固定化微生物废水处理技术及其发展 3页

第19卷
第1期环境研究与监测2006年03月综述(8~10)固定化微生物废水处理技术及其发展唐
渭,苏
凤,曾晓东(中铁西北科学研究院检测中心环保与环评部,甘肃兰州
730000)摘要:B
tm系列高效菌种处理乳品行业生产废水运用菌种的固定化技术,使菌种保持在反应器内.探讨微生物固定化技术的分类、主要特征、固定化微生物反应器和微生物固定化技术的发展趋势.关键词:B
tm系列高效菌种;微生物固定化技术的分类;主要特征;固定化微生物反应器和微生物固定化技术的发展趋势中图分类号:X703.1


文献标识码:A


文章编号:(G)06060(2006)01
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兰州雪顿乳业集团公司乳品厂生产废水处理工1
固定化微生物技术及其分类程于2003年年底进行工艺调试,调试工作中我们引进了加拿大B
tm系列高效菌种(XLGA),取得了很在生物反应器中所使用的微生物菌体,往往被好的效果.称之生物催化剂.在传统的废水生物处理工艺中,微B
tm系列高效菌种是通过对自然界存在的种生物通常是在水中以悬浮态生长的,因而易于从反类繁多的能对有机物进行分解的微生物进行优选、应器中流失.另外,微生物菌体与水的密度差小,从培养、驯化,再通过提纯、浓缩制成.其主要特点是:反应器中流出的水中回收微生物进行重复利用较为(1)对有机污染物的分解能力强,而且分解彻困难.改善的办法是采用固定化技术,将微生物通过底,因此用B
tm系列高效菌种处理有机污染废水,一定的技术手段(如利用载体材料、包埋物质或合不仅出水水质好,且产生的污泥很少.理控制水力条件等)使微生物保持在反应器内,以(2)简化处理工艺.由于反应器出水中污泥量利于提高生物反应器内微生物的数量,利于反应后很少,一般可省去二次沉淀池.由于处理工艺的简的固液分离,利于去除氨氮、去除高浓度有机物或难化,可减少工程投资,减少工程用地.以生物降解物质,提高系统的处理能力和适应性.因(3)缩短调试时间,减少调试工作量.此,微生物固定化技术是使生物处理工艺实现高效B
tm系列高效菌种每公斤可处理2000t废水,低耗,运行管理简化的有效措施.用量很少,因此大大减少了调试工作量.微生物的固定化方法主要有表面吸附(结合)固B
tm系列高效菌种经激活、短时驯化后投入反定化、交联(键联)固定化、(多聚体)包埋固定化和自应器中爆气,经一周后即可正常工作.而常规生物处身固定化(微生物细胞间自交联固定化)等几种方法.理工艺的调试工作一般都要耗时1~2个月.1.1
表面吸附(结合)固定化在废水处理工程的调试工作中我们发现,为了表面吸附(结合)固定化系指微生物吸附在载保证处理系统正常工作,必须在反应器中保持B
tm体表面而固定的方法.该方法操作简单,微生物固定过程对细胞活性的影响小,但所固定的微生物数量高效菌种必要的浓度,也就是通过菌种的固定化技受所用载体的种类及其表面积的限制.生物膜法中术,使菌种保持在反应器内,不会流失.为此我们进的生物滤池、生物转盘以及生物硫化床等工艺是结行了菌种的固定化试验.本文作者主要探讨微生物合固定化的典型例子.用于此类固定化方法的载体固定化技术的分类、主要特征、固定化微生物反应器多是无机性的,符合对微生物无毒性、性质稳定不易和微生物固定化技术的发展趋势.分解、机械强度高及价格便宜等要求.目前主要有碎收稿日期:2005
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08.石、卵石、煤渣、焦炭、硅藻土、多控硅.石英沙硅胶、作者简介:唐渭(1968-),工程师,现从事水污染治理与环评工作.沸石及活性炭等.它们可应用于不同型式的处理工n第1期唐渭,等:固定化微生物废水处理技术及其发展9艺.例如,多孔性载体的气体发生量比平滑表面载体高固定化强度和较高微生物活性的固定化微生物,通多,因此比较使用于厌氧处理过程,在好氧条件下,常采用两法结合的改进方法,如光用结合固定化方法粒径为0.074~0.15mm的硅沙及粒径为0.35mm微生物吸附到载体上,再利用交联法将微生物交联起的沸石比较适用于作为流化床的结合固定化载体.来形成
