微生物固定化载体
固定化微生物技术及其在污水脱氮方面的应用
固定化微生物技术及其在污水脱氮方面的应用固定化微生物技术是一种将微生物细胞固定在一定载体上用于污水处理的技术。
随着环境污染问题日益凸显，固定化微生物技术在污水处理领域得到了广泛应用，其中在污水脱氮方面的应用尤为突出。
本文将从固定化微生物技术的原理和应用以及在污水脱氮方面的具体应用进行介绍。
一、固定化微生物技术的原理和应用固定化微生物技术是利用载体将微生物固定在一定位置，使其在一定范围内活动，有效利用微生物的代谢活性来处理污水中的有机物、氨氮、磷等物质。
常见的载体有多孔陶瓷、多孔玻璃、发泡塑料、植物渣等。
固定化微生物技术在污水处理中的应用主要有以下几个优点：1. 提高微生物的稳定性和抗冲击能力：微生物固定在载体上后，可以减少外界环境因素对微生物的影响，提高微生物的稳定性和抗冲击能力。
2. 提高微生物的代谢效率：固定化微生物技术可以使微生物在载体上形成一定密度，有利于微生物与底物的接触，从而提高微生物的代谢效率。
3. 增加微生物的保存性：通过固定化技术，可以使微生物在较长时间内保持生物学活性，减少了频繁接种的次数，提高了微生物的使用寿命。
氮是污水中主要的污染物之一，其中的氨氮和硝态氮是最主要的问题。
氨氮和硝态氮是水质中的两种重要氮源，对生态环境和人体健康都具有较大危害。
固定化微生物技术在污水脱氮方面的应用主要包括以下几种方式：1. 厌氧氨氮去除：通过将微生物固定在厌氧颗粒中，形成厌氧颗粒污泥床反应器，可以有效去除污水中的氨氮。
此种方法适用于富集和分离厌氧细菌群，提高氨氮的去除效率。
2. 低温硝化：低温硝化是指在低温条件下将氨氮氧化成硝态氮。
通过固定化微生物技术，可以将低温硝化微生物固定在一定载体上，在寒冷季节或寒冷地区，依然能够高效去除氨氮。
3. 排水塔工程：在城市污水处理厂的氨氮去除工程中，排水塔是一个重要的环节。
通过固定化技术，在排水塔中保存一定数量的高效硝化细菌，可以提高氨氮的氧化速率和硝态氮的去除效率。
固定化技术包括固定化酶技术与固定化微生物技术
固定化技术包括固定化酶技术与固定化微生物技术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处理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、重金属废水等废水。
固定化微生物技术在废水生物处理领域具有独特的优势和巨大的潜力，但在实际应用中仍有许多问题有待解决：（1）寻找高效、廉价、无毒的微生物，开发多种生物共生固定化系统；（2）开发性能稳定、强度高、使用寿命长、成本低、传质阻力小的固定化载体；（3）开发高效固定化反应器；（4）开发高强度废水固定化处理和其他优化组合处理工艺。
相信通过不断的研究，固定化微生物技术将成为一种高效实用的污水处理技术，在污水处理中得到广泛的应用。
固定方法载体微生物处理对象主要结论嵌入法聚砜纤维膜假单胞菌高浓度含酚废水中1200mg/L的苯酚可在95h内完全降解包埋法包埋法海藻酸钠-小球藻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和屠宰场废水中的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,可长期连续使用嵌入法k2角叉藻聚糖/明胶凝胶ca厌氧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,且寿命延长嵌入法不动杆菌和产碱杆菌活性污泥苯甲酸固定化细菌对温度较高、pH值较高的配水和废水中的有毒物质具有较强的耐受性包埋法含粉末活性炭的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嵌入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;固定喹啉降解动力学符合零级反应吸附法聚氨基甲酸酯泡沫假单包菌ngk1水分配中的萘与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合Q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以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处理水相污染物方面显示出一定的技术优势染物(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。
