固定化微生物技术

固定化微生物技术（共9篇）

固定化微生物技术 篇1

生物脱氮是目前针对中低浓度氨氮废水处理应用最广泛的工艺, 但传统生物脱氮工艺存在着单位容积微生物 (尤其是硝化细菌) 生物量较少、硝化细菌世代周期较长且易流失、系统容积及占地均较大、抗冲击能力弱、剩余污泥量大等问题[1,2], 固定化微生物技术可为解决上述问题提供一种新的思路[3,4,5,6,7,8,9,10]。它是利用物理或化学手段将微生物限制或定位于限定的空间区域, 使之成为水不溶性、但仍能保留生物活性且在适宜的条件下还可以增殖的技术, 具有产泥量少、抗冲击负荷能力强、微生物不易流失、泥水易分离、不发生污泥膨胀等优点[11,12]。近年来, 固定化技术应用于氨氮废水处理方面的相关研究表明, 基于固定化技术的生物脱氮工艺可以有效地维持系统内硝化细菌数量, 提高系统的氨氮去除能力以及抗冲击能力, 甚至在低温条件下也能取得较好的氨氮去除效果[13,14,15,16,17,18]。固定化技术高效、经济、稳定的特点较好地弥补了传统生化脱氮工艺的不足, 具有良好的研究和应用价值。本研究采用模拟合成氨废水, 对聚乙烯醇铝盐包埋法固定化微生物制备技术进行改良, 利用载体经适当干燥后机械强度得到提高的特性, 寻求一种传质性能及处理效果更好、更为经济的固定化微生物制备方法。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 菌种来源

实验用菌种取自南京某化肥厂SBR污水处理设施, 并经过驯化、富集培养得到。

1.1.2 实验废水

实验废水采用模拟合成氨废水, 水质成分包括:1.1 g/L NH4Cl, 0.5 g/L葡萄糖, 2.5 g/L Na HCO3, 0.5 g/L K2HPO4, 并加入适量的Fe、Mg、Ca等微量元素。

1.1.3 实验材料

聚乙烯醇 (PVA) 1 750±50, 国药集团化学试剂有限公司;海藻酸钠 (SA) (化学纯) , 上海化学试剂采购供应站分装厂;二氧化硅, 宜兴市第二化学试剂厂;实验所用其它试剂均为国产分析纯。

1.2 实验方法

1.2.1 固定化微生物小球制备方法

将一定质量的PVA在100℃左右的温度下完全溶解于清水中, 向其中加入一定质量的SA以及Si O2并混合均匀, 待混合胶体冷却至30℃左右时与实验菌种按照一定的包菌量 (离心污泥与聚乙烯醇溶液的质量比) 混合均匀后, 将其滴加至含有一定浓度硫酸铝的饱和硼酸溶液中, 并在4℃条件下交联固定24 h。交联固定过程中PVA与硼酸发生如下反应:

SA与铝盐的反应是通过Al3+取代SA中的Na+来形成凝胶网络, 其中Al3+是通过离子键与海藻酸盐高分子聚合物中的R-COO-相结合。

交联固定完成后取出固定化微生物小球体并洗涤2~3次, 再将其放入烘箱去除一部分水分后备用。

1.2.2 固定化微生物相对活性

相对活性计算公式如下:

式中:rˊ (NH4+-N) ———固定化后氨氧化速率, mg/ (L·h)

r° (NH+4-N) ———固定化前氨氧化速率, m g/ (L·h)

1.2.3 分析方法

氨氮浓度测定采用纳氏试剂分光光度法[19];NO2-N浓度测定采用N- (1-萘基) -乙二胺光度法[19];NO3-N浓度测定采用紫外分光光度法 (B) [19]。

2 实验结果及分析

2.1 正交试验

包埋剂中PVA、SA的浓度、固定液中硫酸铝浓度及包菌量对载体的强度及传质性能均有较大影响。同时考虑到干燥后的固定化小球具有体积缩小、传质性能降低、强度增大等特征, 实验在正交试验的设计过程中采用低浓度包埋胶体和固定液。实验采用4因子3水平正交试验表, 如表1所示。

对表1数据进行分析可得到正交试验结果, 如表2所示。

通过表2比较多因素的级差R, 确定其主次关系为:硫酸铝浓度>PVA浓度>SA浓度>包菌量 (离心污泥与聚乙烯醇溶液的质量比) 。最佳的固定化配比是A2B2C1D2, 即在PVA质量分数为6%, SA质量分数为0.5%, 硫酸铝质量分数为0.3%, 包菌量为1.5∶5, 固定化微生物凝胶球具有较好的氨氮去除性能。除了处理效果, 载体寿命和制备难易度也一个重要因素。PVA质量分数为5.0%时, 凝胶球强度很小, PVA质量分数为6.0%时, 凝胶球强度好, 当PVA质量分数为7.0%时, 凝胶球强度最好, 但溶液的粘稠度增大, 制备难度增加。

2.2 胶体浓度对小球成球性及强度的影响

为了对载体包埋胶体浓度进一步优化, 实验在PVA质量分数在4.5%~5.5%, SA质量分数在0.4%~5.5%的条件下, 对载体的成球性及强度进行考察, 结果如表3所示。

由表3可知, 当PVA质量分数为5.5%, SA质量分数为0.45%时, 载体成球性及强度均较好。相比于PVA质量分数为6%, SA质量分数为0.5%的载体, 该浓度条件下载体的制备成本更省。

2.3 包菌量对固定化微生物处理效果的影响

包菌量是固定化微生物的一个重要参数。包菌量过低将导致载体内微生物偏少而影响处理效果;而包菌量过高会降低载体强度。实验将活性污泥在3 000 r/min的离心机中离心15 min后加入到包埋剂中, 并对不同包菌量条件下固定化微生物小球体的强度及对废水中氨氮的去除效率进行比较。试验结果如图1所示。

由图1可以看出:随着包菌量的增加, 固定化微生物对氨氮的去除效率随之提高。当包菌量达到1∶2.5 (40 g/100 m L包埋剂) 时, 12 h停留时间的氨氮去除率达到91.6%。之后随着包菌量的进一步提高, 固定化微生物对氨氮去除效率的提高并不明显, 且小球抗拉性降低。当包菌量等于或大于1∶2 (50g/100m L包埋剂) 时, 经过短时间曝气后小球便开始出现破损现象。

2.4 硫酸铝浓度对固定化微生物处理效果的影响

固定液中硫酸铝浓度影响着固定化微生物小球体的成球性、传质性能及微生物活性。实验在饱和硼酸固定液中加入不同质量的硫酸铝, 考察不同硫酸铝浓度时固定化微生物载体对废水中氨氮的去除情况。试验结果如图2所示。

由图2可以看出, 当硫酸铝质量分数为0.3%时, 氨氮去除率为42.4%, 但载体在制备过程会发生粘连现象;随着固定液中硫酸铝浓度的不断提高, 固定化微生物小球对氨氮的去除效率不断降低。当硫酸铝质量分数为0.6%时, 氨氮去除率为38%, 同时固定化微生物载体成球性得到改善。