细胞网
结构;或可以先用结合固定化方法处1.2
交联固定化理后再用高分子聚合物进行包埋等.这样可克服结合交联固定化是利用两个或两个以上的功能基固定化方法强度底和交联固定化方法影响微生物活团,使微生物菌体相连接成网状结构,即使功能基团性的问题.此外,还可以用载体量换的方法来提高固直接于微生物细胞表面的反应基团如氨基、烃基等定化的强度和微生物的活性,如将固定后的海藻酸钙进行交联,形成共价键而达到固定化的目的.由于在置换成海藻酸铝,用聚乙烯亚胺溶液处理海藻酸凝胶形成共价键的过程中,往往会对微生物细胞的活性等,均可提高固定化的强度.造成较大的影响,而且适用于此类固定化的交联剂在应用固定化微生物技术进行废水处理之前,大多比较昂贵,因而其在应用中受到一定的限制.选择合理的固定化方法非常重要.如用包埋固定化1.3
包埋固定化方法制得的固定化微生物虽然其微生物的活性较包埋固定化是使微生物细胞包埋在半透明的聚高,但因其微生物处于包埋剂的内部,使其难以与大合物或膜内,或使微生物细胞扩散进入多空性的载分子的有机污染物接触而发挥其降解功能.因而,当体内部.小分子底物及反应代谢物可自由出入这些处理的废水含有较多大分子底物时(如利用厌氧工载体的孔道或凝胶膜,而微生物细胞却不能移动.这艺处理合纤维素、蛋白质及脂类的废水时),不宜采种固定化方法操作简单,能保持多酶系统,且对微生用此固定化方法.此外,微生物固定化过程中所使用物细胞的活性影响较小,是目前制备固定化微生物的载体材料的选择也极为重要.一般而言,天然高分最常用、研究最广泛的方法.此法所用的包埋固定化子凝胶对生物无毒性,传质性能好,但结合强度底,材料通常有聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯胺(ACAM)、聚尤其在厌氧条件下易被分解,对此应考虑采用两相乙烯乙二醇(PEG)、琼脂、光硬化树脂.聚藻酸钙、角固定或二次固定化的方法.据报道,PVA凝胶在植叉菜胶和聚丙烯醇等.入过程中若加入少量粉末活性炭(PAC),一方面可1.4
自身固定化提高凝胶的强度,另一方面可使其固定化微生物比除上述几种微生物固定化方法外,还有一种利单一的PVA具有更强的抗冲击负荷和分解难降解用处理装置结构的合理设计、运行二次的良好控制污染物的能力.及微生物自身作用进行微生物固定化的方法,即所固定微生物技术在近几年来发展迅速,在废水谓的自身固定化(或称细胞间自交联固定).这种固生物处理中的应用研究也与日俱增,并得到越来越定化过程是通过严格控制生物处理反应器的运转负普遍的关注,目前已进入开发使用阶段.该技术在废荷、处理过程中的影响因素,在一定的水流条件下,水处理中的应用具有以下特征:依靠微生物自身的絮凝作用而形成的固定化微生物2.1
密集微生物,维持反应器中生物量的浓度(常之为颗粒污泥).此法一般不需使用人工载体或根据废水生物处理的基本原理,反应虹微生物包埋剂,所需固定化时间长且受环境因素的影响大.浓度越高,则所需的反应时间越短,所需的反应器容升流式厌氧污泥床反应器(VASB)和厌氧折流板反积越小,从而有利于降低处理设施的工程投资和造应器(ABR)中颗粒污泥的形成,即属于微生物的自价.传统的活性污泥法处理工艺中,曝气池中微生物身固定化过程.这种固定化技术在高浓度有机废水的浓度以MLVSS表示,一般在1500~3000mg/L,的处理方面正在发挥越来越大的作用.且处于完全混合的悬浮生长状态,因而当负荷提高或浓度过高后将造成生物量的流失或污水分离困2
固定化微生物技术的主要特征难,严重影响处理出水水质.而当采用固定化微生上述各种固定化技术均在某些方面存在一定的物技术后,反应器中微生物浓度可大大提高,如生物不足.如结合固定化疗法制备容易,载体可再生,但被膜法生物量浓度可达22000~150000mg/L,是传固定的微生物活性相对较低,微生物于载体间的结合统活性污泥法的7~20倍.程度不够牢固;交联固定化方法和包埋固定化方法制2.2