固定化微生物技术在环境工程中的应用研究进展
环境生态huan jing sheng tai155固定化微生物技术在环境工程中的应用研究进展◎严家强摘要：固定化微生物技术在环境工程中的应用发挥了重要作用。
在废水处理中，固定化微生物细胞的作用远大于分散微生物的作用。
目前，固定化微生物技术在废水、大气和土壤环境工程的处理过程中得到了有效应用。
基于此，本文总结固定化微生物载体的选择，阐述了固定化微生物技术的应用和发展过程。
关键词：固定化微生物；环境工程；研究进展由于这项技术不需要从细胞中提取纯化酶，酶的活性只会略有损失。
相关研究表明，固定化微生物具有微生物损失少、反应速度快、操作简便等优点。
随着环境污染的日益加重，固定化微生物技术广泛应用于环境研究中，特别是废水处理。
经过多年的理论和实践研究，目前我国固定化微生物技术在环境治理方面取得了一定的成果。
一、微生物固定化的方法和载体微生物固定化的方法。
目前，微生物固定化的形式多样，但大致可分为四种：包埋法、吸附法、连接法和共价结合法。
第一，就包埋法而言将微生物限制在凝胶的微小格子或者受限的空间里使微生物细胞在多孔介质中扩散进入载体内部，让基质深入，产物分散。
包埋法固定化的操作比较简单，对微生物活性的影响很小，颗粒强度大，是目前应用较多的一种方法。
但是会在一定程度上阻止底物和氧气的扩散，不适合大分子底物；第二，吸附法是通过带电微生物细胞与载体之间的静电、表面张力和粘附力的作用进行的，使微生物细胞附着在载体表面形成生物膜。
该方法是物理吸附，操作简便，条件温和，微生物固定化过程有对细胞活性影响不大，但固定化微生物数量受载体类型和表面的限制，组合不够牢固，响应稳定性和重复性低；第三，交联法，也称为无载体固定化法，是利用微生物中酶分子的氨基和羟基，与分子功能相关者反应形成共价键，在微生物之间形成网络结构，实现微生物的不动性。
可分为物理施肥和化学施肥[1]。
第一种是指在微生物培养过程中培养条件的改变，使细菌之间直接造粒和固定，同时形成合适的代谢环境。
微生物固定化技术
固定化微生物技术是将特选的微生物固定在选证的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。
这种技术应用于废水处理，有利于提高生物反应器内微生物(尤其是特殊功能的微生物)的浓度，有利于微生物抵抗不利环境的影响，有利于反应后的固液分离，缩短处理所需的时间。
利用固定化微生物技术提高废水处理效率的工艺方法也被称作”生物增效”，其适用的领域非常广泛，例如:化粪池、隔油槽、排水管、城市污水处理厂以及工业废水…等。
一般而言,针对特殊污染源，来自天然环境的微生物消耗很快、效率低下，即使有快速的繁殖能力仍不足以负荷。
因此,生物增效的作业过程还是依循自然的方式，向目标添加定制的、具有已知降解能力的微生物制剂(固定化微生物），处理效果则有明显的提升。
现在所研究的生物吸附剂的固定化方法主要有以下几种:1吸附法吸附法一般依靠生物体与载体之间的作用，包括范德华力、氢键、静电作用、共价键及离子键，两者间的屯电位,在微生物体和载体的相互作用中起重要作用。
常用的吸附载体有活性炭、木屑、多孔玻璃、多孔陶瓷、磁铁矿、硅藻土、硅胶、纤维素、聚氨醋泡沫体、离子交换树脂等。
它是一种简单易行、条件温和的固定化方法，但用它固定的生物体不够牢靠，容易脱落。
2交联法交联法又称无载固定化法，是一种不用载体的工艺,通过化学、物理手段使生物体细胞间彼此附着交联。
化学交联法它一般是利用醛类、胺类等具有双功能或多功能基团的交联剂与生物体之间形成共价键相互联结形成不溶性的大分子而加以固定，所使用的交联剂主要有戊二醛、聚乙烯酞胺、表氯醇等等。
物理交联法在是指在微生物培养过程中，适当改变细胞悬浮液的培养条件（如离子强度、温度、pH值等)，使微生物细胞之间发生直接作用而颗粒化或絮凝来实现固定化，即利用微生物自身的自絮凝能力形成颗粒的一种固定化技术。
3包埋法在微生物的固定化方法中，以包埋法最为常用。
它的原理是将生物体细胞截留在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的网络中，通过聚合作用或通过离子网络形成,或通过沉淀作用，或通过改变溶剂、温度、pH值使细胞截留.凝胶聚合物的网络可以阻止细胞的泄露，同时能让基质渗入和产物扩散出来。
固定化微生物技术在环境工程中的应用