2.5 不同程度的干燥条件对固定化微生物处理效果的影响

实验对固定化微生物小球采用鼓风干燥处理是为了提高其机械强度。干燥程度越高, 载体强度越好。但干燥过程也会造成部分微生物因失水而丧失活性。实验将四份相同配比的固定化载体放入30℃鼓风干燥箱内进行不同程度的干燥处理, 并考察不同程度的干燥条件对固定化微生物处理效果的影响。试验结果如图3所示。

通过图3看出:干燥1 h时, 氨氮去除率为68%, 此时固定化微生物小球体强度较差, 曝气2h后小球发生粘连现象;随着干燥时间的增加, 载体对氨氮的去除率先缓慢降低, 直至干燥时间达到3.5h时, 氨氮去除率降至58%, 在此条件下, 小球曝气3个月也未发生粘连和破损现象;当干燥时间达到5h以上时, 微生物活性受到较大程度的影响, 氨氮去除率迅速降至39%以下。

2.6 固定化微生物相对活性的评估

实验将固定化前后的微生物进行比较, 考察两者在12 h停留时间内对氨氮废水的处理过程, 如图4所示。

通过图4可以看出:活性污泥对氨氮废水的处理效果要好于固定化微生物。这是因为:在固定化载体的制备过程中微生物难免会有损伤, 同时包埋载体也会影响到氧气的传质, 限制微生物对氧气的利用。由图4计算可得:8 h停留时间内活性污泥的氨氧化速率为31.2 mg/ (L·h) , 固定化微生物的氨氧化速率为24.3 mg/ (L·h) , 固定化微生物相对活性为77.7%。

3 结论

(1) 通过正交试验发现, 固定化微生物处理效果的影响因素主次关系为:包菌量>PVA浓度>SA浓度>硫酸铝浓度。

(2) 实验确定改良型聚乙烯醇铝盐法固定化微生物方法为:在5.5%PVA、0.45%SA的包埋剂中, 以40 g/100 m L包埋剂的包菌量加入离心污泥并搅匀后, 将其滴加到饱和硼酸与0.6%的硫酸铝固定液中, 在4℃环境中交联固定24 h并洗净, 最后将其放入30℃鼓风干燥箱中干燥3.5 h。

(3) 聚乙烯醇铝盐干燥法固定化微生物技术采用了低浓度包埋剂, 可提高载体传质性能及处理效率, 最终固定化微生物的氨氧化速率为24.3 mg/ (L·h) , 固定化微生物相对活性达到77.7%。

固定化微生物技术 篇2

固定化微生物技术在高浓度有机废水中的应用

摘要：本文针对高浓度有机废水的特点,给传统水处理工艺提出了新的挑战.对高浓度有机废水的常规处理工艺进行了综述,分别从固定化微生物技术的.分类、载体、反应器等方面进行了阐述,将固定化技术应用于高浓度有机废水,并从其现状、发展趋势角度对这一技术进行了综合评价.作 者：赵霞    雒和敏    赵阳丽    冯辉霞  作者单位：赵霞,赵阳丽,冯辉霞(兰州理工大学石油化工学院,甘肃,兰州,730050)

雒和敏(长庆石油分公司第八采油厂,西安,710021)

期 刊：河南化工   Journal：HENAN CHEMICAL INDUSTRY 年，卷(期)：, 27(6) 分类号：X172 关键词：高浓度有机废水    固定化微生物技术    载体    反应器    综合评价   

固定化微生物技术 篇3

关键词：斜发沸石,氨氮,吸附,解吸,生物膜

湖泊、水库沉积物中赋存着大量氮、磷等营养盐, 是上覆水二次污染的潜在源泉。一旦条件适宜, 便会释放大量NH4+、PO-4等, 加速水体富营养化, 促使藻类异常性增殖, 致使透明度下降, 水环境恶化。在降低景观效果的同时, 严重影响城市供水系统安全运行, 甚至危害人体健康, 制约城市可持续发展。

近年来, 水处理领域去除NH4+-N的方法层出不穷, 如硝化、蒸馏、反渗透、电渗析、离子交换、吹脱、填料吸附、化学沉淀、催化裂解及电化学处理等[1—3]。天然沸石由于兼具硅氧 (Si O4) 四面体和铝氧 (Al O4) 四面体骨架结构并呈空间网架状, 其构架中存在较大空腔和孔道;因此决定了其可以吸附并贮存大量分子。当前, 我国沸石储存量大、价格低廉、工艺简单、失效后可以再生重复使用、处理成本低、NH4+-N去除率高, 已被成功运用于生产废水及微污染水源水处理当中[4—6]。然而, 目前针对沸石去除水体污染物的研究多集中在天然沸石特性及其物化改良 (如高温焙烧、酸盐碱处理、稀土改性、调整硅铝比等) 方面[7—13], 针对“沸石-微生物”原位联合修复技术方面的研究还处于起步阶段。因此, 本研究以天然斜发沸石为填料, 就其对NH4+-N的吸附动力特征、不同溶剂条件下的解吸性能进行了实验探究;重点将目标底泥中驯化分离到的硝化、反硝化细菌固定于斜发沸石之上, 对比了有无生物膜覆盖对抑制沉积物NH4+-N释放及原位脱氮修复效果的差异情况, 为沸石材料在污染底泥的原位生物强化修复提供了理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

沸石:本实验选用河南省巩义市夹津口海宇填料厂生产的天然斜发沸石滤料, 其主要化学成分及理化指标如表1、表2所示。

泥样:实验所用泥样取自扬州运河, 其主要指标如表3所示。上覆水:取自西安大唐芙蓉园中景观水 (水质主要污染指标与扬州运河类似) , 其主要化学成分如表4所示。

1.2 实验方法

1.2.1 斜发沸石吸附特性试验

(1) 斜发沸石吸附动力学实验。称取3 g斜发沸石于100 m L的离心管中, 再加入60 m L浓度为50 mg/L的NH4+-N (NH4Cl) 溶液, 将其放入温度为25℃的摇床中振荡, 取样时间设定为5 min、10 min、30 min、1 h、2 h、6 h、12 h、24 h、36 h、72 h, …, 直到沸石吸附NH4+-N到达平衡, 振荡平衡后取出上清液立即用0.45μm滤纸过滤, 测定溶液中残留的NH4+-N含量。每个取样点设置三个平行样。

(2) 斜发沸石等温吸附实验。称取3 g斜发沸石于100 m L的离心管中, 分别准确加入NH4+-N浓度为10、25、50、80、100、200、250、300 mg/L的NH4+-N (NH4Cl) 溶液60 m L。放入25℃的摇床中, 进行恒温振荡, 振荡72 h (根据上述实验的吸附平衡时间确定时间) 后取样, 立即用0.45μm的滤纸过滤, 并对过滤液进行分析。每个浓度设置三个平行试验。

(3) 温度对斜发沸石吸附NH4+-N的影响。取3 g斜发沸石于100 m L的离心管中, 加入50 mg/L的NH4+-N (NH4Cl) 溶液溶液, 分别改变溶液的反应温度 (10℃、15℃、25℃) , 振荡72 h后, 取出上清液立即用0.45μm的滤纸过滤, 测定溶液中残留的NH4+-N含量。每个温度设置三个平行样。

