固定化微生物

1 引言

随着石油工业的迅速发展油气田开发对土壤的污染越来越严重。石油污染土壤已经是石油及石化企业的重要污染之一，其中的石油污染物对人体及环境具有很高的毒害作用。土壤污染不仅会破坏其自身结构、改变其物理化学性质，而且会影响作物的产量和品质，并通过食物链危害人类的健康和生命。因此，修复污染土壤，保障人类健康，已引起各国政府及环境学家的广泛关注，成为当前国内外环保研究的热点。

2 石油污染土壤的现状及危害

随着国民经济的迅速发展，人们对石油的需求不断增加，石油的勘探开发、运输及炼制过程中，石油污染问题日益凸显，特别是土壤污染日趋严重。据报道，目前世界石油总产量每年约有22亿t，其中约有800万t石油进入环境已造成污染，我国石油年产量已超过1亿t，每年新污染土壤10万t，其中每年有近60万t石油进入环境，污染了土壤、地下水、河流和海洋[fll。石油污染土壤主要由于石油的泄漏和排放引起的，一般集中在油田、油库、炼油厂周围，对土壤的污染大多集中在20cm左右的土壤表层[f2l。我国许多油区污染严重，例如陇东油区年产原油约200万吨是中国第二大油田的中心区，石油污染面积正在逐年扩大，目前石油污染面积SOO}l000hm2，在重污染区，土壤原油含量高达3510mg/kg，高出临界值(200mg/kg) 17.6倍。因此，修复石油污染土壤，加快土壤的修复和治理显得尤为重要。

石油是一种成分极其复杂的混合物，主要是由各种不同的碳氢化合物组成，还含有少量的氧、氮、硫、氯、硅和磷等非金属元素以及少量的重金属元素成分。石油通常指原油和石油初加工产品(包括汽油、煤油、柴油、重油、润滑油等)及各类油的分解产物，主要包括烷烃、环烷烃和芳香烃、烯烃等，其中多环芳香烃类物质被认为具有严重的致癌、致突变、致畸作用，其形态包括气体、挥发性液体、高沸点液体以及固体等[[3,4] o

石油进入土壤后，影响土壤环境质量，严重威胁着生态环境、食品安全和人身健康:

1）石油吸附在土壤颗粒表面堵塞土壤孔隙，降低了土壤透水性，改变土壤有机质的组成、结构和物理化学性质，引起土壤有机质的变化如碳磷比;

2)石油在植物根系表面形成一层粘膜，阻碍植物根系的呼吸与吸收，引起根系腐烂，影响植物的根系生长，致使农作物减产;

3)石油积累在土壤低等动物(如蛆叫等)体内导致其死亡，生态平衡遭到破坏;

4)土壤中的石油烃由植物根系吸收作用进入其体内并逐渐积累，再由食物链进入动物和人体，使环境生态和人体生命健康受到威胁;

5)石油进入土壤在渗透过程中沿着地表扩散、侵蚀土层，使土壤盐渍化、沥青化、板结化;没有被土壤吸附的石油在重力作用下还沿土壤深部迁移，增加污染范围，渗入到地下污染地下水，从而对环境的多个层面产生广泛影响。

近年来的研究表明，石油和石油化工产品，经常以非水相液体(NAPL)的形式污染土壤、含水层和地下水，若未被土壤吸附的NAPL的密度比水大，石油污染物将穿过地表的土壤层，进入含水层，在其底部扩散;而密度比水小的则沿地下水面横向扩展，其可溶性成分逐渐扩散到水中，从而形成一种持久性污染源。Nayef Z Al-Mutairi等使用毒性实验和蛆叫来监测分析生物修复石油污染土壤过程，发现旧污染的毒性比新污染的大，代谢产物的毒性有逐渐增大后减小最后不变的趋势。因此，寻求对已污染土壤的经济、有效的治理与清洁措施，加速污染与退化农田生态系统的修复与重建，实现我国农业持续发展、保障人类健康，保护生态，所必须解决的关键问题之一。

3国内外处理石油污染土壤的研究现状分析

为了消除环境中石油烃的污染，修复土壤石油污染经历了多层面和多方位的技术革新和研究，人们不断研究发展了多种石油污染土壤的修复方法。目前石油污染土壤的处理大体主要分为三种方式:物理法，化学法和生物法。