固定化微生物技术在环境工程中的应用摘要：随着人类经济和社会的发展，环境污染问题日益严重。
环境工程技术的发展已成为解决环境污染问题的重要手段之一。
其中，固定化微生物技术作为一种新兴的环境工程技术，已经在环境治理中得到了广泛的应用。
本文将从固定化微生物技术的基本原理、应用领域、优点和不足等方面进行探讨。
关键词：环境工程技术；环境污染；固定化微生物技术一、固定化微生物技术的基本原理固定化微生物技术是将微生物固定在载体上，使其形成一种稳定的生物膜，从而实现对废水、废气等污染物的高效降解。
固定化微生物技术的载体可以是天然材料，如木屑、沙子、石英砂等，也可以是人工合成材料，如聚丙烯、聚氨酯等。
固定化微生物技术的基本原理是通过微生物的代谢作用，将有机物质分解为无机物质，从而实现对废水、废气等污染物的降解。
二、固定化微生物技术的应用领域固定化微生物技术在环境工程中的应用领域非常广泛，主要包括以下几个方面：1、废水处理：固定化微生物技术可以应用于各种类型的废水处理，如生活污水、工业废水、农业废水等。
通过将微定在载体上，可以提高微生物的降解效率，减少处理时间和处理成本。
2、废气处理：固定化微生物技术可以应用于各种类型的废气处理，如工业废气、生活废气等。
通过将微生物固定在载体上，可以实现对废气中的有机物质和氮氧化物的高效降解。
3、土壤修复：固定化微生物技术可以应用于土壤修复，通过将微生物固定在载体上，可以实现对土壤中的有机物质和重金属的高效降解。
4、生物能源：固定化微生物技术可以应用于生物能源的生产，如生物柴油、生物乙醇等。
通过将微生物固定在载体上，可以提高微生物的代谢效率，从而提高生物能源的产量。
三、固定化微生物技术的优点固定化微生物技术相比传统的微生物处理技术具有以下几个优点：1、高效降解：固定化微生物技术提高微生物的降解效率，减处理时间和处理成本。
2、稳定性好：固定化微生物技术可以形成一种稳定的生物膜，从而提高微生物的稳定性和抗干扰能力。
微生物固定化技术
固定化微生物技术是将特选的微生物固定在选证的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。
这种技术应用于废水处理，有利于提高生物反应器内微生物(尤其是特殊功能的微生物)的浓度，有利于微生物抵抗不利环境的影响，有利于反应后的固液分离，缩短处理所需的时间。
利用固定化微生物技术提高废水处理效率的工艺方法也被称作"生物增效"，其适用的领域非常广泛，例如:化粪池、隔油槽、排水管、城市污水处理厂以及工业废水…等。
一般而言，针对特殊污染源，来自天然环境的微生物消耗很快、效率低下，即使有快速的繁殖能力仍不足以负荷。
因此，生物增效的作业过程还是依循自然的方式，向目标添加定制的、具有已知降解能力的微生物制剂(固定化微生物)，处理效果则有明显的提升。
现在所研究的生物吸附剂的固定化方法主要有以下几种:1吸附法吸附法一般依靠生物体与载体之间的作用，包括范德华力、氢键、静电作用、共价键及离子键，两者间的屯电位，在微生物体和载体的相互作用中起重要作用。
常用的吸附载体有活性炭、木屑、多孔玻璃、多孔陶瓷、磁铁矿、硅藻土、硅胶、纤维素、聚氨醋泡沫体、离子交换树脂等。
它是一种简单易行、条件温和的固定化方法，但用它固定的生物体不够牢靠，容易脱落。
2交联法交联法又称无载固定化法，是一种不用载体的工艺，通过化学、物理手段使生物体细胞间彼此附着交联。
化学交联法它一般是利用醛类、胺类等具有双功能或多功能基团的交联剂与生物体之间形成共价键相互联结形成不溶性的大分子而加以固定，所使用的交联剂主要有戊二醛、聚乙烯酞胺、表氯醇等等。
物理交联法在是指在微生物培养过程中，适当改变细胞悬浮液的培养条件(如离子强度、温度、pH值等)，使微生物细胞之间发生直接作用而颗粒化或絮凝来实现固定化，即利用微生物自身的自絮凝能力形成颗粒的一种固定化技术。
3包埋法在微生物的固定化方法中，以包埋法最为常用。
它的原理是将生物体细胞截留在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的网络中，通过聚合作用或通过离子网络形成，或通过沉淀作用，或通过改变溶剂、温度、pH值使细胞截留。
微生物固定化技术的应用
微生物固定化技术的应用
微生物固定化技术是一种利用特定载体将微生物固定在其中，从而形
成固定化生物反应器的技术。
这种技术被广泛应用于生物处理、食品工业、制药工业、环境工程等领域，以下是一些应用方面的具体例子：
1.生物废水处理：利用固定化微生物反应器对污水进行处理，可降解