1.2.2 斜发沸石解吸试验

将经过等温吸附试验后的填料 (沸石) 取出, 用30 m L无水乙醇悬浮洗涤2次, 放于100 m L的离心管中。然后在同一浓度下的三个平行样中分别加入0.02 mol/L的Ca Cl2、0.04 mol/L的Na Cl、0.04mol/L的KCl溶液60 m L, 在25℃下振荡72 h后, 取出上清液立即用0.45μm的滤纸过滤, 测定溶液中残留的NH4+-N含量即为解吸量。

1.2.3 斜发沸石挂膜实验

实验所用硝化细菌及反硝化细菌均从扬州某景观水的底泥中驯化富集、分离提纯所得, 具有良好的硝化、反硝化作用, 其72 h的NH4+-N、NO3--N去除率分别可达75.55%和79.83%, 编号分别为9~3、1~4。

挂膜方法:将菌株9~3按2%的接种量接入250 m L硝化菌体扩大培养基中在30℃的摇床上扩大培养;同时将菌株1~4按2%的接种量接入250m L反硝化菌体扩大培养基中在30℃的摇床上扩大培养, 直到效果液浑浊, 即在波长600 nm下吸光度值达到最大 (约为0.1) 。取1个1 L的烧杯, 放入事先称好的沸石5 g, 先后加入100 m L的9~3菌液和100 m L的1~4菌液, 再以微量的气流进行曝气, 曝气三天后, 用镊子取出沸石, 并用清水冲洗一次, 保存备用。

1.2.4 原位生物修复实验

沸石挂膜前后去除氨氮效果对照实验:取2个250 m L的三角瓶, 准确移入50 mg/L的氨氮 (氯化铵) 溶液100 m L, 分别加入准确称取的5 g沸石和有生物膜的沸石。将这2个三角瓶放入摇床上恒温 (25℃) 振荡, 每隔一段时间取出上浮液, 立即用0.45μm的滤纸过滤, 并测其氨氮的值, 以倒入三角瓶之前的氨氮溶液中的氨氮含量为初始值。

原位生物修复对照实验:在3个1.5 L的广口瓶底部装入实验底泥 (5 cm) , 分别编号为1#、2#、3#, 在2#底泥上覆盖60 g的沸石, 3#底泥上覆盖60 g有生物膜的沸石, 以虹吸方式分别注入1 L上覆水, 以1#为空白试验, 保持温度为25℃。每隔一天取上覆水测NH4+-N和NO3--N浓度。

1.2.5 分析方法

NH4+-N浓度采用钠氏试剂光度法测定, NO3--N采用紫外分光光度法测定。

2 结果与分析

2.1 斜发沸石吸附特性试验

2.1.1 沸石吸附动力学试验

由图1可知, 该种沸石在初始阶段对NH4+-N的吸附量迅速增加, 当吸附3 000 min后, 随着时间的延长, 吸附量缓慢增加, 此后趋于平缓, 此时去除率可达90%以上。

2.1.2 沸石等温吸附实验

分别采用Freundlich及Langmuir公式[6]处理等温吸附实验数据, 结果如图2、图3所示。从图可知, 实验数据更符合朗Langmuir公式, 故实验沸石在本研究实验条件下对NH4+-N的等温吸附公式应为:q=Ce/ (4.449 2+0.21Ce) , 其中:q为沸石吸附量 (mg/g) , Ce为液相平衡浓度;该种沸石对NH4+-N吸附极限值为4.761 905 mg/g。

2.1.3 温度影响

由表5可知, 在10℃到25℃的变化范围内, 随着反应温度的升高沸石的吸附量也在升高。在10~15℃的变化范围内, 该种沸石对NH4+-N的去除率缓慢升高, 但是当温度升高到25℃时, 去除率迅速升高, 高达92.1%。可见在三个试验温度中, 25℃有利于该种沸石对NH4+-N的去除。

2.2 斜发沸石的解吸试验

在25℃下, 分别用三种不同的物质解吸, 0.02mol/L的Ca Cl2、0.04 mol/L的Na Cl、0.04 mol/L的KCl, 其结果见图4。沸石对NH4+-N的吸附包括离子交换作用和物理吸附作用。物理吸附主要由填料表面的静电力和毛细力等产生, 离子交换是沸石晶体内部阳离子与NH4+交换的化学过程[7—13]。

从图4可知, KCl溶液对沸石的解吸效果较好, 在不同的NH4+-N浓度下其解吸量均高于Na Cl溶液和Ca Cl2溶液, 其原因是K+要比Ca2+和Na+更容易取代NH4+的缘故;Na Cl溶液和Ca Cl2溶液对沸石的解吸效果基本相同;而在三种不同的解吸溶液中均呈现出沸石解吸率随着沸石吸附量的增大而增大的现象。但不管是K+还是Ca2+、Na+, 它们所解吸下来的NH4+还不到沸石的吸附容量的一半, 从中得出沸石是以离子交换为主来去除水中的NH4+-N。

2.3 斜发沸石挂膜实验

将挂膜前与挂膜后沸石表面进行扫描电镜, 结果见图5。从图中清晰可见沸石挂膜前后的对比, 挂膜后的沸石表层上明显附着了很多细菌。同时从图中可以看到沸石的构架中存在较大的空腔和孔道, 具有发达的孔隙结构, 因此决定了其可以吸附并贮存大量分子。

2.4 原位生物修复实验

2.4.1 沸石挂膜前后氨氮去除效果对比

由图6可知, 无论是有无生物膜的斜发沸石, 对NH4+-N去除率都能在实验开始后0~3 d内大幅度增加, 直至吸附平衡。但是, 该阶段含生物膜沸石的NH4+-N去除率要低于无生物膜沸石, 这是因为生物膜的存在阻碍了沸石与外界进行离子交换。但随着时间的增加, NH4+-N去除率均开始下降, 这可能是由于脱附速度大于吸附, 沸石表层NH4+-N开始进入溶液中。在8 d左右时, 有生物膜沸石的NH4+-N去除率开始攀升, 12 d时达94.64%。这是由于沸石微生物降解了一部分NH4+-N。由此可知, 沸石结合微生物固定化技术, 可以实现沸石的原位清洁再生, 并有利于增加沸石对氨氮的去除率。

2.4.2 原位生物修复对照试验

由图7可知, 2#、3#内的NH4+-N明显低于1#的, 这是由于沸石吸附的作用。由于底泥不断释放, 在初始阶段2#与3#的NH4+-N浓度有所增加。第4天后, 2#开始降低, 3#仍呈增加趋势, 推测认为:由于生物膜的存在堵塞了部分孔道, 抑制了沸石的吸附及离子交换作用。但随着时间推移, NH4+-N浓度开始降低;而第14天左右3#的NH4+-N开始缓慢增加然后再降低, 沸石吸附及离子交换作用达到饱和, 释放的NH4+-N出现短时间累积, 随后微生物将NH4+-N转化为NO3--N, 使得沸石原位清洁再生, 继续吸附及离子交换放出的NH4+-N。之后2#与3#的NH4+-N趋于平稳, 与1#浓度呈相同变化趋势, 但浓度低于1#的。可见沸石对于抑制NH4+-N释放具有明显作用, 而挂膜微生物作用需结合NO3--N浓度变化进一步体现。

