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摘要：文章就現(xiàn)有的固定化微生物技術(shù)進(jìn)行了分類，介紹了各種固定化微生物技術(shù)所常用的載體在污水處理中的研究與應(yīng)用，對(duì)各種固定化微生物技術(shù)的優(yōu)劣性和適用范圍進(jìn)行了比較與總結(jié)，最后對(duì)該方法在污水處理中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了展望。
論文關(guān)鍵詞：固定化微生物技術(shù),污水處理,方法分類,載體

　　由于固定化微生物技術(shù)可固定經(jīng)篩選出的能降解特定物質(zhì)的優(yōu)勢(shì)菌屬，因此該技術(shù)的應(yīng)用能使污水處理系統(tǒng)專一性、耐受性增強(qiáng)，處理效果穩(wěn)定，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，降解效率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)。因此，近年來(lái)固定化微生物技術(shù)已成為各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)課題，并且已有部分研究成果由實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用階段。本文就現(xiàn)有的固定化微生物技術(shù)進(jìn)行了分類，介紹了各種固定化微生物技術(shù)所常用的載體在污水處理中的研究與應(yīng)用，對(duì)各種固定化微生物技術(shù)的優(yōu)劣性和適用范圍進(jìn)行了比較與總結(jié)，最后對(duì)該方法在污水處理中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了展望。

　　1 固定化微生物技術(shù)及分類

　　作者簡(jiǎn)介：夏冰，(1985-)，男，江西南豐，青島大學(xué)在讀碩士研究生,主要研究方向?yàn)榄h(huán)境生物技術(shù)。E-mail:meilisanzhu@yahoo.com.cn

　　固定化微生物技術(shù)是從60年代開始發(fā)展起來(lái)的新型技術(shù)。固定化微生物技術(shù)是指用物理或化學(xué)方法將游離微生物細(xì)胞、動(dòng)植物細(xì)胞、細(xì)胞器或酶限制或定位在某一特定空間范圍內(nèi)，保留其固有的催化活性，并能被重復(fù)和連續(xù)使用技術(shù)。采用固定化微生物技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：有利于提高生物反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度和純度，縮短反應(yīng)所需的時(shí)間，降低處理設(shè)施的工程投資和造價(jià)；有利于反應(yīng)器的固液分離，反應(yīng)易于控制，污泥產(chǎn)生量少；有利于除氮和除去高濃度有機(jī)物或其他難降解的有毒有害物質(zhì)，可免除污泥處理的二次污染等。由于其在廢水處理方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在近十幾年獲得了迅速的發(fā)展。它已由原來(lái)的單一固定化酶、固定化微生物細(xì)胞發(fā)展到固定化動(dòng)植物細(xì)胞、固定化細(xì)胞器、固定化原生質(zhì)體、固定化微生物分生孢子以及酶與微生物細(xì)胞、好氧微生物與厭氧微生物的聯(lián)合固定化[1]等。

　　目前固定化微生物技術(shù)的方法分類多種多樣，根據(jù)微生物細(xì)胞與載體的作用力及作用形式、微生物細(xì)胞被固定的狀態(tài)以及載體的性質(zhì)將固定化微生物技術(shù)分為以下五類：吸附法、包埋法、交聯(lián)法、自固定化法和介質(zhì)截留法。

　　1.1吸附法

　　吸附法在固定化微生物技術(shù)處理污水中是研究最早、應(yīng)用較廣泛、技術(shù)也較成熟的方法。在大多數(shù)生物膜反應(yīng)器啟動(dòng)的早期，所應(yīng)用的都是吸附法的原理。吸附法包括物理吸附和離子吸附兩類。物理吸附是使用高度吸附能力的硅膠、活性炭等吸附劑將微生物吸附到表面使之固定化；離子吸附則是根據(jù)微生物在解離狀態(tài)下因靜電引力的作用而固著于帶有相異電荷的離子交換劑上。該方法操作簡(jiǎn)單,微生物固定過(guò)程對(duì)細(xì)胞活性的影響小,條件溫和。但這種方法結(jié)合的細(xì)胞數(shù)量有限,反應(yīng)穩(wěn)定性和重復(fù)性差,所固定的微生物數(shù)目受所用載體的種類及其表面積的限制[2]，所以需要進(jìn)行改進(jìn)。同時(shí)微生物與載體間的吸附強(qiáng)度也不夠牢固,故載體的選擇是關(guān)鍵。

