摘要：固定化細(xì)胞技術(shù)在廢水處理中的固定應(yīng)用具有處理效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、化細(xì)生物密度高、胞技耐毒性、術(shù)廢水處耐高負(fù)荷、理中產(chǎn)污泥量少等優(yōu)點(diǎn)，固定但該技術(shù)仍處于試驗(yàn)階段，化細(xì)要達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的胞技水平還需要解決多種生物共生的固定化體系、固定化載體和固定化反應(yīng)器，術(shù)廢水處以及生物解析劑等問題。理中

關(guān)鍵詞：固定化細(xì)胞 廢水處理 微生物 生物處理

　　固定化細(xì)胞技術(shù)是固定指通過化學(xué)的或物理的手段，將游離細(xì)胞定位于限定的化細(xì)空間區(qū)域，使之成為不懸浮于水但仍保持生物活性，胞技并反復(fù)利用的術(shù)廢水處方法。該方法有利于提高生物反應(yīng)器內(nèi)微生物細(xì)胞的理中濃度和純度，保持高效菌種，利于反應(yīng)器的固液分離，也利于除氮和除去高濃度有機(jī)物或某些難降解物質(zhì)。本文主要介紹近年來固定化細(xì)胞在廢水處理中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景。

　　1 固定化細(xì)胞的制備方式

　　固定化細(xì)胞的制備方式是多種多樣的，大致可以分成如下三種方法。

　　吸附法，又叫載體結(jié)合法，是依據(jù)帶電的微生物細(xì)胞和載體之間的靜電、表面張力和粘附力的作用，使微生物細(xì)胞固定在載體表面和內(nèi)部形成生物膜。吸附法可分為物理吸附法和離子吸附法兩種。該法操作簡(jiǎn)單，固定化過程對(duì)細(xì)胞活性影響小。

　　包埋法，是將微生物包埋在凝膠的微小格子或微膠囊等有限空間內(nèi)，微生物被包裹在該空間內(nèi)不能離開，而底物和產(chǎn)物能自由地進(jìn)出這個(gè)空間，常用的有凝膠包埋法。纖維包埋法和微膠囊法。包埋法對(duì)細(xì)胞活性影響小，它是固定化細(xì)胞常用的方法。

　　交聯(lián)法，是通過利用含有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能基團(tuán)的試劑與微生物細(xì)胞表面的反應(yīng)基團(tuán)如梭基。氨基等發(fā)生反應(yīng)，使細(xì)胞之間交聯(lián)成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，從而制成固定化網(wǎng)格，其結(jié)合力是共價(jià)鍵。該固定化方法微生物反應(yīng)活性損失較大，且采用的交聯(lián)劑大都比較昂貴，因此應(yīng)用受到一定的限制。

　　2 固定化細(xì)胞的載體

　　固定化細(xì)胞技術(shù)所采用載體的物理化學(xué)性質(zhì)直接影響所固定細(xì)胞的生物活性和體系傳質(zhì)性能。理想的載體材料應(yīng)具有對(duì)微生物無毒性、傳質(zhì)性能好、性質(zhì)穩(wěn)定。壽命長、價(jià)格低廉等特性。它可分為有機(jī)高分子載體、無機(jī)載體和復(fù)合載體三大類。

　　有機(jī)高分子載體又分為天然高分子凝膠載體和合成有機(jī)高分子凝膠載體。天然高分子凝膠一般對(duì)生物無毒，傳質(zhì)性能較好，但強(qiáng)度較低，在厭氧條件下易被生物分解。有機(jī)合成高分子凝膠載體一般強(qiáng)度較大，但傳質(zhì)性能較差，在進(jìn)行細(xì)胞固定時(shí)對(duì)細(xì)胞活性有影響，易造成細(xì)胞失活。

　　無機(jī)載體大多具有多孔結(jié)構(gòu)，在與微生物接觸時(shí)，利用吸附作用和電荷效應(yīng)，從而把微生物固定。它的操作方法是把載體放人含有一定微生物濃度的溶液中，固定一段時(shí)間（24h左右）即可。

　　由有機(jī)載體和無機(jī)載體材料組成的復(fù)合載體材料，可以改進(jìn)載體材料的性能。Lin等將粉末活性炭和Phanerochaete chrysosporium聯(lián)合包埋固定，結(jié)果表明了復(fù)合固定化體系能更加有效地用于降解五氮酚，顯示出復(fù)合載體材料的優(yōu)越性。

