综述。
关键词: 固定化微生物; 废水处理; 研究进展
中图分类号: X703. 1
文献标识 码: A
R esearch Advances in App lications of Immobilized M icroorgan ism T echnology
on W astewater T reatment
第 34卷第 6 期 2009 年 6 月
环境科学与管理 ENV IRONM ENTAL SC IENCE AND M ANAG EM ENT
文章编号: 1674- 6139( 2009) 06- 0082- 03
Vol1 34 N o1 6 June 2009
固定化微生物技术在废水处理中的应用研究进展
在硝化、反硝化 研究方面, 最早 是 N ilsson[ 5] 用 海藻酸钙固定假单胞反硝化菌, 采用填充柱对地下 水中浓度为 20 mg/L的硝酸盐进行两个月的连续脱 氮试验, 脱氮效果良好, 反硝化速度为 66 mg / ( h# kg凝 胶 ), 容 积 负荷 为 316 kg/ ( m3 # d )。 随后, V anott i等 [ 8] 用 PVA冷冻法把硝化污泥固定在聚乙 烯醇小球里, 用来处理养猪废水。采用批量试验和
连接, 从而成为固定化细胞。该法细胞与载体之间 的连接键很牢固, 使用过程中不会发生脱落, 稳定性 好, 但反应条件激烈, 操作复杂, 控制条件苛刻。利
易; ( 6)水不溶性; ( 7) 价格低廉等。研制开发具有 这些特性的载体是固定化微生物研究中最为重要的 课题之一。各种常用载体性能见表 1。
用此法制备的固定化细胞, 细胞大多死亡。有人用
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连续试验进行好氧处理, 研究结果表明: 硝化污泥小
球不受养猪废水高 BOD浓度的影响, 适用于快速和
有效地去除厌氧养猪废水塘中的
NH
+ 4
。
3. 3 去除废水中重金属离子的研究
微生物的酚去除率达 90% 以上, 其中三乙酸纤维单 载体从固定化操作容易看出复合载体有利; 与采用 同样载体的 表面 吸附 生物 膜法比 较, 当负 荷小 于 113 kgCOD /m3 # d时, 两种方法处理效果相差不大, 但负荷较高时, 包理法固定化微生物比生物膜法处
理效果好, 显示出优势。 3. 2 处理氨氮废水的研究
包埋法是用物理方法将微生物细胞包埋在凝胶 的微小空格内或埋于半透膜聚合物的超滤膜内。根 据载体材料和方法的不同, 包埋法可分为凝胶包埋 法和半透膜包埋法两种。凝胶包埋法是将细胞包埋 在各种凝胶内部的微孔中而使细胞固定的方法; 半 透膜包埋法是将细胞包埋在由各种高分子聚合物制
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度的增加而降低, 但悬浮藻降低幅度显著。
3. 4 处理农药、杀虫剂废水的研究 陈敏等 [ 10] 利用聚乙烯醇包埋活 性炭和微生物
的固定化技术对有机磷农药水胺硫磷的降解进行了
试验研究, 结果表明, 经固定的微生物对温度、pH 值
和水样水胺硫磷浓度的适应范围扩大, 在三个月的
连续试验中, 水样初始 CODcr浓 度为 1 300 mg /L~ 2 500 mg/L, 水样 pH 为 7, 停留时间 24小时, 在恒
固定化普通小球藻, 并对人工配制的含汞废水进行 静态净化试验。研究了不同 H g2+ 浓度对固定化小
球藻净化废水过程中氨氮、正磷酸盐的处理效率以
及小球藻的 4个生理指标 (叶绿素 a、光和强度、生
长和过 氧化物 酶 ) 的影 响, 并 与悬浮 藻对 照比 较。 结果表明: 由于小球藻的固定化增加了对 H g2 + 毒性
的抗性, 012 @10- 6 浓度的 H g2+ 对其 净化效率无多 大影响, 而悬浮藻的净化效率明显下降; 随着 H g2+
浓度的增加, 固定化小球藻对废水净化效率逐渐下 降、但其净化效率仍高于不含 H g2+ 废水中悬浮藻的
净化效率。同时固定化藻的生长、叶绿素 a含量、光 和强度和过氧化物酶活性与悬浮藻一样随 H g2+ 浓
A b stract: Immob ilized m icroorganism was an effective b iological wastewater treatmen t technology. It had many advan tages than common b iolog ical treatm en ts, such as h igherm icrob ial density, faster response, stronger ab ility for resistance to poison, fe2 werm icro- organ isms loss, eas ier separation of the produc,t eas ierm in mi ization of the process ing equ ipm en .t Th is paper summa2 rized the stud ies on the app lication of mi mob ilized m icroorgan ism technology in wastewater treatmen,t includ ing the technology of mi mob ilized m icroorgan ism, them ethods of mi mobilization ofm icroorgan ism, the capab ility of the mi mob ilized carriers, and the technology of mi mob ilization for hard to degrade wastewater.