3.1物理法

物理法是修复石油污染土壤技术中常用方法之一，主要包括热处理法(焚烧法)、换土法、隔离法等，但这些方法均存在一定的缺陷和局限性，使其应用受到不同程度的限制。例如热处理法在净化土壤时破坏土壤结构和组分，且焚烧过程会产生有毒有害物质而对环境造成二次污染;隔离法只是阻止石油烃在土壤中的迁移，没有改变石油烃的结构，因此不能作为一种永久性的处理方法;换土法一般仅适用于小面积污染特别严重的土壤的治理，特别是事故后的简单处理，并且换土法消耗的人工费用较高，难以应用于大面积土壤污染的处理。

3.2化学处理法

化学处理法也是目前修复石油污染土壤中比较常用的方法[f 12l，主要包括:1)萃取法:根据相似相溶原理，利用有机溶剂萃取、分离、回收污染土壤中的石油烃，并实现废物的资源化，比较适合于受石油烃污染较严重的土壤。2)土壤洗涤法:破碎污染土壤，混入足够的水和洗涤剂，过滤土壤、水和洗涤剂相互作用的浆液，将洗去石油烃后的土壤重新归入环境。3)化学氧化法:向被石油烃污染的土壤中喷撒或注入化学氧化剂，使其与污染物质发生化学反应来实现净化的目的，该方法适合土壤和地下水同时被石油烃污染的治理。这些化学处理方法除油效果较好，但是操作复杂，并且加入的化学试剂很容易引起土壤的二次污染，破坏土壤环境的正常生态系统，因此其实际应用受到

了很大的限制。

3.3生物修复法

物理法和化学法虽小范围内可以产生较好效果，但存在处理费用高，二次污染严重以及不适合工业化推广等缺陷。因此从20世纪80年代末和90年代初期，国外开始致力于以物理化学方法为辅的生物修复技术，即物理化学法与生物修复法联合修复污染物。生物修复技术由于具有安全，高效、无二次污染，经济效益好等优点，被人们认为是进行污染土壤生物修复的最有效、最有前途的一种污染治理技术。石油污染生物修复技术作为一种新兴的处理技术，目前还没有统一的分类方法，生物修复主要包括微生物修复、植物修复和植物一微生物联合修复。

3.3.1微生物修复

微生物修复一般是指利用土壤中的土著微生物或向污染环境添加经驯化的外源高效降解菌，有时也添加基因工程菌，在优化的环境条件下，加速其分解有机污染物，修复被污染的土壤，具体可以分为原位生物修复和异位生物修复两部分。

1)原位修复是指不移动受污染的土壤，在原位投放氮、磷营养物质或供氧，促进土著微生物的生长繁殖，或接种经驯化培养的高效微生物，利用其代谢作用有效的降解土壤中的污染物，包括投菌法、生物培养法、生物通气法等。投菌法是向受污染的土壤中投入高效降解菌，同时提供微生物生长所需营养，包括以N, P为主的常量营养元素和微量营养元素。其微生物可以是自然界筛选的微生

物，也可以是基因工程菌。生物培养法是以就地污染土壤作为接种物的好氧生物过程，即定期向土壤投加HaOa和营养，过氧化氢在代谢过程中作为电子受体，以满足土著降解菌的需要，将污染物彻底矿化成COz和Ha0。生物通气法又称土壤曝气，是基于将空气(空气中加入氮、磷等营养元素)强行排入土壤中，然后抽出，土壤中的挥发性毒物也随之去除，是一种强迫氧化的生物降解方法。

2)异位生物修复是将受污染的土壤挖出，在污染场地以外或运送至专门的修复场地进行处理的方法，主要包括:堆肥处理法、生物反应器法、预制床法等。土壤堆肥处理法是将受石油污染的土壤与适当的材料相混合并堆放，依靠堆肥过程中微生物作用来降解石油烃类的过程，同时加入了土壤调理剂以提高微生物的生长和石油生物降解的能量。生物反应器法是将受污染土壤置于专门的反应器中进行处理，反应器可使土壤与微生物及其它添加物如营养盐、表面活性剂等彻底混合，能很好地控制降解条件，因而处理速度快、效果好。预制床法具有滤液收集和控制排放系统，使得污染物的迁移量降到最小。

3.3.2植物修复

植物修复技术是利用植物根系的吸收作用以及植物体内发达的酶系统对污染的环境介质进行治理。植物修复技术已被广泛应用到有机污染物的环境治理中。目前已报道有88种植物能有效吸收和富集70余种有机污染物。Liste等用燕麦、羽扁豆、芸苔、漪萝、胡椒、红萝卜、短叶松、红松和白松9种植物研究对PAHs中花降解的影响，结果发现9种植物都明显加强了花的降解;8周内，有植物的土壤中花的去除达74%以上，而无植物的去除率少于40%，芸苔的降解能力最强，胡椒和红萝卜在28d里可明显减少花的浓度。虽然植物修复污染物取得了良好的降解效果，但其仍然存在一定的不足:

