1 固定化微生物技術(shù)方法

固定化微生物技術(shù)是用化學(xué)或物理手段將游離微生物定位于限定的空間區(qū)域，以提高微生物細(xì)胞的濃度，使其保持較高的生物活性并反復(fù)利用的方法。目前微生物的固定方法有很多種，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)統(tǒng)一分類標(biāo)準(zhǔn)，但主要有共價(jià)化合法、吸附法、交聯(lián)法和包埋法。
1.1 共價(jià)化合法
共價(jià)化合法是利用載體與微生物之間的化學(xué)共價(jià)鍵將微生物吸附在載體表面的方法。該方法結(jié)合力強(qiáng)、穩(wěn)定性高，但反應(yīng)條件激烈、制備困難、難控制、活性回收較低，故應(yīng)用較少。
1.2  吸附法
吸附法是利用微生物所具有的靜電、表面張力或其它細(xì)胞表面的能力，將微生物固定在載體表面的方法。該方法操作簡(jiǎn)單、廉價(jià)、有效，但穩(wěn)定性和重復(fù)性較低，可分為物理吸附和離子吸附。常見(jiàn)的吸附劑有硅膠、活性炭、多孔玻璃、碎石及DEAE-纖維素、CM-纖維素等。

1.3交聯(lián)法
交聯(lián)法是一種不用載體的工藝，通過(guò)物理或化學(xué)手段，利用微生物中酶分子的氨基和羥基與交聯(lián)劑的官能基團(tuán)反應(yīng)，使酶或微生物細(xì)胞之間彼此附著相連形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)微生物固定化目的。可分為化學(xué)交聯(lián)法和物理交聯(lián)法。交聯(lián)劑有很多，主要有戊二醛、聚乙烯亞胺等。

1.4  包埋法
包埋法是最常用的微生物固定方法，該方法是將微生物細(xì)胞截流在水不溶性的凝膠聚合物孔隙的網(wǎng)絡(luò)空間中，阻止細(xì)胞的泄漏，同時(shí)能讓基質(zhì)滲入和產(chǎn)物擴(kuò)散出來(lái)。常用的包埋劑有瓊脂、海藻酸鈉、卡拉膠、明膠、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等。秦統(tǒng)福等選取聚乙烯醇作為凝膠劑，海藻酸鈉和活性炭作為助凝劑，采用凝膠包埋法固定化UBD菌用于煉油污水的處理。研究結(jié)果表明菌種固定化后明顯改善了煉油污水的處理效果，COD和石油類物質(zhì)的去除率均高于游離菌和無(wú)菌小球。
包埋法操作簡(jiǎn)單、能保持多酶系統(tǒng)、對(duì)微生物活性影響�。坏珎髻|(zhì)阻力較大，對(duì)大分子和難溶解底物不適用。