(a:挂膜前;b:挂膜后)

结合图8可知, 在初始阶段, 2#、3#内的NO3--N浓度都较低, 这是因为初始阶段体系DO浓度较高, 释放出的氮主要以NH4+-N形式存在;从第8天开始, 随着体系DO浓度降低, 释放出的NH4+-N不断转化为NO3--N, NO3--N的浓度开始缓慢增加直到平稳。而随着时间的不断延长, 2#内的NO3--N基本与1#内的浓度相同。这是由于沸石在初始阶段可以吸附一定量的NO3--N, 而随着吸附时间的增加, 吸附达到饱和状态, 底泥中又有不断释放的NH4+-N转化为NO3--N, 直到完全释放, 所以趋于平衡, 达到1#瓶内的NO3--N浓度。但是3#的NO3--N始终低于2# (平均低48%) , 这是因为3#内沸石表面覆盖的高效反硝化功能微生物膜可将NO3--N通过反硝化作用转化为N2逸散出体系, 从而降低体系内污染沉积物的氮负荷。

综上所述, 无论是具有生物膜的沸石还是不具生物膜的沸石对于抑制底泥NH4+-N释放都具较好的效果。但是, 覆盖有生物膜的沸石可以将吸附及离子交换在沸石上的NH4+-N转化为NO3--N, 实现沸石的原位清洁再生, 同时将转化而来的NO3--N通过反硝化作用转化为N2逸散出实验体系, 降低污染底泥的氮负荷, 形成并保持良性循环, 这是单纯采用沸石吸附不可比拟的优点。

3 结论

(1) 室温下 (25℃) , 天然斜发沸石对NH4+-N去除率可达90%以上;其吸附过程符合朗缪尔 (Langmuir) 模型:q=Ce/ (4.449 2+0.21Ce) , 吸附极限值为4.761 905 mg/g。

(2) 在10~25℃的变化范围内, 随着反应温度的升高, 斜发沸石对NH4+-N的吸附量同步提高。

(3) 斜发沸石去除NH4+-N是以离子交换为主, 吸附为辅;在10~300 mg/L的不同的NH4+-N浓度序列下, KCl溶液对斜发沸石的解吸量均高于Na Cl溶液和Ca Cl2溶液。

(4) 时间足长条件下 (>8 d) , 挂膜沸石NH4+-N去除率高于无生物膜沸石, 其去除率可达94.64%以上。

固定化微生物技术 篇4

固定化微生物技术及其在重金属废水处理中的应用

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.作 者：作者单位：期 刊：环境污染治理技术与设备 ISTICPKU Journal：TECHNIQUES AND EQUIPMENT FOR ENVIRONMENTAL POLLUTION CONTROL年，卷(期)：2006,7(7)分类号：X172关键词：固定化微生物 载体 菌类 藻类 重金属 废水处理

固定化微生物技术 篇5

微生物的固定化是生物细胞适应环境的一种反应。固定化技术是运用物理、化学手段将游离细胞或酶固定在特定空间区域内, 从而实现保持原有活性并可循环利用的一种基本技术。固定化以后的微生物显著提高了其抵御有毒物质以及降解有机物的能力。微生物固定化方法具有生物负荷量高、细胞不易流失、对不利环境耐受能力强、生物稳定性高、保存和使用方便等优点[4], 是一种高效率、低能耗、易操作管理且有广阔前景的污染治理技术。

微生物固定化技术治理废水与其他方法的不同之处在于其具有以下五种特点:微生物固定化后提高了其对有毒物质的承受能力及稳定性;微生物固定化后保证了反应器中具有高浓度、高活性的微生物, 使得污染物去除效率提高;微生物固定化后形成分离的颗粒有利于污泥的沉淀;固定化微生物技术工艺处理污水后, 污泥产量小, 后续污泥处置负担可降低;可以固定一些难降解物质从而有效处理特定行业产生的废水。

近年来, 众多学者对微生物固定化技术进行了更深入的研究, 随着该项技术的广泛应用, 其已成为废水处理的主要技术之一。现今石油生产规模不断扩大, 也使得石油加工的诸多过程中废水产量增加, 另外, 随着金属工业以及其他工业如食品工业、纺织工业的迅猛发展, 其所排放的含油废水也不容忽视, 因此, 对含油废水的处理显得尤为关键。

1 微生物固定化介绍

固定化载体可以分为无机载体、天然有机载体、合成高分子载体和复合载体四类。目前, 常用的天然有机载体为海藻酸钠。在今后的发展中复合载体可能将会随着技术的发展而逐渐占据主体地位, 因为复合载体是由有机载体和无机载体组合从而优化其功能的载体, 在实际应用中, 我们可以根据不同的实际状况, 结合不同材料固定化载体的特点进行组合, 复合出最优化的固定化载体, 从而保证其传质效率和机械强度, 并且延长其使用寿命, 节约成本。

目前经常采用的生物固定化方法主要有:吸附法、包埋法、交联法、共价结合法、无载体固定法。

2 微生物固定化在处理含油废水中的研究成果

2.1 国内研究进展

陶虎春[1]等人研究了使用聚乙烯醇 (PVA) 在核桃壳粒上固定除油菌群这一固定化方法的除油效果。结果表明采用PVA包埋核桃壳粒固定菌群去除含油废水效果良好。运行36h后, 除油率可达60.58%, 48h可达84.85%, 60h高达90.93%。田艳敏[2]分别采用聚乙烯醇和海藻酸钠包埋法对产表面活性剂菌Bbai-1进行包埋固定, 通过对比实验, 确定了最佳的包埋载体和最佳条件, 并证明该方法使油类物质的去除率明显提高。邵娟[3]等人用秸秆做载体固定嗜碱芽孢杆菌 (Bacillus alcalophilus SG) 降解原油, 油类物质去除率可达73.88%, 高于只投加菌液或者菌液与秸秆的混合物的油类物质去除率。

2.2 国外研究进展

Anal Chavan[4]等人将石油降解菌, 洋葱伯克霍尔德氏菌 (Burkholderia cepacia) 和耐油的光能自养微生物联合菌运用于生物转盘工艺中, 处理高浓度含柴油有机废水, 在HRT为21h的条件下持续运作, 出水剩余柴油量仅为0.003%。Alejandro R.Gentili[5]等人在实验室研究规模上研究了由虾废弃物作为烃类物质降解菌株的载体材料, 从而进行了固定化烃降解菌株对原油污染的海水生物修复的潜力测试。从15天的原油去除率来看, 固定化降解菌株对原油污染的处理是最成功的。

3 固定化微生物法的发展趋势

3.1 微生物对原油组分的降解具有一定的选择性, 而现有的大多数固定化技术都只是将某种单一功能强的微生物进行固定化处理。在实际中, 通常所需处理体系的成分复杂, 单一的微生物处理很难达到理想效果, 因此还需尝试将多种相互促进的菌种混合固定化, 以实现最大的降解。对于同类型的油类物质污染, 应有针对性地选择适合的微生物, 从而构建复合菌群来提高降解效果。