污水中的有机物和氮化物，减少污染物的排放。
2.食品工业：利用固定化酶和微生物进行制酸、发酵等过程，提高产
品质量和生产效率。
3.制药工业：利用固定化细胞或酶制备药物，提高出药率和产量，减
少废水和废气的排放。
4.处理重金属污染：固定化微生物对重金属污染进行处理，从废水中
去除重金属离子，减少对环境的污染。
5.土壤修复：利用固定化微生物对污染土壤进行修复，可以去除土壤
中的有害物质，恢复土壤质量。
6.生产生物能源：利用固定化微生物进行生物燃料和生物气体的生产，提高能源利用率和环保性。
总之，微生物固定化技术可以为许多领域带来更加有效和环保的解决
方案，是一种十分有用的生物技术。
包埋法固定化微生物技术中的载体选择及在污水生物处理中的应用
文章编号：1004-3918（2009）05-0554-05包埋法固定化微生物技术中的载体选择及在污水生物处理中的应用刘帅，张培玉，曲洋，郭沙沙（青岛大学环境科学与工程系，山东青岛266071）摘要：较详细介绍了包埋法固定化微生物技术中不同种类包埋载体的特点，比较分析了不同载体的使用对污水生物处理效果的影响，指出了包埋法的应用范围.关键词：固定化微生物技术；污水处理；包埋法；载体中图分类号：Q 819文献标识码：A传统的污水生物处理工艺以微生物悬浮态生长的活性污泥处理法为主.此法虽然有很多优点，并且早已在污水处理领域发挥着重要的作用，但同时也存在着许多很难克服的缺陷，比如反应器中生物量的浓度偏低、泥水分离困难、不耐冲击负荷、会出现污泥上浮膨胀和流失等问题.固定化微生物技术是应用于污水处理的新技术之一.由于固定化微生物技术可固定经筛选出的能降解特定物质的优势菌属，能使污水处理系统专一性、耐受性增强，处理效果稳定，运行管理简单，降解效率明显优于传统方法.因此，近年来固定化微生物技术已成为各国学者研究的热点课题，并且已有部分研究成果由实验室走向实际应用阶段.包埋法是固定化微生物技术中应用最广泛的方法之一，国内对于包埋法固定化微生物技术处理污水的研究很多，但是关于介绍和比较包埋法所用载体的文章较为少见.本文就包埋法固定化微生物技术研究中的载体选择进行了介绍，分析比较了不同载体的使用对污水生物处理效果的影响，指出了包埋法的应用范围，以期为包埋法固定化微生物技术中的载体选择提供有益参考.1包埋法固定化微生物技术在固定化微生物技术处理污水的研究中，包埋法是最为常用、研究最为广泛的固定化方法.目前关于该方法处理污水的研究已有大量报道.包埋法是将微生物细胞截留在水不溶性的多聚体化合物孔隙的网络空间中，通过聚合作用，或通过沉淀作用，或通过离子网络作用，或通过改变溶剂、温度、pH 值使细胞截留.多聚体化合物的网络可以阻止细胞的泄漏，同时能让底物渗入和产物扩散出来.包埋法可分为高分子合成包埋、离子网络包埋和沉淀包埋.该法操作简单，对微生物活性影响小，可将微生物细胞锁定在特定的高分子网络中，因此制作的固定化微生物的强度高，与微生物细胞的结合力强，化学性能稳定.2包埋法固定化微生物技术的载体选择包埋法所使用的载体种类较多，但都要求可以形成具有孔隙网络空间的能力，以便将微生物细胞截留在内.对包埋法微生物载体的普遍要求是：固定化过程简单，易于成型，成本低；对微生物无毒性，固定化后细胞密度大；物理稳定性和化学稳定性好，不易被分解.现有的包埋固定化载体大致可分为天然高分子凝胶载体和有机合成高分子载体两类：1）天然高分子凝胶载体有琼脂、角叉菜胶、海藻酸钠、卡拉胶和海藻酸钙等.天然高分子凝胶载体一般具有生物无毒、传质性能良好、成形方便且固定化密度高等优点，但强度较低、抗微生物分解能力较差、在厌氧条件收稿日期:2009-02-18基金项目:国家自然科学基金（50678085，50878107）；山东省教育科技计划项目（J06I03）；山东省研究生教育创新计划资助项目（SDYY07091）作者简介:刘帅（1987-），男，山东潍坊人，从事环境生物学研究通信作者:张培玉（1963－），男，山东青岛人，博士，教授，主要研究方向为环境生物技术.第27卷第5期2009年5月河南科学HENAN SCIENCE Vol.27No.5May 20092009年5月下易被微生物分解.为了克服天然高分子凝胶载体的这些不足，可用交联剂对其进行稳定化处理，通过处理可使天然载体的物理和化学稳定性得到极大的提高，但是载体的传质性能和微生物细胞活力会相应的下降.2）有机合成高分子载体有聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、光硬化树脂、聚丙烯酸等.