污水高效處理和資源化的固定化微生物技術分析

杜斌

摘要：指出了微生物固化技術是在固化酶技術的基礎上發展起來的一項新的技術，通過使用化學或者物理手段，將游離的微生物限定在固定的區域中，在保證微生物活性不變的基礎上，對污水進行處理，而且這種技術可以反復進行使用，基于此對污水高效處理和資源化固定微生物技術進行分析探討。

關鍵詞：污水；高效處理；資源化固定；微生物技術

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2014）04-0231-02

1、引言

固定化微生物技術處理方法有很多的優點，比如在對含有氮的污水進行處理的時候，不僅可以將污水中的COD清除，還可以對氫氧化氮進行清除。但是由于固定化微生物技術目前還不夠成熟，在實際的污水治理過程中，在耐沖擊性、傳質性、穩定性等方面存在很大的不足，降低了處理效率，因此對固定化微生物技術進行分析是非常有必要的。

2、固定化微生物技術簡介

2.1 微生物固定化方式的種類

微生物自固定化與微生物人工強化固定化是微生物固定化方式的兩個種類。其中吸附與自絮凝是微生物自固定化的兩種主要方式。①吸附：水處理時微生物利用吸附作用吸附在固體表面上，構成生物薄膜，即生物膜。②自絮凝：微生物利用自身的特有的絮凝性構成一種具有特定結構、層次及形狀的顆粒，固定住微生物，在形成自絮凝顆粒的同時也形成了適宜微生物生存的生態環境，并構成了微生物間代謝的協調性。微生物的固定也可人工固化，一般我們稱其為微生物固定化，其最初發源于20世紀60年代的生物發酵工業，主要有兩種。①交聯法：直接使用雙功能、多功能試劑和細胞表面的氨基酸、羥基等反應基團發生反應，促使細胞結構交聯成網狀。此類方法的化學反應激烈，嚴重抑制了細胞活性，再加上交聯劑昂貴的價格，所以不常用。②包埋法：使用高分子載體把那些游離的微生物留在高分子網絡內，此網絡結構雖然可以避免菌體、細胞滲入到周圍培養基中，但是底物仍會滲入，并和菌體、細胞分泌的各式酶產生反應。因該方法操作比較簡單、對微生物活性抑制較小、制造固定化微球的強度較高，所以應用較廣。

2.2 載體的種類

價格低廉、對微生物細胞無毒、傳質效果好、使用壽命長、性能穩定等是固定化載體的理想特點。現階段最常使用的載體有有機載體、無機載體、復合載體。其中有機載體有瓊脂、聚丙烯酰胺（PAM）、聚乙烯醇（PVA）、海藻酸鈉（CA）等，它們是利用自身凝膠特性來完成包埋固定微生物細胞，在處理廢水時該方式有較多研究與應用；無機載體有紅磚碎粒、多孔陶珠、活性炭等，主要是利用無機載體的多孔結構、微生物的吸附作用及電荷效應來固定微生物細胞。兩者相比無機載體材料的實用性更強一些。復合載體是有機載體與無機載體的有機結合體，其具備了兩者所有的優點，被越來越多地使用在水處理中。

3、材料與方法

3.1 材料的選用

FPuFS載體包含反應基團（經基、酞胺基、環氧基等），具有1.0歲c耐的濕密度、2300%～2600%的持水量、80～120nf/g的表面、0.3～0.7mm的孔徑。美國BIO-SYSTEM公司的高效微生物菌群B350包含28種淀粉酶、脂肪酶、水解酶與微生物，具有0.6～0.8歲c砰的堆密度，30～50億個/9的微生物。其它的試劑大多是化學純、分析純。

3.2 試驗工藝及設備

實驗如圖1，1、2、3、4池容積分別是0.2m，0.6m，0.6m，0.6m，2、3、4池內裝有專用、自制的FPUFS載體，并將微孔曝氣管鋪設在池底，用流量計自行控制水、氣。且2、3、4池的不同部位設置取樣口。

實驗分成兩個步驟，分別為：①固定和馴化微生物階段，試驗段時間為30min；②設計工藝參數，研究運行控制，時間為90min。在實驗時，首先用泵將污水打到調節池中，根據計算量對加磷鹽進行補充，然后將調節好的污水打入到3個曝氣生物濾池，打滿后，啟動曝氣，每個池子中保持3～5mg/L的DO，在每個生物池中投入50g高效微生物，然后進行悶曝，第二天和第三天分別在各個池子中投入10g菌，悶曝3d后按照25L/h的流量進行連續進水，每天定時對污水池和出水池中的氨氮值、COD進行檢查，使用克氏定氮法對載體上固定的微生物量進行測定，在載體中的微生物量超過8g/L時，就說明微生物被馴化，此時微生物固定基本結束，然后逐漸增加水的流量，得到最佳的水停留時間，進入第二階段后，對進出水各項指標和載體的固定微生物量進行連續檢測。

