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固定化技术包括固定化酶技术与固定化微生物技术。固定化微生物技术是用化学或物理手段将游离微生物定位于限定的空间区域,并使其保持活性及反复利用的方法。由于该技术既不需要把酶从细胞中提取出来,又不需要加以纯化,因而酶活性损失小。研究和应用表明,固定化微生物技术有微生物密度高、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。目前,固定化微生物技术广泛应用于环境污染治理方面的研究,主要的治理对象为难处理的有机废水及重金属污染的废水,同时研究还涉及到大气和土壤的污染治理。

固定化微生物技术在废水中的应用

固定化微生物技术在废水处理中应用较广,被处理废水的种类主要有:造纸废

水、印染废水、含氮废水、含难降解污染物的有机废水、重金属废水、其他废水。固定化微生物技术在废水生物处理领域中,具有独特的优越性和巨大的潜力,但要实用化还有许多问题亟待解决:(1)寻找高效、廉价、抗毒性强的微生物,发展多种生物共生的固定化体系;(2)开发性能稳定、强度高、寿命长、费用低、传质阻力小的固定化载体;(3)开发高效的固定化反应器;(4)高强度废水固定化处理和其他优化组合的处理工艺的开发。相信通过不断研究,固定化微生物技术在废水处理中会成为一项高效而实用的废水处理技术,并获得广泛的应用。

固定方法

载体

微生物

处理对象

主要结论

包埋法

聚砜纤维膜 假单胞菌

高浓度苯酚废水 浓度为1200mg/L的苯酚在95h内可完全降解

包埋法 包埋法

褐藻酸钠 小球藻 重金属汞 固定藻对汞的去除率明显高于悬浮藻

半透膜 光合细菌

味精厂、屠宰厂排放废水 2,4,6-三氯苯酚

研制了新的固定化方法—半透明包埋法,可提高处理效率,可长期连续使用

包埋法

k2角叉藻聚糖/明胶 凝胶 CA

厌氧和好氧污泥

厌氧和好氧污泥固定前2,4,6-TCP不能矿化,而将其混合固定后则可以矿化,且寿命延长

包埋法

不动杆菌和产碱杆 菌 活性污泥

苯甲酸类化固定化细菌对较高温度、较高pH和废合物的配水 水中毒物均有较强的耐受力

包埋法

PVA-H3BO3添加粉 末活性炭 PVA-H3BO3 -纱布

配水含水胺硫磷 可将COD去除率作为固定化微生物对农药降解活性的常用评价指标

包埋法

皮氏伯克霍尔德氏菌 配水含喹啉 纱布-PVA复合载体的处理效果好;固定

化细菌降解喹啉的反应符合零级反应动力学

吸附法 聚氨基甲酸酯泡沫 假单包菌NGK1

配水含萘

与CA、琼脂和ACAM及流离态微生物细胞相比,此固定化微生物细胞的处理效果提高,且稳定性好

固定化微生物反应器方法可用于甲醇废水的深度处理

吸附法

颗粒活性炭

可降解甲醇的微生物 废水中细菌

甲醇废水

吸附法

棒状活性炭 啤酒废水

用固定化微生物细胞,用生物流化床的复合型生物反应器,用内循环工艺,可提高废水的处理效率

聚集﹒交联法

凝聚剂加戊二醛 胶质红环菌 配水含吲哚 确定了该菌固定化后的最 佳降解条件

及几种金属离子对降解性能的影响

固定化微生物技术在大气中的应用

固定化微生物技术在水相污染物处理中显示了一定的技术优势,近年来气相污

染物(恶臭、VOC等)的生物处理逐渐普遍,从20世纪90年代我国才开始研究固定化微生物净化大气,目前仅有同济大学、昆明理工大学等少数机构在研究。采用固定床反应器,以海藻酸钠包埋活性污泥进行含NH3臭气处理,气相NH3去除率大于92%,千克固定化湿颗粒的硝化速度(以N计)>0.63g/d。硝化速度最高可达2.93g/d。采用海酸钠包埋,CaCl2胶联法,利用滴滤塔反应器净化含H2S气体,最大有效处理H2S的体积负荷可达6000～6500g/(m3?d),净化效率保持在87%以上。采用固定化微生物处理含甲硫醇恶臭气体,颗粒填充床生物脱臭塔运行试验表明,在空塔停留时间不大于13s时,对低浓度甲硫醇气体(<12.9mg/m3)的去除率在99.0%以上,对高浓度甲硫醇气体(>21.4mg/m3)去除率在99.0%以上,当空塔停留时间减少到6.5s时,对低浓度甲硫醇气体的去除率仍可维持在80.0%,脱臭塔对由于浓度和进气量升高造成的冲击负荷具有较强的缓冲能力。

固定化微生物技术在污染土壤中的应用

将固定化微生物技术应用于土壤污染的研究是一个崭新的领域。中科院沈阳应用生态研究所对此进行了尝试性的研究,采用聚乙烯醇包埋土著优势菌降解含多环芳烃的污染土壤,结果表明,经过固定后的细菌和真菌对菲、芘的降解明显高于土著游离菌。

固定化技术存在问题和研究方向

固定化微生物技术具有以下特点 :(1)可提供高浓度 的生物量 和高度的 生物活性。采用流化床固定化微生物处理废水,微生物量高达 20000 —40000mg/l;(2) 通过生物育种,将具有特殊功能的微生物固定化后,能 处理用常规方法难分解的有机污染物;(3) 固定化后,微生物的抗毒性明显升高 ;(4) 固定化微生物 反应器体积小,可节省用地 。

固定化微生物技术在环境工程中的前景是不可估量的 , 但目前此类技术还存在许多问 题有待于研究 , 相应地就形成了 今后一段时间里固定化技术的研究方向 :

(1) 载体是固定化技术的重要组成部分 , 而目前载体价格仍然令人难以承受 。 而且一般固定化微生物半衰期较长的也仅能达到 100 多天 , 实际运行要频繁

更换载体 , 显然既不经 济 , 运行管理 也麻烦 。 因此进一步开发新型性能优良的固定化载体 ,对固定化技术的发展至关重要 ;

(2) 对固定化细胞的稳定性问 题尚缺乏研究 ,提高固定化细胞的稳定性 、 改善固定化技术处理效果及使用 性能也是今后的一个研究重点 ;

(3) 实际污染物是一个十分复杂的混合体系 ,用单一菌种处理一般很难达到要求 , 因此对于复杂的污染物体系 , 是采用混合菌还是单一高效菌分级处理 , 有待于进一步研究 ;

(4) 固定化技术目前应用的范围比较小 , 如何把基因工程菌和固定化技术结合起来 , 拓宽可处理污染物的种类 , 从而使固定化技术可以广泛地运用于工业污水 、 生 活废水处理

(5) 废水二级处理后出水的进一步脱氮除磷问题是国内外研究的难题和热点 , 而固定化微生物可以同时脱氮除磷 , 因此如何把固定化微生物技术用于城市污水厂二沉池后的脱氮除磷将是今后的又一研究重点 。

(6) 固定化颗粒的相对密度是影响处理效果的一个不可忽略的因素 , 如何改善和调节固定化微生物颗粒的相对密度也有待于进一步研究 。