2 固定化微生物技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
與傳統(tǒng)懸浮生物處理法相比，固定化為生物技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：載體對(duì)細(xì)胞起一定保護(hù)作用，使固定化細(xì)胞對(duì)有毒底物的耐受性增強(qiáng)；微生物被載體固定后，單位體積內(nèi)能維持高濃度的生物量，提高了降解率，減少了生物處理裝置容積；且固定化后的成品再生性能好，可反復(fù)使用。以上優(yōu)點(diǎn)決定了微生物固定化具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
3 固定化微生物技術(shù)處理廢水的研究進(jìn)展
3.1 難降解有機(jī)廢水的處理
有機(jī)廢水成分復(fù)雜、有毒有害物質(zhì)多，使用常規(guī)的物化方法處理成本高，利用微生物降解處理有機(jī)廢水被公認(rèn)為是行之有效的方法。固定化微生物可提供較高的局部微生物濃度，有利于處理高濃度難降解的有機(jī)廢水，處理效果好于浮游微生物。張波、陳金龍等采用大孔吸附樹(shù)脂固定化微生物強(qiáng)化SBR 處理對(duì)甲苯胺模擬廢水，結(jié)果表明，與游離菌相比，固定化微生物降解對(duì)甲苯胺的速率較大，可將進(jìn)水TOC 濃度為434.8 mg/L，對(duì)甲苯胺濃度為326.9 mg/L 的對(duì)甲苯胺模擬廢水在100 min 左右將TOC 和對(duì)甲苯胺基本去除完全，去除率在99 %以上。而游離菌則需300min 才能達(dá)到相近的去除效果。同樣王琳、羅啟芳研究以硅藻土為載體的播種式固定化微生物對(duì)鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)的生物降解特性，結(jié)果表明在DBP 初始濃度為100~500 mg/L 范圍內(nèi)、pH 為6~9 范圍內(nèi)、在20~40 ℃的溫度范圍內(nèi)，吸附固定化微生物的活性均高于游離微生物，對(duì)DBP 的降解24 h 分別可達(dá)80 %以上、82 %以上及84.5 %。
3.2 含氮廢水的處理
傳統(tǒng)的污水脫氮系統(tǒng)硝化菌的世代時(shí)間較長(zhǎng)，在BOD 濃度較高時(shí)硝化反應(yīng)會(huì)處于劣勢(shì)，故增大硝化菌濃度是提高硝化反應(yīng)的有效方法。利用載體固定化硝化菌是提高硝化菌濃度的一個(gè)有效方法，因此許多學(xué)者對(duì)固定化為生物技術(shù)在含氮廢水的處理中進(jìn)行了大量的研究。蔡昌鳳、孫菲利用添加麥秸、稻草粉末、顆�；钚蕴�(GAC)、粉末活性炭(PAC)的新型PVA 固定化球?qū)�焦化廢水進(jìn)行脫氮研究，結(jié)果表明固定化球具有較高的傳質(zhì)性和通透性，對(duì)焦化肥水中氨氮的降解率48 h 達(dá)到92.42 %，而硝酸鹽氮的降解率僅12 h 即達(dá)到73．77 %。李輝華、朱學(xué)寶等采用聚乙烯醇(PVA)—硼酸包埋固定化法，包埋固定馴化過(guò)的活性污泥，制成固定化活性污泥顆粒；以流化床作為生物反應(yīng)器，對(duì)人工配制的含氮廢水進(jìn)行處理實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，固定化活性污泥對(duì)氨氮的降解速率達(dá)32.5 mg/g(MLSS)·d，而懸浮活性污泥對(duì)氨氮的降解速率為18.3 mg/g(MLSS)·d。
3.3 含重金屬?gòu)U水的處理
微生物吸附法處理含重金屬?gòu)U水具有投資少、吸附率高等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們重視。但傳統(tǒng)微生物處理方法具有機(jī)械強(qiáng)度差、不易于液體分離等缺點(diǎn)，因此采用固定化微生物保護(hù)細(xì)胞并增加耐毒性。徐雪芹、李小明等[15]采用新型固定載體絲瓜瓤固定簡(jiǎn)青霉(Penicillium simplicissimum)，制成吸附劑吸附溶液中的Pb2+和Cu2+，并分析了吸附機(jī)理和動(dòng)力學(xué)特性。結(jié)果表明，用絲瓜瓤固定簡(jiǎn)青霉能高效去除廢水中Pb2+和Cu2+，溶液pH 對(duì)吸附過(guò)程有較大影響，最佳吸附pH 在5.5 附近，最佳吸附溫度為25~35 ℃；溶液濃度在10~500 mg/L 范圍內(nèi)，固定化簡(jiǎn)青霉菌對(duì)重金屬的吸附隨金屬離子濃度的增加而增加；吸附過(guò)程符合 Langmuir 等溫吸附模型；生物吸附平衡時(shí)間約為60 min，用0.1 mol/L HCl 解吸，循環(huán)吸附—解吸5 次后，固定化簡(jiǎn)青霉吸附重金屬的能力幾乎不受影響。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
4 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，雖然微生物固定化技術(shù)因其獨(dú)特的特點(diǎn)在污水處理的研究上取得了多方面的成效，但距離實(shí)際工程的應(yīng)用還有一定的距離、還要有許多問(wèn)題進(jìn)一步解決，為此需要加強(qiáng)如下研究：(1)新型廉價(jià)載體的開(kāi)發(fā)與選擇；(2)高效工程菌的構(gòu)建；(3)混合固定化技術(shù)的進(jìn)一步研究和發(fā)展；(4)開(kāi)發(fā)成型的固定化微生物傳感器；(5)基因工程技術(shù)與固定化技術(shù)更好地結(jié)合；(6)運(yùn)用分子生物學(xué)檢測(cè)評(píng)價(jià)固定化微生物處理廢水的效果等。
隨著研究方法的不斷發(fā)展及新穎實(shí)用的固定化技術(shù)的不斷出現(xiàn)，微生物固定化技術(shù)應(yīng)用于廢水治理將具有廣闊的發(fā)展前景和實(shí)用價(jià)值。 （中國(guó)環(huán)保聯(lián)盟）