3.2 目前所用的载体材料成本高且寿命短, 限制了该技术在实际中的应用。因此, 寻求新型的低成本、环境友好型载体或对现有载体进行改良来获得综合性能优良的固定化载体, 是将固定化技术实现工业化的一个最基本的问题。

3.3 经过固定化的微生物其反应特性可能发生变化, 主要包括微生物稳定性或活性的变化、氧和底物传质速率的变化, 因此还需深入研究固定化微生物制备的影响因素以及固定化微生物降解油类物质的作用机理。

3.4 开发固定化微生物的制备装置以及相应的处理工艺, 最终实现固定化微生物技术的工程应用。

3.5 将固定化技术工业化的关键是提高固定化颗粒的抗冲击性, 另外各种载体的可再生性是降低成本、提高经济效益的有效途径, 有待进一步研究。

4 小结

现阶段对于微生物固定化技术处理含油废水大多还处于实验室研究阶段, 由于受到成本、技术的限制, 在工程中的应用还很少见。但基于该方法在废水处理中的独特优势, 随着研究的进一步深入和发展, 和对国外的先进技术的积极学习, 在今后的发展中, 微生物固定化技术向着更经济、更高效、更多功能的方向发展。

摘要：固定化微生物技术是一种新兴的生物处理技术, 具有较高的生物活性、固液易于分离、处理效率高等优点, 在废水处理中具有独特的优势和巨大的潜力, 已经在各种有机废水领域得到广泛应用, 近年来其在处理石油石化废水的研究也不断深入。本文简单介绍了微生物固定化载体和方法及其在含油废水处理中的研究成果, 并对其发展趋势进行了展望。

关键词：固定化微生物,吸附法,包埋法,含油废水,发展趋势

参考文献

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[2]田艳敏.产表面活性剂菌Bbai-1包埋固定化及其在含油污水处理中的应用[D].中国海洋大学硕士学位论文, 2012-6-2.

[3]邵娟, 尹华, 彭辉, 等.秸秆固定化石油降解菌降解原油的初步研究[J].环境污染与防治, 2006, 28 (8) :565-567.

[4]Anal Chavan, Suparna Mukherji.Treatment of hydrocarbonrich wastewater using oil degrading bacteria and phototrophic microorganisms in rotating biological contactor:Effect of N:P ratio[J].Journal of Hazardous Materials, 2008, 154 (1-3) :63-72.

固定化微生物技术 篇6

1 固定化微生物技术在环境工程中的应用

1.1 固定化微生物在废水处理中的运用

一般来说, 在针对废水处理的过程中, 可以应用的固定化微生物技术主要包括两种, 一种是活性污泥法, 另外一种就是生物膜法。而微生物主要是分布在菌胶团上, 同时在一些固定的物质是能够也有一定的分布。而微生物这样的分布方法, 并不是靠人工完成的, 而是自然形成的。在1980年, 人们开始进行人工固定化微生物的研究, 将微生物固定在特定的空间网络中, 减少菌体的脱落现象, 使得微生物可以长期的固定在一个载体上, 并且保持较高的浓度。同时, 在保障微生物固定化的基础上, 合理的利用微生物中所具有的活性物质以及絮状物质等来进行废水的处理, 使得废水可以得到有效的净化。

我国的相关专家针对废水处理中, 固定化微生物的应用进行了深入的研究。宋雪等相关的研究人员主要利用活性炭来作为酵母, 将其混入到菌群中, 在低氧状态下以及好氧状态下对菌群的变化情况进行观察, 从观察的结果可以看出, 在废水处理中应用固定化的微生物, 会使得废水中存在的有机物质得到有效的降解和转化, 提升废水处理的效果和质量。

除了我国对固定化微生物在废水处理中的应用进行了深入的研究之外, 国外的一些专家也针对这项内容进行了深入的研究。Vanotti等相关的研究人员合理的利用PVA冷冻法来对硝化污泥进行了固定化实验, 从实现中可以看出, 利用该冷冻方法, 可以使得硝化污泥能够有效的固定在聚乙烯醇小球上, 这样就可以利用这种方法来对一些养殖业的废水进行处理。从研究观察中可以了解到, 在固定时间为4h的时候, 则硝化污泥的有效率可以达到567mg/1.d。而在好氧的状态下, 如果硝化污泥能够达到一种稳定的状态, 那么CODcr就可以有效的实现对污泥的硝化处理, 硝化的有效率可以达到70%以上。这样的固定化微生物方法, 在实际的应用中, 不仅可以有效的提升微生物固定化的效果, 也可以使得相应的负荷冲击减轻, 使得微生物的固定时间保持在规定的范围内。

1.2 固定化微生物净化大气的研究现状

国内从20世纪90年代才开始, 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。同济大学的马红采用固定床反应器, 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%, 硝化速度大于0.63g N/kg固定化湿颗粒#d。硝化速度最高可达2.93g N/kg固定化湿颗粒#d。同济大学的邵立明等采用海酸钠包埋, Ca Cl2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, 袁志文等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 (<.2.9mg/m3) 的去除率在99.0%以上, 对高浓度甲硫醇气体 (>2.4mg/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。

2 固定化微生物技术特点和研究方向

2.1 固定化微生物技术的应用特点

首先, 在环境工程中, 固定化微生物技术在应用的过程中, 能够有效的将微生物的浓度进行有效的提升, 也可以使得微生物中存在的活性物质得到有效的增加。利用固定化微生物技术来对废水实施有效的处理, 可以使得水质得到极大的改善。其次, 固定化微生物技术可以有效的进行生物育种, 利用生物育种, 可以使得一些较难区分的微生物以及污染物有效的区分开来。再次, 微生物在进行固定化处理后, 微生物本身所具有的抗毒性会得到明显的提高, 有效的防止了病毒对微生物的侵害。最后, 微生物在固定化反应的过程中, 所需要的反应容器也相对较小, 这样就可以有效的达到节省空间的目的。

2.2 固定化微生物技术的未来研究方向

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, 应是今后研究的重点; (5) 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。

3 结论

综上所述, 在目前的环境工程中, 固定化微生物技术有着广泛的应用效果, 随着固定化微生物技术在环境工程中的应用, 在一定程度上改善了环境, 使得环境污染得到了有效的治理, 同时, 固定化微生物技术的应用, 也在一定程度上使得环境工程得到了更好的发展。虽然这一技术在实际的应用中还具有一定的弊端, 但是只要明确其发展的方向, 对其进行有效的改善和创新, 就能够使得其在环境工程的建设中发挥出更加积极的作用, 从而实现环境工程的高效建设。

参考文献

[1]宋雪等.微生物固定化技术及其对土霉素生产废水处理的研究[J].重庆环境科学, 20.3, 5 (2) :.0-2.

[2]宋秀兰, 田建民, 康静文.固定化胶质红环菌在好氧条件下降解吲哚的研究[J].环境科学学报, 2004.