1)植物生长受到各种环境因素的影响，使得修复效果不稳定，很难达到工程化的要求;

2}植物根系的长度有限，修复很大程度上只能限制在根区土壤范围;

3}存在污染物通过“植物一动物”的食物链进入自然界的可能;

4)同时受生长周期的限制，植物修复的周期长;

5)最后是修复后植物处置困难的问题，而且引进的超富集植物等可能带来

巨大的生态风险和环境问题。

3.3.3植物一微生物联合修复

植物一微生物系统的吸收和代谢能力是修复石油污染土壤的关键部分。目前研究较多的是用植物来辅助石油污染土壤微生物修复技术，如Miya等【19]对植物和微生物联合作用的机理进行了研究，发现植物根系分泌物有利促进细菌的生长，且根际区域的生物多样性比其它区域小。李春荣等[}ao}通过田间试验研究了玉米和向日葵两种植物对石油污染土壤的修复作用，考察了外源菌(DX-9对植物修复的强化和协同效应，对“外源菌-植物”修复效果进行了初步评价，结果表明，150d玉米、向日葵试验区土壤中石油降解率较对照区提高了100.5%和118.9%;外源节细菌的施加可使生物修复速度显著加快;玉米、向日葵与节细菌对石油污染土壤的联合生物修复效果显著，经过两年修复，污染土壤恢复健康状态。尽管植物一微生物联合修复在石油污染物降解中的重要性已经被充分认识，但是由于植物根际环境的微域性、动态性和复杂性等特点，目前对石油污染物植物一微生物联合修复的研究还存在一定的困难，有关降解微生物的群落组成和变化动态了解甚少。

4 微生物固定化技术

4.1微生物固定化技术的概念

微生物固定化技术是20世纪80年代兴起的一种新型生物技术，是指通过化学或物理方法将游离细胞(微生物)或酶定位于限定的空间区域内，并使其保持活性且能反复使用的技术。高效降解菌对污染物的降解作用是微生物修复技术的核心，目前用于修复污染土壤的降解菌主要分为土著菌、外来菌和基因工程菌，这些都是游离菌。由于降解过程中污染物的成分更复杂，一些次生代谢物和中间降解产物的毒性更大，游离微生物表现出单位体积内有效降解菌浓度低、与土著菌竞争处于弱势、抗毒性侵害能力差等特点。而固定化技术能够对完整的微生物细胞进行固定，避免人为破坏生物酶的活性和生化反应的稳定性;提高单位体积介质中微生物细胞密度;固定化后的微生物能够长期保持活性;固定化细胞颗粒的微环境有利于屏蔽土著菌、噬菌体和毒性物质对微生物体的恶性竞争、吞噬和毒害，使其在复杂环境中也可稳定地发挥高效能o

4.2固定化微生物的制备方法

目前常用的固定化方法主要有吸附法、交联法、包埋法、共价结合法以及复

合固定化法，即上述几种方法的联合使用。

1}包埋法是将微生物包埋在各种不同的凝胶网格和薄膜中，微生物被限制在有限空间内，而底物可自由进入的一种固定方法。包埋法是目前细胞固定化中最常用的方法，多数用于处理废水。

2)吸附法是依据带电的微生物细胞和载体之间的静电、表面张力和粘附力作用，使微生物细胞附着在载体表面的固定的方法，是一种传统的固定化方法，一般是利用多孔性材料作为载体来吸附微生物进行细胞固定。

3)交联固定化法是利用双功能或多功能试剂，使其与微生物细胞表面的反应基团如竣基、氨基和琉基等发生反应，使细胞之间交联成网格结构而达到固定细胞的目的。该方法的缺点是微生物可能受交联剂的毒害使细胞活力降低，且采用的交联剂大都比较昂贵。

4)共价结合法是将菌体活化后，利用微生物细胞表面功能团(如氨基、竣基、琉基、咪哩基、酚基和轻基等)与载体表面基团以化学共价键连接将微生物固定的方法。

以上4种方法各有优缺点: 其中, 共价结合法和交联法由于制备较难, 活性保留低, 成本高, 细胞无存活力, 空间位阻较大等缺点, 不太适合用于海洋

石油降解菌的固定化。而吸附法和包埋法由于具有制备较易, 成本低, 活性保留高, 细胞有存活力等特点, 其应用潜力较大。然而, 吸附法需克服与微生物结合力低, 细胞易脱落的缺点; 而包埋法则需要解决空间位阻较大的问题。

