固定化微生物技术及其在重金属废水处理中的应用

第7卷第7期环境污染治理技术与设备

Vol.7,No.72006年7月Techniques and Equi pment for Envir on mental Polluti on Contr ol

Jul.2006

固定化微生物技术及其在重金属

废水处理中的应用

徐雪芹　李小明3

　杨　麒　曾光明　金　科

(湖南大学环境科学与工程学院,长沙410082)

摘　要　固定化微生物技术是一种有效的废水生物处理技术。较为全面地介绍了其定义、分类及载体选择。全面系

统地介绍了固定化微生物(主要是菌类和藻类)技术近年来在重金属废水处理中的应用现状,分析认为,固定化微生物技术对于处理含各种重金属离子的废水均有很广阔的应用前景,并对今后的研究方向做了探讨。

关键词　固定化微生物　载体　菌类　藻类　重金属　废水处理

中图分类号　X172 文献标识码　A 文章编号　100829241(2006)0720099207

I mm ob ili zed m i croorgan is m technology and its appli ca ti on i n heavy

m et a l wa stewa ter trea t m en t

Xu Xueqin L i Xiaom ing Yang Q i Zeng Guang m ing J in Ke

(Depart m ent of Envir onmental Science and Engineering,Hunan University,Changsha 410082)

Abstract I m mobilized m icr oorganis m s technol ogy is one kind of effective bi otechnol ogy for waste water treat m ent .The definiti on,classificati on and carrier of m icr oorganis m i m mobilizati on are p resented in details .The recent situati on of app licati on on i m mobilized m icr oorganis m s technol ogy mainly including fungus and algae for heavy metal waste water treat m ent is p resented syste m ically .The wide f oregr ound of app licati on of i m mobilized m i 2cr oorganis m technol ogy in heavy mental waste water treat m ent is analysed and esti m ated in this paper.The re 2search orientati on in the future is als o discussed.

Key words I m mobilized m icr oorganis m;carrier;fungus;algae;heavy metal;wastewater treat m ent

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50478054);国际科技合作

重点项目(2004DF A06200);长沙市科技计划重点资助项目(K051132272)

收稿日期:2005-08-25;修订日期:2006-01-09

作者简介:徐雪芹(1980～),女,硕士研究生,主要从事水污染控制

工程。E 2mail:xueqin_hg@

3通讯联系人:E 2mail:x m li@hnu .cn

固定化微生物技术是从20世纪60年代末直接从固定化酶技术发展起来的,通过物理或化学的手段,将游离的微生物固定在限定的空间区域使其保持活性,并可反复利用的一项技术。利用固定化微生物技术,可将选择性地筛选出的优势菌种加以固定,构成一种高效、快速、能连续处理的废水处理系统,可以有效地减少二次污染。固定化微生物技术具有细胞密度高、反应速度快、稳定性强、耐毒害能力强、微生物流失少、产物分离容易和剩余污泥少等优点。这些突出优点使其在废水处理中受到重视,特别是在处理重金属废水时效果良好,且已表现出

了巨大的潜力,成为近年来国内外学者研究的热点。

1　微生物固定化方法和载体

1.1　微生物固定化方法

目前,处理废水的微生物固定化方法多种多样,

根据所固定微生物种类的不同,固定化方法也不同,

常用的主要有4种:吸附法、包埋法、交联法和共价结合法。吸附法是依据带电的微生物细胞和载体之间的静电作用,使微生物细胞固定的方法,是传统的固定微生物的方法。包埋法是使细胞扩散进入多孔性载体内部,或利用高聚物在形成凝胶时将细胞包埋在其内部。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、

羟基和氨基酸等进行交联,形成共价健来固定细胞。共价结合法是将菌体活化后,利用微生物细胞表面功能团(如

氨基、羧基、巯基、咪唑基、酚基和羟基等)与固相载

环境污染治理技术与设备第7卷

体表面基团之间形成化学共价键连接,从而成为固定化细胞。新近发展的技术还有无载体固定化方法,该法是利用某些微生物具有自絮凝形成颗粒的特性,使微生物产生自固定,成为无载体固定化技术。这种固定化方法是一种全新的概念[1]:在自絮凝颗粒形成过程中,同时形成了微生物的适宜生态环境,使之有利于微生物代谢之间的协调。这种方法相比于以往的一些固定方法具有显著的优势,将在环境工程中的污水处理领域得到广泛的应用[2]。

1.2　微生物固定化载体

不同的固定化方法对固定化载体有不同的要求,理想的微生物固定化载体应具备以下条件:机械强度高,寿命长,具备一定的容量,价格低廉;性质稳定、不易被生物降解;固定化过程简单,常温下易于成形,固定化过程及固定化后对微生物无毒;生化及热力学稳定性好;基质通透性好,沉淀分离性好;具有惰性,不能干扰生物分子的功能。

常用的固定化微生物的载体可分为无机载体、有机高分子载体和复合载体3大类:

(1)无机载体如多孔玻璃、硅藻土、活性炭和石英砂等。

(2)有机载体还可分为2类:一类是高分子凝胶载体,如琼脂、角叉莱胶和海藻酸钙等;另一类是有机合成高分子凝胶载体,如聚丙烯酰胺凝胶、聚乙烯醇凝胶、光硬化树脂和聚丙烯酸凝胶等。

(3)复合载体是一种新型载体,由无机载体和有机载体材料结合而成,使2类材料的性能互补,从而显示复合载体材料的优越性。可有效解决固定化细胞应用于废水处理所面临的成球难、易破碎、活性丧失大等问题,在降低成本、提高废水处理效果等方面具有明显的优势。

常见的几种固定化载体性能比较如表1所示。

表1　几种固定化载体的性能比较

Tabel1　Co m par ison of character isti cs of so m e i m m ob ili zed m i croorzgan is m carr i ers 性能

载体

琼脂海藻酸钙角叉莱胶ACAM P VA2硼酸

压缩强度(kg/c m2)0150180181142175

耐曝气强度差一般一般好好

扩散系数(×10-6c m2/s)3/618(30℃)3137(25℃)5144～6167(60～75℃)3142(25℃)有效系数3375685860/

耐生物分解性差极差好好好

生物毒性无无极强较强一般

固定的难易易易难难较易

成本便宜较便宜贵贵便宜

3基质为葡萄糖;33有效系数=固定化细胞氧利用速度(mg O2/h)×100/将固定化细胞破碎时的氧利用速度(mg O2/h)

2　固定化技术在重金属废水处理中的应用

环境中重金属的危害已为人们所认识,加快经济与环境方面可行的治理技术和处理系统的研究是非常重要的。处理高浓度重金属废水可采用沉淀过滤、离子交换、反渗透、氧化还原、溶剂萃取、膜分离及电沉积,但这些方法用于治理低浓度废水时效果不好,不能使金属浓度降到排放标准以下。大量研究表明,微生物固定化后有利于解决这一难题。目前处理重金属废水的固定化微生物来源主要是菌体和藻类。211　固定化菌类

细菌是地球上最丰富的微生物,繁殖能力很强,用于废水处理无疑将是取之不尽的廉价资源。另外,发酵工业产生的大量废菌体(如啤酒酵母、面包酵母、根霉属菌和枯草杆菌等)也是极具潜力的生物吸附剂,其价廉易得,在吸附能力方面的表现也是非常引人注目的。

国外学者在研究固定化真菌方面,已研制出大量新型高效的去除废水中金属离子的固定化生物吸附剂。I qbal等[3]用一种新型经济的多孔载体2丝瓜瓤固定黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium),

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