固定化微生物技术 篇7

固定化微生物技术处理方法有很多的优点, 比如在对含有氮的污水进行处理的时候, 不仅可以将污水中的COD清除, 还可以对氢氧化氮进行清除。但是由于固定化微生物技术目前还不够成熟, 在实际的污水治理过程中, 在耐冲击性、传质性、稳定性等方面存在很大的不足, 降低了处理效率, 因此对固定化微生物技术进行分析是非常有必要的。

2 固定化微生物技术简介

2.1 微生物固定化方式的种类

微生物自固定化与微生物人工强化固定化是微生物固定化方式的两个种类。其中吸附与自絮凝是微生物自固定化的两种主要方式。 (1) 吸附:水处理时微生物利用吸附作用吸附在固体表面上, 构成生物薄膜, 即生物膜。 (2) 自絮凝:微生物利用自身的特有的絮凝性构成一种具有特定结构、层次及形状的颗粒, 固定住微生物, 在形成自絮凝颗粒的同时也形成了适宜微生物生存的生态环境, 并构成了微生物间代谢的协调性[1]。微生物的固定也可人工固化, 一般我们称其为微生物固定化, 其最初发源于20世纪60年代的生物发酵工业, 主要有两种。 (1) 交联法:直接使用双功能、多功能试剂和细胞表面的氨基酸、羟基等反应基团发生反应, 促使细胞结构交联成网状。此类方法的化学反应激烈, 严重抑制了细胞活性, 再加上交联剂昂贵的价格, 所以不常用。 (2) 包埋法:使用高分子载体把那些游离的微生物留在高分子网络内, 此网络结构虽然可以避免菌体、细胞渗入到周围培养基中, 但是底物仍会渗入, 并和菌体、细胞分泌的各式酶产生反应。因该方法操作比较简单、对微生物活性抑制较小、制造固定化微球的强度较高, 所以应用较广。

2.2 载体的种类

价格低廉、对微生物细胞无毒、传质效果好、使用寿命长、性能稳定等是固定化载体的理想特点。现阶段最常使用的载体有有机载体、无机载体、复合载体。其中有机载体有琼脂、聚丙烯酰胺 (PAM) 、聚乙烯醇 (PVA) 、海藻酸钠 (CA) 等, 它们是利用自身凝胶特性来完成包埋固定微生物细胞, 在处理废水时该方式有较多研究与应用;无机载体有红砖碎粒、多孔陶珠、活性炭等, 主要是利用无机载体的多孔结构、微生物的吸附作用及电荷效应来固定微生物细胞[2]。两者相比无机载体材料的实用性更强一些。复合载体是有机载体与无机载体的有机结合体, 其具备了两者所有的优点, 被越来越多地使用在水处理中。

3 材料与方法

3.1 材料的选用

FPuFS载体包含反应基团 (经基、酞胺基、环氧基等) , 具有1.0岁c耐的湿密度、2300%~2600%的持水量、80~120nf/g的表面、0.3~0.7mm的孔径。美国BIO一SYSTEM公司的高效微生物菌群B350包含28种淀粉酶、脂肪酶、水解酶与微生物, 具有0.6~0.8岁c砰的堆密度, 30~50亿个/9的微生物。其它的试剂大多是化学纯、分析纯。

3.2 试验工艺及设备

实验如图1, 1、2、3、4池容积分别是0.2m, 0.6m, 0.6m, 0.6m, 2、3、4池内装有专用、自制的FPUFS载体, 并将微孔曝气管铺设在池底, 用流量计自行控制水、气。且2、3、4池的不同部位设置取样口。

实验分成两个步骤, 分别为: (1) 固定和驯化微生物阶段, 试验段时间为30min; (2) 设计工艺参数, 研究运行控制, 时间为90min。在实验时, 首先用泵将污水打到调节池中, 根据计算量对加磷盐进行补充, 然后将调节好的污水打入到3个曝气生物滤池, 打满后, 启动曝气, 每个池子中保持3~5mg/L的DO, 在每个生物池中投入50g高效微生物, 然后进行闷曝, 第二天和第三天分别在各个池子中投入10g菌, 闷曝3d后按照25L/h的流量进行连续进水, 每天定时对污水池和出水池中的氨氮值、COD进行检查, 使用克氏定氮法对载体上固定的微生物量进行测定, 在载体中的微生物量超过8g/L时, 就说明微生物被驯化, 此时微生物固定基本结束, 然后逐渐增加水的流量, 得到最佳的水停留时间, 进入第二阶段后, 对进出水各项指标和载体的固定微生物量进行连续检测。

4 试验结果

4.1 固定化B350-I-BAF系统的运行结果

为了更加深入地对B350-I-BAF系统的运行效果进行了解, 以某煤气厂焦化污水的处理作为实际案例, 检测了化学耗氧量和挥发酚, 对出水和进水的氨氮和处理效果进行了详细的分析。经检测发展, 系统优化处理超出了国家一级排放的标准, 使用此方法对煤气化的污水进行处理, 处理效果良好, 工艺稳定, 说明固定化B350-I-BAF系统在对难降解、浓度高的氨氮方面有特殊的优势。

4.2 各污染物经固定化B350—I—BAF系统处理后的效果

4.2.1 经固定化B350—I—BAF系统处理后的COD的效果

煤气厂的焦化污水中COD物质的主要成分是煤焦油, 其中蔡、唆琳、毗咤、苯、甲苯、二甲苯等是很难降解的物质。现阶段的报道中, 也没有关于煤焦油成功生物降解的报道[3]。实验显示, I—BAF系统进口处COD值的变化比较大, 最大值是3590mL, 最小值是3250mL, 平均值是3450mL, 而I—BAF系统的出口处COD值比较稳定, 最大值是93.5mL, 最小值是38.3mL, 平均值是57.7mL, 去除率是98.3%, 显示出固定化微生物对难生物降解的物质的优异降解作用, 这主要是因为在I—BAF系统中存在的好氧、兼性及厌氧菌提高了去除有机物的广谱性, 反硝化作用也增强去除COD的能力。

4.2.2 经固定化B35O—I—BAF系统处理后酚类的效果

图2为I—BAF系统进水处与出水处挥发酚的关系图。从图上来看, I—BAF系统进水处挥发酚的浓度变化比较大, 而出水处的挥发酚却很稳定, 充分展现了固定化微生物的除酚能力。当酚的浓度大于100mg/L时, 会对微生物产生毒副作用, 抑制其活性。虽然该实验中酚的浓度已超出抑制极限许多, 但是微生物的生长及活性都没受到影响, 可见固定化微生物的耐毒能力是非常强的。实验中逐步驯化后的固定化微生物去除酚的效果非常好。微生物逐步驯化是指经7~10d的、浓度从低到高的驯化。驯化后的固定化B350—I—BAF系统不仅具有较强的除酚能力, 还具有特定的抗冲击负荷的能力。实验结果显示, 挥发酚进水处浓度最高值是281mL, 最小值是132mL, 平均值是177mL, 出水处最高值是1.520mg/L、最小值是0.056mL、平均值是0.498mL, 去除率达99.7%。

4.2.3 经固定化350—I—BAF系统处理后氨氮的效果

在处理污水时最难去除的是氨氮, 尤其是中等浓度的氨氮。在生物分解中氨氮是使用硝化一反硝化原理来进行的。基于硝化菌、亚硝化菌不能生存在有机物存在的环境中, 容易受到碱度、温度、pH值、NO-、游离氨的浓度等要素的抑制, 与浓度大于50mL的氨氮会抑制硝化过程等因素, 所以现阶段国际上还都认为生物法是不能处理浓度大于200m/L的氨氮污水的[4]。