易于实现固液分离备复杂,载体不能再生,但其固定化强度高.为获得较固定化微生物由于其生长在不溶性载体的表n10环境研究与监测第19卷面,其密度远较水大,且微生物处于高度密集状态,反应器工艺.因而易于与水分离,利于微生物的截流及重复利用,目前,混合种群微生物固定化生物反应器多通实现了水力停留时间与固体停留时间的分离,为提过合理控制反应器营养结构、投加必要的核心物质、高处理工艺的研究、开发和设计应用创造了十分有控制反应器水力流态而使微生物实现自身固定化,利的条件.此外,良好的固液分离,还大大简化了传如污泥的颗粒化等.工程上应用的此类反应器主要统工艺中所需的污泥回流和沉淀分离设备,并大大是UASB、ABR、IC、EGSB、AF、AFB等生物处理工减少处理出水中悬浮物的浓度,利于提高出水水质.艺,而其中以高效厌氧反应器为主.固定化微生物良好的固液分离性能在废水处理4
废水处理微生物固定化技术的发展趋势中应用还使得反应器保持高浓度低生长速率的微生物为可能.如消化菌属于增殖速度较低的微生物,达微生物固定化技术以其特有的特点在废水处理到较高的浓度不仅需要严格控制进水水质的营养比领域中引起了普遍的关注,虽然目前尚有许多问题,例,同时还要控制足够的污泥龄(SRT).若采用固定但通过不断的深入研究和改进,该技术必将作为一化方法将其固定,则可降低其流失量,同时依靠载体种高效、实用的废水处理技术而获得广泛的应用.表面提供其足够的时代增长期,有利于其富集生长.目前,在固定化微生物废水处理技术中,有关吸2.3
使用于含有有毒有害物的处理附法与包埋法等固定化技术的研究较多,而其它方通过不同方法固定化的微生物,由于其高度密法的作用机理及实际效果的研究尚处于实验室阶集或被作为载体和包埋材料的高分子物质所覆盖,段,要将其应用于废水处理的实际工程领域,则还需因而当含有有毒有害物的废水与之接触时,由于高要解决以下几个问题.密集的强抵抗能力或覆盖物的阻隔作用,削弱了有(1)混合固定化技术的进一步研究和开发.废毒有害物对微生物的冲击作用,使反应器工艺运行水中含有的污染物实际是一个十分复杂的混合体的安全性能得到大大提高.尤其当利用经驯化后的系,用单一的菌种进行处理,不仅往往难以达到预期固定化技术处理此类废水时,则比传统工艺具有更的效果和实际应用的需要,而且单一菌种体系一旦大优势.应用于实际废水处理,往往会因复杂的废水成分,微生物的不同环境下诱变等作用而难以保持真正的纯3
固定化微生物反应器种生长.因此,采用混合菌固定化技术,在反应器中固定化微生物反应器主要有两大类,即纯种固定建立混合菌群组成的微生态环境,使各种固定化微化微生物反应器和混合种群固定化微生物反应器.生物协同发挥其功能,将有利于该技术的应用并发纯种固定化微生物反应器以单一种群微生物细挥其应有的作用.目前,在废水厌氧生物处理中所发胞为生物活性物质,利用特殊种类的载体通过不同展的污泥颗粒化(微生物的自身固定)及反应器工的方式将其固定,实现对废水中污染物的降解.利用艺的分相控制研究,既属于此类技术,并已在实际工人工纯化的形式筛选并富集特定的微生物种群,采程中发挥良好的作用.用物理或化学的形式将其固定,适用于处理含有特(2)高效固定微生物反应器工艺的研究开发.由定污染物质的废水.于固定化微生物处于载体或包埋材料的表面或内部自法国生物学家巴斯钝最早设计的一种称之为生长,因而如何克服包埋载体材料对基质(包括氧、有醋化器的纯种固定化细胞反应器至今,随着生物工机物及其他营养物)以及代谢产物的扩散传递的阻程技术的发展,反应器的类型研究也取得了进展,目力,不仅使固定化微生物处于良好的微环境中,同时前较常应用的是硫化床生物反应器、固定填充床、搅利用微生物与基质良好的接触,促进对污染物的降解拌槽式反应器和膜生物反应器等几种类型.等,都要求研究和开发新型合理的反应器工艺.对于成分复杂,或着仅仅通过一种类型微生物(3)耐用廉价的微生物固定化载体或包埋材料很难达到理想处理效果的废水情况及多去除目标的及复合固定化技术的研究和开发已成为进一步降低情况,就需要发挥不同种类微生物的协同代谢优势,处理成本,促进技术推广应用的关键.实现多种物质的同时降解,或使某种难降解物质通(4)开发成型的固定化微生物传感器.通过不过不同阶段相应类型的微生物的持续代谢而得到去断的研究改进,固定化微生物技术将在废水生物处除.由此开发研究和应用了混合种群微生物固定化理中发挥越来越重要的作用.