污水处理技术工艺

固定化微生物技术在污水处理中到底有多大用处?

发布日期:2019-05-22 / 发布者:鸿淳环保科技 / 点击:

由于固定化微生物技术可以固定筛选出的降解特定物质的优势菌,该技术的应用可以提高污水处理系统的特异性和耐受性,处理效果稳定,操作管理简单。降解效果明显优于传统方法。因此,近年来固定化微生物技术已成为国内外学者研究的热点,一些研究成果已从实验室走向实际应用阶段。本文对现有的固定化微生物技术进行了分类,介绍了固定化微生物技术中常用的各种载体在污水处理中的研究与应用。对各种固定化微技术的优缺点和应用范围进行了比较和总结。最后对该方法在污水处理中的实际应用进行了展望。

1固定化微生物技术及分类

固定化微生物技术是20世纪60年代以来发展起来的一种新型技术。固定化微生物技术是指利用物理或化学方法限制或定位特定空间范围内的游离微生物细胞、动植物细胞、细胞器或酶,保留其固有的催化活性,能够重复并持续使用该技术。固定化微生物技术的使用有以下优点:它有利于提高生物反应器中微生物的浓度和纯度,缩短反应所需的时间,降低工程投资和处理设施的成本;有利于反应器的固态液体分离,反应容易控制,产生的污泥量小;有利于去除氮和高浓度的有机物或其他难以降解的有毒有害物质,并能消除污泥处理过程中的二次污染。以其独特的污水处理优势,近十年来取得了长足的发展。它从原始的单固定化酶、固定化微生物细胞发展为固定化动植物细胞、固定化细胞器、固定化原生质体、固定化微生物分生和酶及微生物细胞、有氧微生物和厌氧微生物联合固定化[1]等。

目前,固定化生物技术有多种方法。根据微生物细胞与载体之间的作用力和作用形式、微生物细胞的固定状态以及载体的性质,固定化微生物技术可分为吸附法、包埋法、交联法、自固定法和介质截留法五大类。

1.1吸附法

吸附法是固定化微生物技术处理废水最早、应用最广泛、最成熟的方法。在大多数生物膜反应器的启动初期,都采用了吸附原理。吸附包括物理吸附和离子吸附。物理吸附是利用高吸附容量的硅胶、活性炭等吸附剂将微生物吸附到表面固定。离子吸附是基于微生物被固定在具有不同电荷的离子交换器上这一事实,这是由于在解离状态下静电的作用所致。该方法操作简单,微生物固定过程对细胞活性影响小,条件温和。但是,该方法结合的细胞数有限,反应稳定性和重复性差,固定微生物的数量受载体类型和比表面积的限制[2],需要进一步改进。同时,微生物与载体之间的吸附强度不够强,载体的选择是关键。

1.2包埋法

包埋方法是通过聚合、离子网络、沉淀或改变溶剂、温度和pH值来截取水不溶性凝胶聚合物孔隙网络中的微生物细胞。凝胶聚合物网络可以防止细胞的渗漏,同时允许基质渗透和产物扩散。嵌入法可分为聚合物合成嵌入法、离子网络嵌入法和沉淀嵌入法。该方法操作简单,对微生物活性影响小,且能将微生物锁定在特定的聚合物网络中,因此固定化微生物颗粒强度较高。包埋法是目前应用最广泛、研究最广泛的固定化微生物制备方法。

1.3交联法

交联法是利用两个或两个以上的官能团将微生物连接成网络结构,即使这些官能团直接与微生物细胞表面的氨基、羟基等反应基团连接,形成共价键,达到固定化的目的。用这种方法,微生物细胞具有很高的结合强度,稳定性好,能承受温度和酸碱值的剧烈变化。然而,由于共价键形成过程中反应条件过多,微生物细胞的活性往往受到很大影响,适合这种固定化的交联剂大多比较昂贵,因而在实际应用中受到限制。

1.4自固定化法

自我固定,又称载体固定,是一个全新的概念:在自凝块颗粒的过程中,同时形成适合微生物的生态环境。使其有利于微生物代谢之间的协调或促进微生物之间的生物信息的传递[3].与其他固定化方法相比,这种方法的优点是对传质的抗性小,细胞颗粒的整体活性高,以及简单的固定方法。它将被广泛应用于污水处理领域的环境工程。4]和.

1.5 介质截留法

介质截留法是通过特殊的孔网结构将酶、微生物或动植物细胞固定在具有特定功能的载体上,或将酶、微生物或动植物细胞限制在一定的空间范围内。微生物细胞不能通过这种孔网结构,而基质和产物可以通过,从而使废水的生化反应和分离同时进行。所述的介质截留法通过控制介质的孔径,选择性地控制基质和产物的扩散,防止微生物细胞的泄漏,使基质与微生物细胞充分接触,从而起到有效的反应。因此,介质截留法是一个很有前途的过程。

2 载体的特点

要完成微生物的固定化,关键是要选择合适的微生物载体。不同的固定化微生物方法需要不同的载体。随着材料科学和生物学的不断发展和结合,微生物固定化的各种方法的最佳载体仍需进一步研究和探讨,但所有载体都应具有以下特点:(1)具有抗物理降解能力。化学降解和生物降解的稳定性具有一定的机械强度和结构稳定性。在一定的PH值和温度下,不易被破坏。(2)固定化方法简单,易于移动。固定条件尽可能温和。(3)可以控制固定化微生物颗粒的大小和孔隙率。(4)载体所用材料便宜易得,固定成本低。(5)固定化系统可使底物、产物及其他代谢物自由扩散。(6)载体对微生物不敏感,不损伤细胞。(7)单位体积固定化系统有尽可能多的微生物,以便在生物催化中发挥更好的作用。

3固定化微生物技术的前景

各种固定都有各自的优缺点。所有的污水处理都没有合适的方法。在实际应用中,应根据污水水质、水力负荷、运行条件等选择合适的方法。表1列出了各种固定方法的比较。

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目前,虽然固定化微生物技术的研究较多,但在实际应用中仍存在许多问题。为了将微生物固定化技术应用于污水处理的实际工程领域,需要加强以下几个方面的工作。

(1)新的微生物固定化载体或具有高价格、短使用寿命、耐用、廉价的包埋材料的研发将是促进微生物固定化技术的推广应用和实现该技术产业化的关键问题。

(2)固定化材料,固定化方法,固定化条件等均对微生物细胞的活性有影响,对固定化细胞的稳定性研究不足。如何获得固定化细胞的最佳活性,提高固定化细胞的稳定性,提高固定化技术的治疗效果是未来研究的重点。

(3)在废水处理过程中,固定的微生物细胞对某些悬浮物或高分子物质的作用可能较差,可能会出现溶胀、漂浮或堵塞等现象。(3)在废水处理过程中,固定化微生物细胞对某些悬浮物或高分子物质的作用较差,可能会出现溶胀、漂浮或堵塞等现象。因此,对废水进行什么样的适宜的物理预处理和化学预处理,或者结合什么样的工艺需要进一步研究。

(四)废水中含有的污染物是一个非常复杂的混合系统,单个品种无法达到较满意的效果。因此,应进一步加强混合微生物固定系统的研究与开发。选择、构建高效、廉价、抗高性能的微生物,建立由反应器内混合菌群组成的微生物生态环境,使各种固定化微生物发挥协同作用,拓宽可处理的污染物种类;提高治疗效率。

固定化微生物技术在污水处理中到底有多大用处?

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