煤气厂的焦化污水中氨氮值最大是498mg/L、最小是423mg/L, 平均浓度是451mg/L, 已超过了生物处理极限许多。该实验选用固定化高效微生物B350, 驯化7d后, 其具备了脱除NH4+-N的能力, 运行较稳。实验结果验证I-BAF系统进水口处NH4+-N浓度高、变化大, 而出口处NH4+-N基本为0, 且非常稳定, 没产生抑制作用, 表明固定化微生物具有良好的脱氮效果, 实验结果突破了生物法处理氨氮浓度的界限, 将生物脱氮研究提到了新的水平。

5 结语

综上所述, 利用固定化微生物技术为核心组成的曝气生物滤池具有处理效率高、反应速度快、微生物负载量高等方面的优点, 各种污染物的去除率良好, 超出了我国污水治理排放的标准, 符合污水资源化的基本要求。

摘要：指出了微生物固化技术是在固化酶技术的基础上发展起来的一项新的技术, 通过使用化学或者物理手段, 将游离的微生物限定在固定的区域中, 在保证微生物活性不变的基础上, 对污水进行处理, 而且这种技术可以反复进行使用, 基于此对污水高效处理和资源化固定微生物技术进行分析探讨。

关键词：污水,高效处理,资源化固定,微生物技术

参考文献

[1]李彦锋, 赵光辉, 马鹏程, 等.改性载体固定化微生物处理高氨氮废水的研究[J].安徽农业科学, 2008 (7) :181~182.

[2]赵军, 曹亚莉, 骆海鹏, 等.固定化甲烷八叠球菌处理高浓度有机废水的研究[J].可再生能源, 2002 (4) :10~13.

[3]肖美兰, 叶正芳, 倪晋仁, 等.固定化微生物技术处理垃圾渗滤液[J].环境工程, 2006 (4) :1281~129.

固定化微生物技术 篇8

1 固定化微生物技术在环境工程中的应用

1.1 固定化微生物在废水处理中的运用。

通常, 在对废水进行处理的时候, 我们主要会用到两种固定化微生物技术, 其一是活性污泥法, 其二是生物膜法, 微生物通常在菌胶团上分布, 此外, 在一些相对比较固定的物质上也会有一部分, 而微生物这种分布的形式都是自然形成的, 并不是依靠人工干预的。在20世纪80年代, 人们就已经就固化微生物进行全面的研究, 将微生物固定在了一个相对比较封闭的空间网络当中, 这样也就大大的减少了菌体出现脱落问题的可能性, 微生物可以长期性的固定在一个载体上, 同时还要使其浓度一直保持在相对较高的水平上, 只有这样, 才能更好的使得污水得到全面的处理和净化。

我国的相关专家针对废水处理中, 固定化微生物的应用进行了深入的研究。宋雪等相关的研究人员主要利用活性炭来作为酵母, 将其混入到菌群中, 在低氧状态下以及好氧状态下对菌群的变化情况进行观察, 从观察的结果可以看出, 在废水处理中应用固定化的微生物, 会使得废水中存在的有机物质得到有效的降解和转化, 提升废水处理的效果和质量。

除了我国对固定化微生物在废水处理中的应用进行了深入的研究之外, 国外的一些专家也针对这项内容进行了深入的研究。Vanotti等相关的研究人员合理的利用PVA冷冻法来对硝化污泥进行了固定化实验, 从实现中可以看出, 利用该冷冻方法, 可以使得硝化污泥能够有效的固定在聚乙烯醇小球上, 这样就可以利用这种方法来对一些养殖业的废水进行处理。从研究观察中可以了解到, 在固定时间为4h的时候, 则硝化污泥的有效率可以达到567mg/1.d。而在好氧的状态下, 如果硝化污泥能够达到一种稳定的状态, 那么CODcr就可以有效的实现对污泥的硝化处理, 硝化的有效率可以达到70%以上。这样的固定化微生物方法, 在实际的应用中, 不仅可以有效的提升微生物固定化的效果, 也可以使得相应的负荷冲击减轻, 使得微生物的固定时间保持在规定的范围内。

1.2 固定化微生物净化大气的研究现状。

国内从20世纪90年代才开始, 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。同济大学的马红采用固定床反应器, 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%, 硝化速度大于0.63g N/kg固定化湿颗粒#d。硝化速度最高可达2.93g N/kg固定化湿颗粒#d。同济大学的邵立明等采用海酸钠包埋, Ca Cl2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, 袁志文等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 (<.2.9mg/m3) 的去除率在99.0%以上, 对高浓度甲硫醇气体 (>2.4mg/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。

2 固定化微生物技术特点和研究方向

2.1 固定化微生物技术的应用特点。

第一, 在环境工程建设的过程中, 固定化微生物技术的应用可以非常明显的提升微生物自身的浓度, 此外还能微生物当中的活性物质得到全面的改进和提升, 采用固定化微生物技术对废水予以全面有效的处理, 这样一来也就使得水质可以得到非常明显的转变。

第二, 固定化微生物技术的应用可以开展生物育种工作, 这样也就使得污染物和微生物的区分更加的明确。

第三, 微生物在开展了固化处理之后, 微生物自身的抗毒性能会有十分明显的改善, 这样也就在很大程度上避免了病毒对微生物所产生的不利影响。

第四, 微生物在固化反应的时候, 对反应容器的空间没有非常高的要求, 这样也就真正的达到了减少空间占用的目的。

2.2 固定化微生物技术的未来研究方向。

固定化微生物技术在环境工程发展的过程中具有着非常好的应用前景, 但是从现状的角度上来看, 还存在着很多的问题, 从而也为该技术未来的发展提供了方向。

2.2.1 载体是固定化技术当中不容忽视的环节, 但是当前载体的价格依然非常的高昂, 同时, 一般的固定微生物半衰期赘疣100天左右, 所以如果真的要投入使用, 就需要频繁的更换载体, 这样也就会影响到了技术应用的经济性, 所以在固定化技术发展的过程中需要研发相对稳定的载体。

2.2.2 对固定化细胞稳定性的研究还存在着一定的不足, 所以在以后的研究工作中, 不断的提升固定化细胞的稳定性, 完善固定化技术处理的效果以及其自身的性能也成为了非常重要的内容。

2.2.3 污染物组成是非常复杂的, 如果在处理的过程中只用一种菌去处理, 其效果很难达到理想的水平, 所以在处理复杂污染物的时候, 我们需要采用混合菌还是采用单一高效菌分级处理还需要进一步的研究。

2.2.4 固定化技术当前的应用范围还不是很大, 怎样将基因工程菌以及固定化技术有机的结合在一起, 增加可处理污染物的类别, 扩大固定化技术的应用范围是非常重要的一个内容。