4、試驗結果

4.1 固定化B350-I-BAF系統的運行結果

為了更加深入地對B350-I-BAF系統的運行效果進行了解，以某煤氣廠焦化污水的處理作為實際案例，檢測了化學耗氧量和揮發酚，對出水和進水的氨氮和處理效果進行了詳細的分析。經檢測發展，系統優化處理超出了國家一級排放的標準，使用此方法對煤氣化的污水進行處理，處理效果良好，工藝穩定，說明固定化B350-I-BAF系統在對難降解、濃度高的氨氮方面有特殊的優勢。

4.2 各污染物經固定化13350-I-BAF系統處理后的效果

4.2.1 經固定化B350-I-BAF系統處理后的COD的效果

煤氣廠的焦化污水中COD物質的主要成分是煤焦油，其中蔡、唆琳、毗咤、苯、甲苯、二甲苯等是很難降解的物質。現階段的報道中，也沒有關于煤焦油成功生物降解的報道。實驗顯示，I-BAF系統進口處COD值的變化比較大，最大值是3590mL，最小值是3250mL，平均值是3450mL，而I-BAF系統的出口處COD值比較穩定，最大值是93.5mL，最小值是38.3mL，平均值是57.7mL，去除率是98.3%，顯示出固定化微生物對難生物降解的物質的優異降解作用，這主要是因為在I-BAF系統中存在的好氧、兼性及厭氧菌提高了去除有機物的廣譜性，反硝化作用也增強去除COD的能力。endprint

4.2.2 經固定化B350-I-BAF系統處理后酚類的效果

圖2為I-BAF系統進水處與出水處揮發酚的關系圖。從圖上來看，I-BAF系統進水處揮發酚的濃度變化比較大，而出水處的揮發酚卻很穩定，充分展現了固定化微生物的除酚能力。當酚的濃度大于100mg/L時，會對微生物產生毒副作用，抑制其活性。雖然該實驗中酚的濃度已超出抑制極限許多，但是微生物的生長及活性都沒受到影響，可見固定化微生物的耐毒能力是非常強的。實驗中逐步馴化后的固定化微生物去除酚的效果非常好。微生物逐步馴化是指經7～10d的、濃度從低到高的馴化。馴化后的固定化B350-I-BAF系統不僅具有較強的除酚能力，還具有特定的抗沖擊負荷的能力。實驗結果顯示，揮發酚進水處濃度最高值是281mL，最小值是132mL，平均值是177mL，出水處最高值是1.520mg/L、最小值是0.056mL、平均值是0.498mL，去除率達99.7%。

4.2.3 經固定化350-I-BAF系統處理后氨氮的效果

在處理污水時最難去除的是氨氮，尤其是中等濃度的氨氮。在生物分解中氨氮是使用硝化一反硝化原理來進行的。基于硝化菌、亞硝化菌不能生存在有機物存在的環境中，容易受到堿度、溫度、pH值、NO-、游離氨的濃度等要素的抑制，與濃度大于50mL的氨氮會抑制硝化過程等因素，所以現階段國際上還都認為生物法是不能處理濃度大于200m/L的氨氮污水的。

煤氣廠的焦化污水中氨氮值最大是498mg/L、最小是423mg/L，平均濃度是451mg/L，已超過了生物處理極限許多。該實驗選用固定化高效微生物B350，馴化7d后，其具備了脫除NH⁺₄-N的能力，運行較穩。實驗結果驗證I-BAF系統進水口處NH⁺₄-N濃度高、變化大，而出口處⁺₄-N基本為0，且非常穩定，沒產生抑制作用，表明固定化微生物具有良好的脫氮效果，實驗結果突破了生物法處理氨氮濃度的界限，將生物脫氮研究提到了新的水平。

5、結語

綜上所述，利用固定化微生物技術為核心組成的曝氣生物濾池具有處理效率高、反應速度快、微生物負載量高等方面的優點，各種污染物的去除率良好，超出了我國污水治理排放的標準，符合污水資源化的基本要求。endprint