共价结合法是细胞表面上功能团 (如 A- , E氨基、A- , B- 或 C- 羧基或羟 基咪唑基、酚基等 )
和固相支持物表面的反应基团之间形成化学共价键
2 固定化细胞的载体 [ 3- 4]
开发筛选理想的固定化细胞载体是固定化细胞 技术能否投入实用的关键。适用于废水处理的理想 固定化细胞载体应具备以下特点: ( 1)对 微生物无 毒性; ( 2)传质性能好; ( 3)性质稳定, 不易被生物分 解; ( 4)强度高、寿命长; ( 5)细胞的 固定化操作 容
K ey words: mi mob ilized m icroorgan ism; wastewater treatmen;t research advan ces
固定化微生物技术是用化学或物理的手段将游 离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, 是六十年代发展起来的新兴生物技 术。它以其独特的优点应用于废水的处理, 近年来 一直是国内外学者研究的热点之一, 同时也获得了 令人鼓舞的研究成果。研究和应用表明 [ 1] , 固定化 微生物技术具有微生物密度高、反应速度快、耐毒害 能力强、微生物流失少、产物分离容易、处理设备小 型化等优点。因此, 该技术有着远大的应用潜力和
表 1 常用载体性能的比较
载体 压缩强度 ( kg/ cm 2 )
琼脂 01 5
海藻酸钙 01 8
角叉莱胶 01 8
聚丙烯酰胺 11 4
PVA- 硼酸 21 75
耐曝气强度
差
一般
一般
好
好
扩散系数 ( cm2 / s)
75
68
58
60
/
耐生物分解性
差
较差
较差
好
好
对生物毒性
无
无
无
较强
一般
固定的难易
易
易百度文库
易
X iao Y i1, Zhong F ei2, P an X ianxiao3
( 1. Taix ing E nv ironmentalMon itoring Station, T aixing 225400, Ch ina; 2. Chem ical Eng ineering D epartmen,t Shash iUn iversity, Jingzhou 434000, Ch ina; 3. Department ofApp lied Chem istry, Nan jing Chem ical Chem istry Co llege, N an jing 210048, Ch ina)
肖亦等 # 固定化微生物技术在废水处理中的应用研究进展
Vol1 34 N o1 6 June 2009
成的小球内而使细胞固定的方法。目前工业应用中 此法将卡尔酵母固定在已活化的多孔玻璃珠上, 虽
以凝胶包埋法固定细胞最为广泛。 1. 2 吸附法
吸附法又叫载体结合法, 是依据带电的微生物细 胞和载体之间的静电、表面张力和粘附力的作用, 而
肖亦 1, 钟飞 2, 潘献晓3
( 1. 泰兴市环境监测站, 江苏 泰兴 225400; 2. 沙市大学 化学工程系, 湖北 荆州 434000; 3. 南京化工职业技术学院 应用化学系, 江苏 南京 210048)
摘 要: 固定化微生物技术是一种有效的 废水生物处理技术, 与一般生 物处理 法相比 具有微生 物密度 高、反应
然细胞已经死亡, 但仍然保留生产尿酐酸的活性。 1. 4 交联法
交联法是利用双功能或多功能试剂, 直接与细 胞表面的反应基团 (如氨基酸、羟基、硫基、咪唑基 )
使微生物细胞固定在载体表面和内部形成生物膜的 方法, 可分为物理吸附法和离子吸附法两种。从本质 上来看, 吸附固定法是微生物自我固定, 它在废水生 物处理中已广泛应用, 如生物塔滤池、生物接触氧化 法、厌氧滤器、厌氧流化床等生物膜, 以及上流式污泥
难
较易
成本
便宜
较便宜
贵
贵
便宜
3 固定化细胞在废水处理中的应用
3. 1 在难降解有机污染物中的应用 难降解有机物用在常规生物处理工艺时一般去
除效率很低, 这主要是因为分解和转化这些有机物 的微生物的增殖速度极慢、世代时间很长, 难以在常 规生物处理装置内积累到足以使这些污染物产生明 显降解的浓度。利用固定化微生物的特点, 可选择 性地筛选一些特殊优势菌种并加以固定化, 增加其 在生物处理装置内的生物浓度, 以提高难降解有机 物的处理效 率。 Yang[ 7] 用三 乙酸纤维素脂 与海藻 酸钙的复合载体包埋混合好氧菌处理含酚废水, 并 与采用同样载体的表面吸附生物膜法进行比较, 当 容积负荷小于 910 kgCOD /m3 # d时, 包埋法固定的
速度快、耐毒害能力强、微生物流失少、产物分离容 易、处理 设备小型 化等优 点。对固 定化微生 物技术、微 生物
的固定化方法 (包埋法、吸附法、共价结合法和交联法 ) 、固定化载体 的性能 ( 压缩强度、耐曝 气强度、扩散系数、
耐生物分解性、对生物毒性、固定的难易、成本 )及固定化技术在难降解有机污染物废水, 含氨氮、重金属、农药、