4.3固定化微生物的载体

不同的固定化方法对固定化载体的要求不同，理想的固定化载体应具备以下条件:

具有高的载体活性，即固定化微生物活性要高;对微生物(或细胞)无毒害;传质性能好;性质稳定，不易被微生物代谢降解;机械强度高、使用寿命长，可重复使用;价格低廉;材料容易获得。目前，开发研究新型固定化载体是固定化技术研究发展的重要组成部分。

常用固定化微生物的载体可分为无机载体、有机高分子载体和复合载体3大类。

其中无机载体如硅藻土、高岭土、多孔陶珠、多孔玻璃、氧化铝、活性炭等,

具有机械强度大、对微生物无毒性、不易被微生物分解、耐酸碱、成本低、寿命长等特性, 因而也是一类重要的载体材料。

有机载体:一类是天然高分子凝胶载体。天然高分子载体包括海藻酸盐、明胶、卡拉胶、海绵、琼脂等, 一般对生物无毒性, 传质性能好,但强度较低。

其中海藻酸盐具有化学稳定性好、无毒、包埋效率高且价格低廉等优点, 是一种广泛应用的固定化介质。但是海藻酸钙包埋细胞时, 凝胶颗粒的稳定性和机械强度较差, 需要对其固定化工艺进行改进(如组合固定化技术)后才能最终应用于海洋溢油环境修复。

另一类是有机合成高分子凝胶载体。合成有机高分子载体材料一般强度较大, 但传质性能差, 在进行固定化时, 由于聚合物网络的形成条件比较剧烈, 对微生物细胞的损害较大。常见的载体有聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等。聚丙烯酰胺凝胶在包埋细胞时, 由于交联过程中的放热以及交联试剂本身的毒性, 细胞在固定化过程中往往失活[15]。聚乙烯醇凝胶具有机械强度高、化学稳定性好、抗微生物分解、对细胞毒性小、廉价易得等一系列优点, 因而具有较大的利用价值。

无机载体可以反复利用，但结合不牢固，细胞容易脱落;天然高分子凝胶一般对微生物无毒，传质性能较好，具有生物相容性，能够大量分离提纯，其结构、物理、化学等性质已经研究地比较深入，可制备成各种各样的形式，但机械强度较低，弹性差，在厌氧条件下易被生物分解;有机合成高分子凝胶一般强度较好，但传质性能稍差，在进行细胞包埋时对细胞活性有影响。

4.4 包埋固定化方法的改进

在众多的固定化方法中，包埋法有较好的综合性能，目前应用得最广泛。近年来人们进行了大量的研究，以期改善包埋固定化方法。主要包括：提高固定化颗粒的强度、改善固定化颗粒的成球性、调节固定化颗粒的比重、减少固定化颗粒中微生物的活性损失、提高固定化颗粒的传质性能、改善固定化颗粒的水溶胀性等。

4.4.1 提高固定化颗粒的强度

Dominguez J M等[56]用海藻酸钙在Debaromyces hamsenii NRRL Y7426和Candida guilliermondi NCR5578混合固定的过程中，投加4%的褐藻酸钠，其机械强度明显提高。吕晓猛[57]通过添加硅藻土和淀粉并且用化学方法对海藻酸钙珠体进行改进，提高了珠体的机械强度，对十二烷基苯磺酸钠的降解率也有所提高，同时增

加了珠体的抗腐败能力。刘树文[68]等人分别以膨润土、碳酸钙和二氧化硅为添加材料，以固定化粒子在一定时间的开裂数量为指标研究固定化粒子的机械强度。结果表明，向固定化载体配方中添加CaCO3粉末提高粒子机械稳定性的效果最好，其添加量在0.8％时，小球的机械稳定性最高。

4.4.2 改善固定化颗粒的成球性能

由于聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等材料作为微生物固定化的载体具有机械强度好、抗微生物分解、耐用等特点，得到国内外学者的广泛重视。但是，它们普遍存在成球难的缺点。李淑彬[59]在PV A-H3BO3 交联过程中加入少量的海藻酸钠成功地解决了PV A颗粒的附聚问题，增强了PVA 凝胶的成球能力。