有机合成高分子载体的突出优点是抗微生物分解性能好、机械强度高、化学性能稳定、对细胞无毒且价格低廉，因而具有很高的利用价值，被认为是目前最有效的固定化载体.但有机合成高分子载体聚合物网络的形成条件比较剧烈，对微生物细胞的损害较大.3部分包埋剂在固定化微生物技术中的应用现今对于包埋法的研究非常广泛，从载体的构造到反应的机理和控制条件等各方面在国内外都有较深入的研究，不同载体的使用对污水生物处理会产生不同的效果.3．1海藻酸钙的使用海藻酸钙对微生物的毒性很小，固化成型方便，对微生物细胞的富集程度高，所以是目前天然高分子凝胶载体中研究最多、使用最广的载体之一.但是其稳定性差、机械强度不高等缺陷需要进一步改善.由于海藻酸钙固定化细胞的密度高，传质性能好，故对于重金属离子的吸附性能优良.国外的研究者对海藻酸钙包埋法在去除重金属离子的效率以及最佳去除条件等方面做了大量的试验和研究，证明了海藻酸钙作为载体包埋有关微生物，可以作为重金属的生物吸附剂使用，且处理效果较好.Bala Kiran 等[1]用海藻酸钙包埋蓝藻，在不同的金属初始浓度、不同的pH 值、不同的温度条件下研究了对Cr 6＋的吸附效果，结果表明：在金属离子初始质量浓度为50～60mg /L ，pH 为2～3，温度45℃时获得最大吸附率82％.Y .Kacar 等[2]用海藻酸钙固定真菌（Phanerochaetech rysosporium ）包括活的和加热灭活的2种形态菌体处理含Cd 2＋的废水，最大吸附能力分别为（104．8±2．7）mg 和（123．5±4．3）mg ，0．5h 内镉的生物吸附很快就达到85％.海藻酸钙微生物系统用10mmol /L HCl 处理，回收吸附率可达到原来的97％.同样方法用海藻酸钙包埋另一种真菌（Lentinus sajorcaju ）处理含Cd （Ⅱ）废水，实验显示在0．5h 之内，镉的生物吸附很快就达到85％[3]，吸附能力与时间的关系符合假二级方程.Gulay Bayramoglu 等[4]用海藻酸钙包埋固定衣藻制得的固定化小球吸附Hg 2＋，Cd 2＋，Pb 2＋，吸附60min 后可达到吸附平衡，并可用Langmuir 和Freundlich 吸附等温线描述；用2mol /L NaCl 溶液可将吸附在衣藻上的Hg 2＋，Cd 2＋，Pb 2＋解吸下来，解吸率可高达95％.Arica M 等[5]将黄孢原毛平革菌（Phanerochaetech rysosporium ）固定在海藻酸钙中，先制成活菌小球，再将活菌加入5mmol /L CaCl 2溶液，在90℃高温下加热10min ，制成固定加热灭活菌.将这2种菌用于吸附人工静态模拟废水中30～600mg /L 的Pb 2＋和Zn 2＋，对其吸附容量做了细致的研究，结果表明，在pH 5．0～6．0、吸附60min 后，加热灭活菌对Pb 2＋和Zn 2＋的吸附容量为355mg /g 和48mg /g （干质量），大于活菌球的282mg /g 和37mg /g （干质量）.以海藻酸钙为载体的包埋技术还用于处理难降解有机物.国内有研究证明，用海藻酸钙包埋固定优势降解菌（Alcaligenes sp ）降解2，6－二叔丁基（2，6－2DTBP ），在100．0mg /L 的初始质量浓度下，其降解率在12d 可达到86％.与未固定菌株相比，菌株经固定化包埋后其降解的能力大大提高，且固定化菌株对pH 值和温度的适应范围更宽，对底物具有更高的降解能力[6].除固定化微生物外，也有人研究用海藻酸钙固定化酶，但国内外在这方面的研究也较少，这可能是由于海藻酸钙相比较于其他包埋载体来说，凝胶网络的孔隙尺寸过大，酶容易从包埋网络中泄露，造成海藻酸钙对于酶的固定化的效率不高.3．2聚乙烯醇的使用聚乙烯醇（PVA ）在有机合成高分子载体中也是目前研究最多、应用最广的载体之一.聚乙烯醇具有对生物毒性小、物理化学稳定性较高、抗生物分解能力强、价格低廉等优势，但是其传质性能不如海藻酸钙等天然高分子凝胶载体.国内外对于聚乙烯醇固定以硝化菌和反硝化菌的研究较为常见.使用聚乙烯醇包埋微生物的各种制作固定化微生物颗粒的方法中，在低温冷冻条件下包埋高效菌种被证明是一种可以保持高微生物活性的有效方法.国外有研究[7]表明，用PVA 冷冻法把硝化污泥固定在3～5mm 聚乙烯醇小球里用来处理养猪废水，采用批量试验和连续试验进行好氧处理.结果当HRT 为4h 时，NH 3－N 的硝化率为567mg /d ，硝化污泥小球不受养猪废水高BOD 浓度的影响，适用于快速和有效地去除厌氧养猪废水塘中的NH 4＋.