　　1.2包埋法

　　包埋法是將微生物細(xì)胞截留在水不溶性的凝膠聚合物孔隙的網(wǎng)絡(luò)空間中,通過(guò)聚合作用,或通過(guò)離子網(wǎng)絡(luò)形成,或通過(guò)沉淀作用,或改變?nèi)軇�、溫度、pH值使細(xì)胞截留。凝膠聚合物的網(wǎng)絡(luò)可以阻止細(xì)胞的泄漏,同時(shí)能讓底物滲入和產(chǎn)物擴(kuò)散出來(lái)。包埋法又可分為高分子合成包埋、離子網(wǎng)絡(luò)包埋及沉淀包埋。該法操作簡(jiǎn)單，對(duì)微生物活性影響小，可將微生物鎖定在特定的高分子網(wǎng)絡(luò)中，因此制作的固定化微生物小球的強(qiáng)度高。包埋法是目前制備固定化微生物最常用、研究最廣泛的方法。

　　1.3交聯(lián)法

　　交聯(lián)法是利用兩個(gè)或兩個(gè)以上的功能基團(tuán)，使微生物菌體相互連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即使功能基團(tuán)直接與微生物細(xì)胞表面的反應(yīng)基團(tuán)如氨基、羥基等進(jìn)行互聯(lián)，形成共價(jià)鍵而達(dá)到固定化的目的。使用該方法,微生物細(xì)胞間的結(jié)合強(qiáng)度高,穩(wěn)定性好,經(jīng)得起溫度和pH 值等的劇烈變化。但是由于在形成共價(jià)鍵的過(guò)程中反應(yīng)條件過(guò)于劇烈，往往會(huì)對(duì)微生物細(xì)胞的活性造成較大的影響，而且適用于此類固定化的交聯(lián)劑大多比較昂貴，因而其在實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制。

　　1.4自固定化法

　　自固定化法又稱為無(wú)載體固定化法，這種方法是一種全新的概念:在自絮凝顆粒形成過(guò)程中,同時(shí)形成了微生物的適宜生態(tài)環(huán)境,使之有利于微生物代謝之間的協(xié)調(diào)或者說(shuō)有利于微生物之間生物信息的傳遞[3]。這種方法與其他的固定化方法相比，具有傳質(zhì)擴(kuò)散阻力小，細(xì)胞顆粒整體活性高，固定化方法簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，將在環(huán)境工程中的污水處理領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[4]。

　　1.5 介質(zhì)截留法

　　介質(zhì)截留法是通過(guò)特殊的孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將酶、微生物或動(dòng)植物細(xì)胞等固定截留在具有特定功能的載體內(nèi)，或?qū)⒚�、微生物或�?dòng)植物細(xì)胞限制在一定的空間范圍內(nèi)，微生物細(xì)胞不能透過(guò)此孔網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但底物和產(chǎn)物可以通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)廢水的生化反應(yīng)和分離同時(shí)進(jìn)行。介質(zhì)截留法可以通過(guò)控制介質(zhì)的孔徑選擇性的控制底物和產(chǎn)物的擴(kuò)散，防止微生物細(xì)胞的泄露，可以使基質(zhì)與微生物細(xì)胞充分接觸，從而有效的反應(yīng)。所以介質(zhì)截留法是一項(xiàng)很有發(fā)展前景的工藝。

　　2 載體的特點(diǎn)