2.2.5 固定化颗粒的相对密度是处理效果的一个非常关键的影响因素, 怎样采取有效的措施改进和调整固定化微生物颗粒相对的密度也成为了我们必须要关注的一个问题。

3 结论

在当前的环境工程建设中, 固定化微生物技术在很多领域都得到了应用, 而固定化微生物技术在环境工程当中的应用也在某一个程度上大大的改善了环境的质量, 从而使得环境污染的治理效果也得到了非常明显的改善。此外, 固定化微生物技术在应用的过程中也极大的促进了环境工程的发展。虽然其中还存在着一定的不足, 但是只要确定其基本的发展方向, 积极的改进和完善, 就可以很好的保证其在工程建设的过程中更好的发挥出其作用, 这样才能保证环境工程建设的效果。

摘要：固定化微生物技术自身存在着很多的优良特点, 所以, 这一技术在很多行业都得到了十分广泛的应用, 在这些应用领域当中, 环境工程是非常重要的一个方面。在环境工程发展的过程中, 固定化微生物技术的应用使得整个工程的建设质量和水平都得到了十分显著的提升, 本文主要分析了固定化微生物技术在环境工程中的应用研究进展, 以供参考和借鉴。

关键词：固定化微生物技术,环境工程,应用

参考文献

[1]申婷婷, 李小明, 岳秀, 柳娴, 郑伟, 曹建兵.微生物固定化技术的研究与应用[J].广州化工, 2011 (20) .

[2]贾彩云, 甄海欣.微生物固定化技术处理废水的应用研究进展[J].广东化工, 2011 (9) .

固定化微生物技术 篇9

随着工业化、城市化进程的加快, 越来越严重的生水污水给环境带来的污染对人类的可持续发展带来了严峻挑战, 探讨新型高效的废水处理工艺成为可持续发展的现实需要。聚乙烯醇被认为是酶及微生物的有效固定载体, 这一载体具有无毒、价格低廉、抗微生物分解和较高的机械性强度等优点而备受欢迎。聚乙烯醇固定化微生物处理生活污水需要制备良好的聚乙烯醇作为载体, 进而实现生活污水的预期处理效果。

1 PVA载体制备原理及方法

水溶性PVA材料改性及制备PVA的载体是通过交联法获取的, 根据交联方法的不同, 可以将PVA载体的制备方法分为物理交联、化学交联、辐射交联三种方法。其中, 辐射交联法在交联过程中容易产生杀菌和诱变作用, 对于微生物载体的制备不利。因此, 实际运用中较少应用辐射交联, 一般会运用物理交联和化学交联方式制备PVA载体。

(1) 物理交联。PVA物理交联的方法是冷冻解冻法, 这一方法获取的PVA载体具有开孔率高、含水率大等优势。物理交联法凝胶成型是利用PVA链间的分子间氢键和分子内氢键、微晶区以及大分子链间的缠结, 最终形成了三维网络, 增强PVA溶液与微生物的融合性。对于冷冻解冻法的应用, 主要是将聚乙烯醇溶液放置在-20℃~-80℃低温和室温下反复进行冷冻——解冻, 促使聚乙烯醇材料内部形成微晶区作为物理交联点。物理交联法对微生物活性影响不大, 不需要采用化学交联试剂, 但通过物理交联法所取得的PVA制备载体具有较大的水溶性, 但稳定性不好。

(2) 化学交联。化学交联法比PVA物理交联法更为有效, 能够使材料的机械性强度高, 弹性好, 使命也更长, 这对于提高聚乙烯醇固定化微生物技术应用性有很大作用。其原理是由PVA的烃基与多官能团物质反应而形成交联结构的过程。化学交联法制备PVA载体中最常使用的是PVA-硼酸法, 这种方法的原理是PVA与硼酸发生反应生成单二醇型键, 生成单二醇型键之后通过共价交联形成多孔凝胶并将微生物细胞包埋在凝胶网格中, 最终获得PVA水凝胶 (如图1) 。然而, 在利用化学交联法来获得聚乙烯醇载体, 会使硼酸对某些微生物有毒害的作用, 降低了残余细胞的活性, 另外, 由于载体的硬化时间长, 容易在制备过程中发生粘连膨胀, 难以成为均匀的球体, 在使用的过程中应当慎重考虑这一点。但PVA—硼酸法是制备聚乙烯醇载体的一种非常有效的化学交联法, 值得在现实应用中广泛推广。

2 PVA固定化微生物技术对生活污水的处理研究

加强生活污水处理是解决水污染问题中的重要部分之一。相对于难降解、浓度高、含有重金属的废水来说, 生活污水还是比较容易处理的。现实中会经常运用PVA固定化微生物技术处理生活污水。

(1) 污染物降解处理。使用PVA固定化微生物技术来处理生活污水, 其原理是对活性污泥予以有效的处理, 先让生活污水变得清澈、干净。在对生活污水中污染物降解处理过程中, 所采用的处理方法主要是PVA-硼酸法, 待污染物固定化后, 活性污泥对温度和p H值的适应范围变宽, 并在优选条件下连续运行, 尽可能的被去除, 实现污水处理效果。聚乙烯醇-硼酸法处理生活污水的主要内容是以聚乙烯醇 (PVA) 为包埋材料, 以含2%的饱和硼酸作为交联剂, 采用包埋和交联联合应用的微生物固定化方法固定驯化后的活性污泥, 以网格塑料片作为支撑体, 制备成固定化生物膜。生物膜活性恢复后, 组装固定化微生物反应器, 对生活污水进行处理。聚乙烯醇固定化微生物技术的有效应用可以对生活污水予以有效的处理, 促使生活污水可以再次被应用, 这将大大提高水资源利用率, 缓解日益匮乏的水资源, 为促进我国实现可持续发展创造条件。

(2) 含氮生活污水的处理。利用PVA固化微生物技术处理含氮生活废水, 能够有效提升处理效果。在含氮废水处理方面, PVA固定化微生物技术可以同时固定自养好氧的硝化菌和异养厌氧的反硝化菌, 通过载体内部的溶解氧梯度形成外部好氧内部厌氧的环境, 实现在好氧反应器内的同时硝化反硝化脱氮, 促使含氮废水得到有效处理。

3 结语

PVA固定化微生物技术能够有效处理生活污水, 该技术具有无毒、价廉、抗微生物分解、机械强度高等优点, 使其适合应用于生活污水处理中。在对生活污水予以处理的过程中所应用的聚乙烯醇固定化微生物技术, 根据生活污水污染物情况, 科学合理的应用此技术来处理, 充分发挥聚乙烯醇载体的作用, 提升生活污水处理效果, 实现水资源利用率的提高, 为实现我国可持续发展创造条件。

摘要：聚乙烯醇在生物活性高分子研究中的作用日趋重要, 把聚乙烯醇应用于生活污水处理, 可以有效地提高水资源利用率。本文就聚乙烯醇固定化微生物技术载体制备、改性及其在生活污水中的应用分析。

关键词：聚乙烯醇,固化微生物,生活污水

参考文献

[1]祝丽思.聚乙烯醇固定化微生物技术对生活污水脱氮的研究[J].黑龙江畜牧兽医, 2014 (11) .

[2]刘海琴, 韩士群, 李国锋.固定化复合微生物对废水的脱氮效果[J].江苏农业科学, 2006 (06) .