还有研究者[8]以PVA 刘帅等：包埋法固定化微生物技术中的载体选择及在污水生物处理中的应用555--第27卷第5期河南科学为载体，采用冷冻法混合固定硝化菌和反硝化菌，研究了好氧条件下同时硝化和反硝化的可行性及其脱氮特性.结果表明，硝化菌和反硝化菌混合固定时，由于载体内部形成了适合硝化和反硝化的环境，可以在好氧条件下同时进行硝化和反硝化，实现单级生物脱氮.混合固定时的氨氧化速度约为硝化菌单独固定时的14倍，约为PBS 脱氮速度的2．6倍.硝化菌和反硝化菌混合固定后对温度的敏感性减小，并且在较宽的溶解氧范围（2～6mg /L）保持稳定的脱氮速度.国内关于聚乙烯醇固定硝化菌反硝化菌处理氨氮废水的研究也有一定进展，许多实验都有很高的氨氮去除率.谭佑铭[9]等研究固定化PVA 反硝化菌对富营养化水体中硝酸盐氮的还原能力，以及对水体中有机物的降解情况.结果，经过40d 的处理后，原水中的亚硝化菌和硝化菌能将水样中的氨氮转化成硝酸盐氮，转化率约为57．5％，但原水中的反硝化细菌作用较微弱，对照水样中总无机氮的去除率约为6．7％.耿振香等[10]采用聚乙烯醇包埋固定从活性污泥中筛选的硝化菌和反硝化菌，对生活污水进行硝化反硝化工艺处理，废水中氨氮为45mg /L ，pH 值为7．5，DO 为2．0mg /L ，水力停留时间为18h ，氨氮去除率可达96％.张爽等[11]采用聚乙烯醇－硼酸包埋法固定经常温富集培养的含耐冷菌的硝化污泥，用于处理常温和低温生活污水，进行了比较研究.结果表明，该固定化硝化菌群在常温下经过1个月的活性恢复和增殖后，转入低温环境，在短期内表现出一定的适应性，作用6h 后对NH 4－N 的去除率为80％左右.在常温下，该固定化菌更表现出高效的氨氮去除能力，作用3h 后，去除率达90％以上.赵兴利[12]等利用PVA 包埋粉末活性炭驯化硝化菌，以流化床为生物反应器，采用SBR 运行方式，固定化硝化菌寿命长达7个月以上，NH 4－N 去除率维持在90％以上.以上大量的研究表明，聚乙烯醇是固定硝化菌和反硝化菌处理氨氮废水的优良包埋载体，其包埋效果较好，对氨氮的去除效率较高.这主要是由两个方面的因素造成：一方面，聚乙烯醇可以利用自身内部空间对氧扩散情况的影响，自然形成由里而外的好氧区、缺氧区和厌氧区，从而使硝化菌和反硝化菌各自在适合于自身相对独立的环境下生长代谢，实现好氧条件下同时硝化反硝化；另一方面，聚乙烯醇的物理化学稳定性较强，机械性能好，所以对于硝化菌这种需要较长生长代谢时间的菌种的固定化效果好.因此，聚乙烯醇作为包埋材料处理氨氮废水具有很好的应用前景.聚乙烯醇作为包埋材料也可以用于重金属离子的废水处理，如用PVA 固定氧化亚铁硫杆菌（A cidithiobacillus ferrooxidans ），在稀释率0．4时，Fe 2＋的最大氧化速率达到3．1g /（L ·h ），并且固定颗粒稳定性好，可连续运行2个月以上[13].采用液－液相分离的方法制备聚乙烯醇共包埋活性炭和纳米TiO 2的微球，对废水中的Cr 6＋也有较好的处理效果.当微球加入量为140g /L ，微球中活性炭、纳米TiO 2包埋量分别为6％和4％，pH 值为3，作用时间为3h 时，Cr 6＋的去除率可达90％以上，且微球使用方便，不会造成二次污染[14].聚乙烯醇与活性炭或其他吸附载体复合包埋微生物在处理难降解有机毒物方面也有不错的效果.采用PVA 和活性炭的复合载体制作固定化污泥颗粒处理含酚废水，结果表明，在污泥与载体体积比为1∶1、平均粒径2～4mm 的条件下，PVA 和活性炭的固定化污泥颗粒可以在水里停留6h ，泥水体积比为1∶4、进水酚达250mg /L 时，取得99．8％的酚去除率[15]，废水可达到国家排放标准.国内还有研究者[16]采用PVA 与聚丙烯无纺布（多孔结构）的复合载体来降解含有喹啉、异喹啉、吡啶的高浓度氨氮焦化废水，3种难降解有机物经处理8h 后降解率均在90％以上.现对聚乙烯醇作为包埋载体在污水除磷方面也有一定的研究.使用PVA 作为包埋材料固定假单胞菌为优势微生物的活性污泥，采用硼酸进行交联，制成的固定化微生物系统可以保持较高的微生物细胞活性，该系统具有明显的除磷能力和较好的抗酸、碱冲击能力；在起始质量浓度为87．5mg /L 时，6h 可去除49．5％的磷；在酸性条件下，24h 除磷率为88．2％；在好氧条件下，固定化污泥还具有明显的脱氮能力[17].这为采用固定化细胞法同时进行污水的脱氮、除磷处理提供了可能.