　　要完成微生物的固定化，關(guān)鍵是要選擇一種合適的微生物載體。不同的固定化微生物技術(shù)方法需要不同種類的載體。雖然隨著材料學(xué)與生物學(xué)的不斷發(fā)展與結(jié)合，關(guān)于各種固定化微生物方法的最適載體有待進(jìn)一步的研究與討論，但所有載體都應(yīng)具備如下特點(diǎn)：（1）具有抗物理降解、抗化學(xué)降解、抗生物降解的穩(wěn)定性，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在一定PH值和溫度下，不容易被破壞。（2）固定化方法簡(jiǎn)單、易行，固定化條件盡可能溫和。（3）能夠控制固定化微生物顆粒的大小和孔隙度。（4）載體所使用的材料價(jià)廉易得，固定化成本低。（5)固定化系統(tǒng)使底物、產(chǎn)物和其他代謝產(chǎn)物能夠自由擴(kuò)散。（6)載體對(duì)微生物來(lái)說(shuō)是惰性的，不會(huì)損傷細(xì)胞。（7)單位體積的固定化系統(tǒng)擁有盡可能多的微生物，以便更好地起到生物催化作用。

　　3 固定化微生物技術(shù)的展望

　　各種固定化方面都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)，沒(méi)有一種在所有污水處理中都適用的方法，在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)污水水質(zhì)、水力負(fù)荷、操作條件等情況選擇合適的方法。表一列舉了各種固定化方法的比較。

　　表1 各種固定化方法的比較

　　Table 1 the comparison of immobilized microorganisms manner

　　

　　目前對(duì)固定化微生物技術(shù)雖然研究得很多,但是其在實(shí)際應(yīng)用中尚存在許多問(wèn)題，要將微生物固定化技術(shù)應(yīng)用于廢水處理的實(shí)際工程領(lǐng)域,還需要加強(qiáng)以下幾方面的研究:

　�。�1）目前的載體價(jià)格高,使用壽命短,耐用且廉價(jià)的新型微生物固定化載體或包埋材料的研究與開發(fā)將是促進(jìn)微生物固定化技術(shù)推廣應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)此技術(shù)工業(yè)化的關(guān)鍵問(wèn)題。

　�。�2）固定化材料、固定化方式、固定化條件等都對(duì)微生物細(xì)胞的活性有影響,對(duì)固定化細(xì)胞的穩(wěn)定性也缺乏足夠的研究。如何能得到固定化細(xì)胞的最佳活性,提高固定化細(xì)胞的穩(wěn)定性、改善固定化技術(shù)處理效果是今后的一個(gè)研究重點(diǎn)。

　　（3）在廢水處理過(guò)程中固定化微生物細(xì)胞可能對(duì)某些懸浮物質(zhì)或高分子物質(zhì)處理效果欠佳，還可能出現(xiàn)發(fā)脹上浮或堵塞粘結(jié)等現(xiàn)象，所以需對(duì)廢水采取何種適當(dāng)?shù)奈锢�、化學(xué)預(yù)處理，或與何種工藝組合使用有待進(jìn)一步研究。

　�。�4）廢水中含有的污染物是一個(gè)十分復(fù)雜的混合體系,單一菌種無(wú)法達(dá)到較滿意的效果,因此應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)混合微生物固定化體系的研究與開發(fā),篩選、構(gòu)建高效、廉價(jià)、抗逆性強(qiáng)的高性能微生物,在反應(yīng)器中建立混合菌群組成的微生態(tài)環(huán)境，使各種固定化微生物發(fā)揮協(xié)同作用，拓寬可處理污染物的種類,提高處理效率。
參考文獻(xiàn)：
[1]王建龍.生物固定化技術(shù)與水污染控制[M].北京:科學(xué)出版社,2002,2.
[2]沈耀良,黃勇,趙丹等.固定化微生物污水處理技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.265-266.
[3]白鳳武.無(wú)載體固定化細(xì)胞的研究進(jìn)展.生物工程進(jìn)展,2000,20(2):32-36.