固化微生物技术及其在废水处理中的应用

固化微生物技术及其在废水处理中的应用

杜俊龙张伟

（枣庄学院生命科学学院，山东枣庄277101）

摘要：固化微生物技术是目前生物化学学科中比较新兴和热门的一项技术，主要应用于废水的处理，相比普通生物法有着高负荷，耐毒性高，生物密度高等优点，本文对固化微生物技术及其几种分类进行了简要介绍。并结合国内外研究成果对固化微生物在废水处理用的应用做了简单的探讨。

关键词：固化微生物；生物技术；废水处理

上世纪6、70年代，在生物化工领域兴起了一项技术——固化微生物技术，其本质即是将特选的微生物通过化学或物理手段来将微生物固定在合适的空间范围（载体）上面，在高密度下保持生物活性，并且在适应的条件下能供快速增殖。固化微生物技术的应用范围很广且实用性较高，因此环境污染也日渐严重的情况下，我们开始研究固化微生物技术在废水处理中的应用。其中工业废水，污水的清洁是社会广泛关注的热点，而固化微生物技术的高效，高稳定性，高负荷等优点使得这门学课更加的吸引大众的目光。

一、固化微生物技术

1、载体的种类

固化微生物技术载体可分为无机载体与有机载体。无机载体:常见的有活性炭，多孔玻璃，石英砂，硅胶，氧化铝，高岭土等。有机载体：常见的有琼脂，海藻酸钙，聚乙烯醇等一类高分子凝胶类。在实际应用中根据不同的微生物以及不同的固化方法来选择载体以保障化微生物能较长时间的保持强度以及活性、来降低成本。

2、固定化的方法分类

按固定化的方法分类，主要有：吸附法，包埋法，交联法，共价结合法，结合法等，目前比较经济比较常用的主要有吸附法，包埋法等。

2.1吸附法

吸附法具有制备简单，兼具经济性和使用效果等特点，是目前最常使用的固定化方法，其原理是通过细胞和载体之间形成共价键，高分子键或分子引力以及使用具有高吸附能力的物质如硅胶，活性炭，多孔玻璃，碎石，卵石，焦炭，硅藻土，多孔砖等吸附剂来吸附在物质上。而这种方法的载体还具有可以重复利用的优势，但是吸附法的牢固性差，酶与细胞的结合量和固化细胞的活力及寿命受载体影响大。

2.2包埋法

这种方法是将酶和细胞包埋在凝胶格子或半透膜组织内，小分子的底物和产物可以自由的出入，而微生物不露出，操作难度较低。常用的载体有如海藻酸钙凝胶，卡拉胶，聚乙烯醇等，可按照形成方式不同分为天然高分子多糖类和有机合成高分子化合物。如琼脂，海藻酸钠等，对于微生物无毒无害，传质性能好。缺点是结合强度较低，且在一定条件下容易被微生物分解，需额外添加添加剂增强强度。如聚乙烯醇，聚丙烯酰胺等则为有机合成的高分子载体，则稳定性和强度较高，但是影响微生物活性及传质性能。相比吸附法，包埋法虽然其载体具有密度低，液态化等优点，但是其制备工艺繁复，性价比偏低且载体无法重复利用。

2.3交联法

交联法是利用微生物与两个或以上的功能基团之间发生的试剂反应，使得微生物菌体之间互相链接产生网状结构来固定化微生物，交联法强度和稳定性较高，但是反应剧烈对于微生物的活性有较大的损失，另外使用该方法制备比较复杂。经济上而言，常用的交联剂有戊二醛，双重氮联苯胺等，其试剂的成本都偏高。综上可知，制备简单，强度高，活力强，性能稳定，传质性能良好，兼具经济性的固定化载体,是固定化技术能否投入实用的关键。

二．固化微生物技术在废水处理中的应用

1、处理难降解有机废水

含酚类废水，含酚废水主要来源于焦化、炼油、石油化工、煤气发电站、塑料、树脂、绝缘材料、木材防腐、农药、等工业。这类废水如未经处理就排放出去，对于水质的伤害不言而喻，因此含酚类废水是治理三废的一个重点内容，而此类废水在常规生物方法处理时效率低下，因为对此类有机物有降解作用的微生物难以在构筑物中长久足量存在且世代教长，而利用固化微生物技术有针对性的培养菌群合以适宜的浓度及载体是可以高效的处理此类废水的。Yang用三乙酸纤维素脂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比较,当容积负荷(以COD计)小于90kg(m3.d)时[3],包埋法固定化细胞的酚去除率达90%以上,孙艳等对一种耐酚菌种及其固定化微生物降解含酚废水性能进行了比较研究，结果表明，固定化微生物与游离微生物的降解效果有明显差距，固化微生物明显更具优势。

2、处理染料废水

固定化微生物技术与传统的生物处理法相比，可以选择更加高效及有针对性的微生物，而其产生污垢较少，固液分离成果显著，因此固定化微生物技术在印染废水的处理上属于实用性比较高，应用比较广泛的处理技术。

赵大传等采用核桃壳颗粒作为载体，设置了一个串联柱状反应器装置，针对较强的固定化微生物如何处理人工配制印染废水的课题进行实验研究,实验结果显示：出水CODe<160mg／L，去除率为94．5％，色度<5倍，脱色率为99．2％．以聚乙烯醇固定混合脱色菌也取得了较好的脱色效果

周林成等采用固定化微生物工艺，对混凝沉淀后的废水进行现场中试处理．结果表明：在HRT为一定水平的条件下，对进水COD为1．0g／L、1．2g／L的退浆废水经过两级水解酸化,两级好氧处理后,其出水COD<10mg／L达到国家一级排放标准[4]．

3、处理含重金属废水

利用固定化微生物技术对含有重金属的工业废水进行处理，微生物的稳定性有所增加，避免了传统生物方法由于微生物细胞太小难以与水溶液分离造成再次污染，而采用固定化技术可使得稳定性增强，而固液分离效果好可以将金属脱附回收，更加环保。吴乾箐等利用聚丙烯酰胺固定化酵母菌去除电镀废水中的Cd，固定化微生物对Cd的去除率达98.9，采用未固定化微生物则去除率为37.6，根据两项Cd去除率试验的对比结果，我们不难看出固化微生物在污水处理的稳定性上占有绝对优势。

总结：

综上所述，我们通过对照比较，固化微生物技术在污水处理方面的表现与以往传统处理方式相比较，具有绝对的优势，虽然现在的处理技术仍不成熟，部分问题亟待解决，但这不能取代该技术在污水处理领域的贡献。相信通过科研人员的不懈努力，固化微生物技术将日趋成熟，在污水处理领域的实现其实用性、高效性、广泛性的应用。

参考文献

[1]吴晓梅,叶美锋,吴飞龙,等.固化微生物处理规模化养猪场废水的试验研究[J].能源与环境,2017(1):14-15.

[2]李涛.固定化微生物技术在环境工程中的应用研究进展[J].农村科学实验,2017(3):69-69.

[3]庄榆佳,赵忆,苏建强,等.抗生素抗性基因在养殖废水中的分布与去除[J].环境化学,2017,36(11):2311-2318.

[4]谭林山,施怀荣,郭玉雷,等.高效固化微生物技术在南运河水环境治理中的应用[J].北京水务,2016(2):16-19.

作者简介：杜俊龙（1997年―），男，汉，四川省达州市人，枣庄学院生命科学学院生物技术专业，学生，在读本科生，研究方向为生物技术；

张伟（1997年―）男，汉，山西省临汾市人，枣庄学院生命科学学院生物技术专业，学生，在读本科生，研究方向为生物技术。