4.4.3 调节固定化颗粒的比重

由于固定化微生物颗粒的密度直接影响了颗粒在水体中的流化特性以及水力筛分特性，加入比重不同的无机颗粒或粉末、发泡剂等可以改善和调节固定化颗粒的比重，使之满足不同的要求[60]。有人利用活性炭来调节海藻酸钙的密度，进而包埋降解酚类物质的微生物，取得了较好的效果。

4.4.4 减少固定颗粒中微生物的活性损失

包埋载体性质、环境特征等因素都会对微生物细胞的活性产生较大的影响，从而影响降解效果。Prabhume 等[61]把具有青霉素酰基转移酶活性的E. coli 细胞固定在聚丙烯酰胺凝胶珠中，其水解活性得到显著地提高，并且在使用90 次后，酶的活性也没有明显的损失。

4.4.5 提高固定化颗粒的传质性能

通过添加多孔性物质或者是可以溶出的物质，可以在一定程度上改善固定化微生物颗粒的传质性能。李淑彬[59]研究表明，在PV A中加入少量的活性炭，可以增大固定化微生物颗粒的孔径，加速反应体系的传质过程，并达到吸附和包埋的双重效果。韩力平[62]等采用PV A-H3BO3-纱布棉纤维形成的多孔复合载体，将微生物均匀的包埋起来。这种复合载体具有更充分的多孔结构，有利于底物和代谢产物的扩散，从而使菌体降解活性得到充分的发挥。王建龙[63]采用纱布PV A复合包埋载体，可以明显改善固定化颗粒传质性能，增强固定化微生物的去除效果。4.4.6 改善水溶胀性

一些固定化载体本身的性质，决定固定化颗粒在实际应用中是否具有较大的水溶

胀性，随着时间的延长，其强度大大降低。王建龙等人[64]通过在PV A-H3BO3 聚合反应过程中引入聚丙烯酰胺，使之在PVA 凝胶颗粒内部及表面形成聚丙烯酰胺网状结构，有效地改善了PVA 凝胶的水溶胀性，在优化条件下制备的固定化颗粒细胞经久耐用。据有关资料分析[65]，在PV A-H3BO3 固化一段时间后，再用己二胺交联，制成复合固定化微生物小球。己二胺可以在复合固定化微生物表面覆盖了一层高分子膜，降低了小球的收缩率，改善了其水溶胀性。

4.5 固定化微生物技术路线

4.6 固定化微生物技术在污染土壤中的应用

微生物固定化技术曾被广泛应用于修复受污染的流体介质(如废水）和半流体介质(如泥浆）环境中，目前将固定化微生物技术应用于修复非流体介质(污染土壤)环境中，特别是石油污染土壤修复的研究，已引起环保工作者的广泛关注。

C.J.Cunningham等利用PVA制备固定化微生物在其适宜的环境条件下修复柴油污染的土壤取得了良好的降解效果。沈齐英从天津大港油田受原油污染的土壤中筛选分离出四株降油优势微生物，以聚乙烯醇为载体，采用包埋法制备固定化微

生物实验，结果表明:微生物固定化后的活性相对稳定，可以认为聚乙烯醇是一种比较好的包埋载体。张秀霞等采用生物大分子仿生合成出的纳米多孔SiO2为载体，利用表面吸附固定化方法，将固定化的2株降解石油污染物的高效微生物菌株应用于石油污染土壤的修复，结果表明该固定化微生物对石油污染物5Oh 一次降解率高达96.2%;通过8次的反复实验，5Oh的原油降解效果保持在85%以上，取得了良好的修复效果。王新等采用化学方法对微生物进行固定化包埋，通过对3株菌的单独固定及混合固定后来降解有机污染土壤中的花及苯并(a)芘，实验结果显示，微生物经过固定后对污染物的降解效果明显好于游离菌，同时混合固定菌的降解效率普遍高于单菌固定的降解效率。王新等为使引进菌在环境工程中的利用成为可能，将引进菌用于有机污染土壤中芘和苯并(a)芘的生物修复，通过对引进的3株细菌进行固定化包埋，研究了它们对土壤中芘和苯并(a)芘的降解效果，结果表明引进菌驯化固定后，无论是单株菌还是混合菌对污染物的降解都明显高于游离菌，与土著固定菌相比，部分引进菌具有一定的优势，通过不同时间采样点的对比分析可以看出，引进菌混合固定后对污染物的降解效果相对较好，在96h时B61B67对和苯并(a)芘的降解率分别为43.49%和38.55%。LiangYuting等对石油污染土壤的修复进行研究，结果表明用多孔性材料(活性炭和沸石)固定土著微生物，使降油效果达到48.9%而土著游离菌自然衰减去除率为13.0%，生物刺激(添加氮源)后去除率为26.3%，添加生物添加剂(游离菌)去除率为37.4% o Muftah H. El-Naas等用PVA包埋固定恶臭假单胞菌构建固定化微生物，评价了在泡罩反应塔内不同反应条件对固定化微生物降解石炭酸