聚乙烯醇在包埋法处理废水中具有自身的特点与优势：①生物相容性强，对微生物细胞无毒，成本较低；②有极好的流变学性能（不易碎），可作为大多数反应器的固定化载体；③有超常的热稳定性（相比于热可逆性凝胶）；④对生物降解耐受性很高，对培养介质成分无不良反应；⑤聚乙烯醇有很高的大小孔隙率，可提供最佳的菌体代谢物转运途径[18].正是由于聚乙烯醇作为有机合成高分子包埋载体所具有的巨大优势，所以它将会在固定化技术中得到更广泛的应用.3．3海藻酸钠的使用海藻酸钠作为固定化包埋载体材料，具有制备容易，价格低廉，传质性能良好的优点，应用范围也比较广泛.556--2009年5月在处理重金属方面，海藻酸钠作为固定化包埋载体材料对金属离子的吸附率较高，与国外学者采用海藻酸钙固定菌种处理重金属离子相对照，国内学者[19]采用海藻酸钠包埋小球藻和叉鞭金藻，制得含藻细胞的固定化胶球，用其对Ni 2＋进行生物吸附，研究了固定化小球藻和固定化叉鞭金藻对污水中Ni 2＋的吸附率.结果表明，对于同一种固定化微藻，处于对数生长中期时对Ni 2＋吸附效果较好，且吸附过程主要在前4h 完成，Ni 2＋浓度越大，吸附率越高.固定化微藻比悬浮态微藻吸附率高，固定化小球藻比固定化叉鞭金藻吸附率高.海藻酸钠作为固定化包埋载体材料对于高浓度有机废水和难降解污染物质的处理效果也非常显著.将海藻酸钠固定化活性污泥制成颗粒小球，以流化床反应器对甲醇废水进行处理，在溶解氧为6．6～6．9mg /L 的条件下，固定化小球与废水的体积比为30∶1000，最佳的工况条件是温度为30～40℃，pH 值为5．0～9．0；当进水COD＜722．2mg /L ，进水甲醇＜307．4mg /L 时，对COD 的去除率＞85％，对甲醇的去除率可达到90％左右[20].以海藻酸钠为载体、戊二醛为交联剂净化有机废水，处理效率稳定在75％，而且耐水质水量变化的冲击力强，有机负荷承受能力增强，进水的COD CR 可高达2500mg /L [21].以海藻酸钠为固定化载体材料，以氯化钙作为交联剂将高效降解油脂菌—解脂耶氏酵母（Y arrowia lipolytica ）包埋制备成固定化微生物小球处理油脂废水，结果表明与悬浮状态相比，固定化微生物温度适应范围增大、热适应性增强、pH 值往酸性方向偏移[22].用普通系统和高效菌种的悬浮投加型强化系统作比较，用海藻酸钠包埋某高效微生物菌种用于强化聚酯废水的生物处理，悬浮投加高效菌种可使出水COD 降低100mg /L ，处理率提高8％，而用海藻酸钠－氯化钙法包埋固定化之后投加则可使出水COD 降低了200mg /L ，处理率提高14％，使最终出水COD 达到100mg /L 以下[23]，达到出水的排放要求，且减少了废水中对人类和环境有较大危害的1，4－二氧杂环己烷的含量.以上实验说明，海藻酸钠作为包埋材料不仅对金属离子的吸附率较高，而且对于高浓度有机废水和难降解有机污染物质的处理效果也较理想.3．4琼脂的使用琼脂作为固定化载体的特点是包埋微生物活性高、制作容易，主要用于重金属元素的去除.如Viktoriya V．Konovalova 等[25]的实验证明，在用游离假单胞菌做吸附试验时，当Cr 6＋质量浓度达到30mg /mL ，吸附率明显下降；而将假单胞菌包埋在琼脂中再吸附Cr 6＋，则Cr 6＋质量浓度达到20mg /L 时仍然保持稳定的吸附效率.因此要保持较高的Cr 6＋的吸附效率，就要避免菌体铬中毒现象的发生，而包埋后的菌体由于琼脂凝胶网格结构的保护减轻了菌体铬中毒性状.但是琼脂在去除重金属元素时也有一定的缺陷，比如氧和底物及产物的扩散受到限制，琼脂凝胶的机械强度不高，且成球受温度影响较大.4包埋法的应用范围随着对包埋法研究的不断深入和扩展，其在污水处理领域的应用也越来越广，但仍有一定局限性，例如由于微生物细胞处于包埋载体的内部，所以使其难以与大分子的污染物接触而发挥降解功能，如厌氧工艺处理含纤维素、蛋白质及脂类的废水.所以包埋法不适于处理大分子有机污染物.根据包埋法处理废水的特点以及实际研究中的应用情况，将其应用范围总结如下：①因为包埋法处理污水的运行管理简单，几乎不需污泥回流，所以适用于占地受限制、要求产泥量少、污泥处理可以简化或省略及运行管理方便的家庭、小区污水处理系统，比如中水道系统.②包埋法可以将微生物细胞稳定的固定在载体之上，使得微生物细胞在系统中的存留生存时间大大延长，所以适合高效菌种竞争力较弱、世代存活时间较长、自然条件下菌种优势难以维持的环境，比如硝化细菌或甲烷菌的培养与生长.