　　3 固定化細(xì)胞技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用研究

　　3．l 處理氨、氮廢水

　　微生物去除氨氮需經(jīng)過好氧硝化、厭氧（缺氧）反硝化兩個(gè)階段。硝化菌、脫氮菌的增殖速度慢，要想提高去除率，必須要較長的停留時(shí)間和較高的細(xì)菌濃度，采用固定化細(xì)胞技術(shù)可做到這點(diǎn)。Nilsson用海藻酸鈣固定假單細(xì)胞反硝化菌Pseudomonas denitrificans，采用填充床對(duì)含20mg／L。硝酸鹽的地下水進(jìn)行兩個(gè)月的連續(xù)脫氮試驗(yàn)，脫氮效果良好，反硝化速度為66mg［N］／（h·kg［凝膠］），容積負(fù)荷（以 N計(jì)）達(dá)到3.6kg／（m3·d）。

　　WijffelS采用角叉萊膠（聚丙烯酸胺）固定從土壤中分離出的反硝化菌，在容積為2L的外循環(huán)流化床中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，停留時(shí)間為 lh，進(jìn)水NH3-N的濃度為8~16mol／m3，固定化細(xì)胞的填充率為11．l％時(shí)，脫氮率可達(dá)90％以上；填充率為16．5％時(shí)，脫氮率可達(dá)95％以上。中村裕紀(jì)用聚丙烯酸胺包埋法固定硝化菌和脫氮菌、采用好氧硝化與厭氧反硝化兩段工藝進(jìn)行合成廢水的脫氮試驗(yàn)，結(jié)果表明；與懸浮生物法相比，低溫下硝化速度增大了 6－7倍，約為（以 N計(jì)）0.5kg／（m3·d）；脫氮速率提高了3倍，約為l．5kg／（m3·d）；停留時(shí)間由原來的7h硝化4h十反硝化3U縮短為4h（硝化2h十反硝化2h），即處理裝置容積可減少約50％左右。周定等將脫氮細(xì)胞包埋于 PVA（聚乙烯醇）中，結(jié)果表明：在低溫、低pH值的條件下，固定化細(xì)胞能夠保留比未包埋細(xì)胞更高的脫氮活性，減輕溶解氧對(duì)脫氮的抑制作用，脫氮微生物在固定化載體中可以增殖。

　　從以上的研究看出，固定化細(xì)胞技術(shù)在處理氨氮廢水中的主要優(yōu)勢(shì)在于可通過高濃度的固定細(xì)胞，提高硝化和反硝化速度，同時(shí)還可以使在反硝化過程低溫時(shí)易失活的反硝化菌保持較高的活性。

　　3．2 固定化活性污泥除BOD物質(zhì)

　　對(duì)于固定化活性污泥的研究情況，角野報(bào)道說固定化細(xì)胞的污泥產(chǎn)率系數(shù)（以BOD計(jì)）為0.15kg／kg，與一般活性污泥法相比，泥量減少為1／4~l／5，但污泥產(chǎn)量隨容積負(fù)荷的增加而增加。在綜合考慮污泥的處置時(shí)，容積負(fù)荷不宜設(shè)計(jì)得過高，在不產(chǎn)生剩余污泥情況下運(yùn)行時(shí)，容積負(fù)荷（以 BOD計(jì)）也可達(dá)0．46～1．02kg／（m3·d），與一般延時(shí)曝氣活性污泥法（以BOD計(jì)）（0．1～0．4kg／（m3·d）相比高2－3倍。橋本等用PVA一硼酸法包埋腦性污泥，對(duì)人工合成廢水進(jìn)行連續(xù)試驗(yàn)，在進(jìn)水ρ（TOC）為94~99 mg／L、TOC負(fù)荷在0．5～2.35kg／（m3·d）時(shí)，出水TOC的質(zhì)量濃度可降到5~7mg／L，去除率達(dá)93％，與活性污泥法相比，有機(jī)物負(fù)荷可提高2－6倍，同時(shí)總氮去除率也可達(dá)30％~45％；用PVA一冷凍法包埋活性污泥時(shí)，在最高TOC負(fù)荷達(dá)2.96kg／（m3·d），處理效果良好。本田用各種載體包埋活性污泥，采用固定床和流化床處理人工合成葡萄糖廢水，在固定床實(shí)驗(yàn)中，用丙烯酸系合成樹脂作載體，在TOC容積負(fù)荷為1.5kg／（m3·d），停留時(shí)間為4h時(shí)，TOC去除率最高達(dá)98％，平均為95％；用聚丙烯酸凝膠作載體，固定床三級(jí)串聯(lián)運(yùn)行，進(jìn)水TOC的質(zhì)量濃度為500mg／L時(shí)，停留4h，TOC去除率達(dá)80%，TOC容積負(fù)荷為3kg／（m3·d）； 進(jìn)水TOC的質(zhì)量濃度為2200mg／L時(shí)，停留12h，TOC去除率達(dá) 92％，TOC容積負(fù)荷達(dá)4.4kg／（m3·d）；當(dāng)用流化床處理廢水，進(jìn)水TOC的質(zhì)量濃度小于300mg／L時(shí)，TOC去除率可達(dá)95％以上。