的影响，结果表明在温度300,pH值为7，初始底物含量75 mg/L时生物降解率最高。

5 结论

微生物修复技术由于不造成二次污染，对环境污染少，且效率高等特点被广泛应用，其中微生物固定化技术由于固定化微生物生活在由固定化载体造成的微环境，可有效地屏蔽外界不利因素对微生物的直接侵害；微生物被各种载体固定后，单位体积内有效浓度大大提高，提高了污染物降解率；固定化后的成品再生性能好，可以长期反复使用。就修复石油污染的土壤而言，固定化微生物技术具有明显的优势。

4 小结和展望

固定化微生物技术将高效石油降解微生物定位

于限定的区域内, 有效克服游离的微生物在海洋溢

油污染生物修复过程中容易流失等问题, 提高微生今后的研究方向主要集中在3 个方面: (1) 寻找合适的固定化载体

应用于海洋溢油污染的固定化载体首先应是环

境友好型载体, 其本身对环境无污染; 同时还要具

有一定的机械强度; 与微生物结合紧密; 传质阻力

小并且廉价易得。

(2) 开发新的固定化技术

微生物固定化技术要尽可能保持微生物的活性,

对微生物细胞破坏程度较小; 还要降低成本, 简化

工艺流程, 以利于大范围应用; 另外要向复合菌群

和组合载体固定化方面开展研究, 充分利用多种微

生物之间的协同降解效应和多种载体的优点。

(3) 海洋溢油微生物固定化的应用技术研究

积极开展中试实验和污染现场实验, 根据不同

海洋环境开发具有针对性的固定化微生物菌剂。例

如针对海面溢油的修复开发可以漂浮的固定化菌剂

技术, 针对海洋环境中营养盐缺乏的情况开发固定

化菌体-缓释营养盐复合制剂等, 最终开发出一整套

系统化针对溢油污染的高效生物修复工艺体系, 为

溢油污染的治理修复提供有效的技术保障。

固定化微生物

1 引言 随着石油工业的迅速发展油气田开发对土壤的污染越来越严重。石油污染土壤已经是石油及石化企业的重要污染之一，其中的石油污染物对人体及环境具有很高的毒害作用。土壤污染不仅会破坏其自身结构、改变其物理化学性质，而且会影响作物的产量和品质，并通过食物链危害人类的健康和生命。因此，修复污染土壤，保障人类健康，已引起各国政府及环境学家的广泛关注，成为当前国内外环保研究的热点。 2 石油污染土壤的现状及危害 随着国民经济的迅速发展，人们对石油的需求不断增加，石油的勘探开发、运输及炼制过程中，石油污染问题日益凸显，特别是土壤污染日趋严重。据报道，目前世界石油总产量每年约有22亿t，其中约有800万t石油进入环境已造成污染，我国石油年产量已超过1亿t，每年新污染土壤10万t，其中每年有近60万t石油进入环境，污染了土壤、地下水、河流和海洋[fll。石油污染土壤主要由于石油的泄漏和排放引起的，一般集中在油田、油库、炼油厂周围，对土壤的污染大多集中在20cm左右的土壤表层[f2l。我国许多油区污染严重，例如陇东油区年产原油约200万吨是中国第二大油田的中心区，石油污染面积正在逐年扩大，目前石油污染面积SOO}l000hm2，在重污染区，土壤原油含量高达3510mg/kg，高出临界值(200mg/kg) 17.6倍。因此，修复石油污染土壤，加快土壤的修复和治理显得尤为重要。 石油是一种成分极其复杂的混合物，主要是由各种不同的碳氢化合物组成，还含有少量的氧、氮、硫、氯、硅和磷等非金属元素以及少量的重金属元素成分。石油通常指原油和石油初加工产品(包括汽油、煤油、柴油、重油、润滑油等)及各类油的分解产物，主要包括烷烃、环烷烃和芳香烃、烯烃等，其中多环芳香烃类物质被认为具有严重的致癌、致突变、致畸作用，其形态包括气体、挥发性液体、高沸点液体以及固体等[[3,4] o 石油进入土壤后，影响土壤环境质量，严重威胁着生态环境、食品安全和人身健康: 1）石油吸附在土壤颗粒表面堵塞土壤孔隙，降低了土壤透水性，改变土壤有机质的组成、结构和物理化学性质，引起土壤有机质的变化如碳磷比;