③由于包埋法对于优势菌种有较强的选择能力，对于目标污染物的降解优势较为明显，所以适用于处理单一的或对其处理方式限制性很强的污染物.④由于载体阻隔的作用使得微生物经固定化后氧与底物的传质速率受到阻碍，所以在好氧系统中，受此因素的影响，限制了高密度微生物活性的发挥.但是在厌氧情况下，由于整个微生物系统不受氧传质速率的影响，废水中的有机物浓度可以大大高于好氧的条件，固定化微生物的处理能力得到充分的体现，同时由于微生物细胞的高度密集，所以包埋法适用于厌氧条件下的高浓度有机废水处理.⑤当包埋法处理的生物系统与有毒有害物质进行接触时，由于微生物细胞高度密集的强抵抗能力或载体的阻挡作用，削弱了有毒有害物对微生物的冲击作用.所以包埋法较适合于有毒有害物质的生物降解.刘帅等：包埋法固定化微生物技术中的载体选择及在污水生物处理中的应用557--第27卷第5期河南科学参考文献:［1］Kiran B ，Kaushik A ，Kaushik C P．Response surface methodological approach for optimizing removal of Cr （VI ）from aqueoussolution using 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微生物固定化载体
固定化微生物技术是将特选的微生物固定在选证的载体上，限制或定位于一定的空间区域．使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的现代生物技术。
固定化微生物具有生物浓度易控制、耐毒害能力强、菌种流失少、产物易分离、运行设备小型化等特点。
近年来固定化微生物技术的研究非常活跃，发展很快，已遍及环境保护、食品工业、化学分析、能源开发、医学和制药等多种领域，并得到了广泛的应用。
同时，对载体材料的性能也提出了更高的要求。
载体材料的性能对固定化微生物功能的发挥起着至关重要的作用，有关固定化载体材料的研究也就显得非常重要
1.微生物固定化对载体材料的要求
载体材料的主要作用是为微生物提供栖息和繁殖的稳定环境。
根据所固定的微生物种类以及固定化方法与工艺的不同，需要制备不同的周定化载体材料。
制备合适的载体材料是固定化细胞技术的关键，在选择和制备载体材料时，必须考虑所固定微生物的生理习性及其应用的环境条件。
一般情况下。
理想载体应该具有以下特征：(1)载体对细胞呈惰性，对微生物无毒害；(2)具有高的载体活性，固定化细胞密度大；(3)力学强度和化学稳定性好，耐微生物分解；(4)操作简便，易于成型；(5)底物和产物的扩散阻力小，具有良好的传质性能；(6)微生物的活性回收率要高，能较长时间使用和重复使用；(7)原料易得，成本低。
2.固定化载体材料的种类
2.1天然载体材料
天然无机类载体材料主要有沙粒、沸石、硅藻土等。
天然有机载体材料的究和应用较多，它们主要是天然多糖类材料，如纤维素及其衍生物、琼脂、角叉莱胶、海藻酸盐、卡拉胶。
2.2合成高分子载体
该类材料应用较多的主要是聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氨酯、羧甲基纤维素等。
2.3人工无机载体材料
多孔陶瓷、活性炭、微孔玻璃、泡沫金属等人造无机载体，大多具有多孔结构，在与微生物接触时，利用吸附作用和电荷效应把微生物固定。
表1为具体固定化载体固定微生物的吸附物质的效果表。
表2位固定化载体的特性。
表1常见的固定化载体
3.固定化微生物吸附铂钯
国内少有文献报道利用海藻酸钠、PV A、壳聚糖、生物炭等固定化载体固定化微生物吸附铂钯的研究，吸附重金属离子与净化废水的研究较多。
有研究表明，PVA中添加SA可以避免固定化颗粒制备过程中的粘连现象，改善PVA的成球性，以生物炭为载体制备固定化菌剂投加入土壤后，会促进污染物由土壤向固定化载体迁移，使固定化载体同时富集微生物和污染物，增加微生物和污染物的接触，实现污染物的富集－降解一体化，有助于促进土壤修复效果。
综合以上，又考虑到固定化载体的成本，结合实验室的条件，故可以设计以下实验：
（1）利用海藻酸钠做为固定化载体，固定大肠杆菌或普罗维斯登菌，吸附重金属离子研究。
（2）利用PV A做为固定化载体，固定大肠杆菌或普罗维斯登菌，吸附重金属离子
研究。
（3）利用生物炭做为固定化载体，固定大肠杆菌或普罗维斯登菌，吸附重金属离子研究。
（4）利用以上三种材料的两两混合或者三者混合做为固定化载体，固定大肠杆菌或普罗维斯登菌，吸附重金属离子研究。