第
34卷第 6 期
2009 年 6 月
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
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
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
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
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
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
用此法制备的固定化细胞
, 细胞大多死亡。有人用
此法将卡尔酵母固定在已活化的多孔玻璃珠上
, 虽
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 )
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。
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
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。
表
1 常用载体性能的比较
载体
琼脂
海藻酸钙
角叉莱胶
聚丙烯酰胺
PVA- 硼酸
压缩强度
( kg/ cm
2
)
01 5
01 8
01 8
11 4
21 75
耐曝气强度
差
一般
一般
好
好
扩散系数
( cm
2
/ 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
易
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 /m
3
# d时, 包埋法固定的
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 /m
3
# 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
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/( m
3
# d )。 随后,
V anotti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
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