微生物固定化技术的发展及其在污水处理的研究

微生物固定化技术的发展及其在污水处理的研究 摘要：微生物固定化技术是一种有效的废水处理技术，通过对固定化技术方法的介绍以及不同载体选择的对比，分析评价了微生物固定化在废水处理的国内外应用研究现状，并针对相关问题提出了今后的研究和发展方向。 关键字：固定化技术载体材料废水处理微生物 Abstract:Immobilized microorganism technique is a kind of effective wastewater treatment technology. Based on the technique of immobilization method introduction and different carrier choose contrast.TAnalysis and evaluation the immobilized microorganism technology applied to various kinds of wastewater treatment both in China and abroad are summarized. Aiming at its relevant problems, its future research and developing directions are brought forward. Key words: immobilization technique Carrier material wastewater treatment microorganism 微生物固定化技术是从二十世纪60年代开始迅速发展起来的一项新技术，至今已经形成了较为完备的理论和方法。微生物固定化技术是指通过利用化学或物理手段将游离的微生物或酶，定位于限定的空间区域内，使之不溶于水，但仍能保持其生物活性且在适宜的条件下还可以增殖，是一种可以反复使用的技术[1]。这项技术最初利用于工业发酵，20世纪70年代后期，随着水环境污染的日益严重，研究一种高效、快速，能连续处理的生物处理废水系统的要求日益迫切，国内外开始应用微生物固定化技术来处理废水，从此微生物固定化技术在污水处理中得到广泛的应用[2,3]。 与普通悬浮生物处理法相比，采用微生物固定化技术有以下优点[4]： （1）有利于提高生物反应器内微生物浓度和纯度，提高处理负荷、减少处理装置容积； （2）污泥产量少，利于反应器的固液分离； （3）可选择性地固定优势菌种，稳定性强，提高难降解有机物的降解效率； （4）抗毒物毒能力强； （5）对水质及pH的变化有较好的稳定性。 这些优点使微生物固定化技术在国内外废水处理领域中备受重视，特别是在难降解和有毒废水处理中表现出更大的潜力。 1、微生物固定化的分类 微生物细胞固定化的方法多种多样，任何一种限制细胞自由流动的技术都可以用来对微生物细胞进行固定化。按照固定载体及其作用方式不同，主要有共价结合固定化、吸附固定化、包埋固定化和交联固定化四大类[5]。 1.1共价结合法 共价结合法就是是细胞表面上官能团和固相支持物表面的反应基团形成化学共价健连接。用共价键固定酶，载体与酶的结合牢固，不易脱落，但限制了微生物的活性，半衰期较长。但由于化学共价法结合操作与控制复杂苛刻，反应剧烈，常常引起酶蛋白高级结构发生变化，因此，一般细胞活性回收较低。能够用于共价法固定的酶蛋白上的功能基因中，最常用的是氨基和羧基。对于共价偶联反应的选择一般应考虑酶蛋白上供共价结合的功能基团必须不影响酶的催化活性，反应条件应尽可能温和，最好在水溶液中反应。偶联反应应该对酶蛋白上某一类功能基团有很高的专一性，而对其他功能基团或水溶液几乎无副反应。共价反应的主要方法有酰化反应法、芳化和烷基化反应法、溴化氰法、重氮化反应法以及硅烷基化法等。 1.2吸附法 吸附法又称载体结合法，根据载体特性可分为物理吸附和离子交换吸附。物理吸附是使用具有高吸附能力的物质，如硅胶、活性炭、多孔玻璃、碎石、卵石、焦炭、硅藻土、多孔砖等吸附剂，将微生物吸附在表面使其固定化。离子吸附是利用微生物在解离状态下离子健合作用而固定于带有相反电荷的离子交换剂上，常见的离子交换剂有DEAE -纤维素、CM-纤维素等。吸附法是依据带电的

生物分子固定化方法

生物传感器中生物组分的固定化方法 生物传感器由两部分组成: 生物敏感元件和信号转换器。生物传感器的选择性主要取决于敏感材料的选取，而灵敏度的高低则与转换器的类型、生物组分的固定化技术等有很大的关系。因此固定化技术的发展是提高传感器性能的关键因素之一。生物传感器要呈现良好的工作性能, 其固定化技术应满足以下条件: (1) 固定化后的生物组分仍能维持良好的生物活性； (2) 生物膜与转换器须紧密接触，且能适应多种测试环境； (3) 固定化层要有良好的稳定性和耐用性； (4) 减少生物膜中生物组分的相互作用以保持其原有的高度选择性。 为了研制廉价、灵敏度高而且选择性好的生物传感器，固定化技术已成为研究者们努力探求的目标。经过近20年的不懈探索，已建立了对各种不同生物功能材料的固定化方法。 物理吸附法 此法是通过生物分子的极性键、氢键、疏水键的作用将生物组分吸附于不溶性的惰性载体上。文献已经报道了一些材料可用作吸附其它材料的载体，比如，石墨粉［25］、石墨-聚四氟乙烯［26］、活性碳［27］、离子交换树脂［28］等。物理吸附法的特点 是方法简便、操作条件温和，缺点是生物分子与载体表面的结合力弱，在表面进行任意取向的不规则分布，因此使制得的生物传感器容易发生生物分子的脱落和泄漏，从而造成传感器的灵敏度低，重现性差。 包埋法 将生物组分与合成高分子经溶剂混合而使生物组分包埋于其中，制成敏感膜的方法称作包埋法。采取的包埋方式通常包括凝胶包埋法和胶囊包埋法二种形式［29,30］。 。包埋法的优点是操作条件比较温和，膜的孔径和形状可随意控制，对生物组分活性的影响较小，缺点是需控制很多实验因素，而且生物组分在聚合物膜内的活性会受到影响。 共价键合法将生物组分通过共价键与电极表面结合而固定的方法称作共价键合法。该法是利用基体表面进行活化处理，然后与生物组分偶联，从而使生物组分结合到基 体表面。活化的方法有：烷基化法［31］、高碘酸氧化法［32］、迭氮法［33］等。该法的优点是通过形成特殊键将生物组分进行固定，因此生物组分不易发生泄漏，并且改善了生物分子在表面的定向，但缺点是操作复杂，成本高，而且生物组分易失活。 化学交联法 化学交联法是在交联剂(具有两个或两个以上功能团的试剂) 的作用下，生物分子间发生共价结合，也可将生物组分直接与载体共价交联。最常用的交联剂是戊二醛［35］。该法的优点是生物组分的固定比较牢固，不易脱落，缺点是反应难以控制，扩 散阻力大，所需的生物样品量多。 电化学聚合法 电化学聚合法是通过将聚合物单体和生物组分同时混合于电解液内，通过恒电位

微生物固定化技术

固定化微生物技术是将特选的微生物固定在选证的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。这种技术应用于废水处理，有利于提高生物反应器内微生物(尤其是特殊功能的微生物)的浓度，有利于微生物抵抗不利环境的影响，有利于反应后的固液分离，缩短处理所需的时间。 利用固定化微生物技术提高废水处理效率的工艺方法也被称作"生物增效"，其适用的领域非常广泛，例如:化粪池、隔油槽、排水管、城市污水处理厂以及工业废水…等。一般而言，针对特殊污染源，来自天然环境的微生物消耗很快、效率低下，即使有快速的繁殖能力仍不足以负荷。因此，生物增效的作业过程还是依循自然的方式，向目标添加定制的、具有已知降解能力的微生物制剂(固定化微生物)，处理效果则有明显的提升。 现在所研究的生物吸附剂的固定化方法主要有以下几种: 1吸附法 吸附法一般依靠生物体与载体之间的作用，包括范德华力、氢键、静电作用、共价键及离子键，两者间的屯电位，在微生物体和载体的相互作用中起重要作用。常用的吸附载体有活性炭、木屑、多孔玻璃、多孔陶瓷、磁铁矿、硅藻土、硅胶、纤维素、聚氨醋泡沫体、离子交换树脂等。它是一种简单易行、条件温和的固定化方法，但用它固定的生物体不够牢靠，容易脱落。 2交联法 交联法又称无载固定化法，是一种不用载体的工艺，通过化学、物理手段使生物体细胞间彼此附着交联。化学交联法它一般是利用醛类、胺类等具有双功能或多功能基团的交联剂与生物体之间形成共价键相互联结形成不溶性的大分子而加以固定，所使用的交联剂主要有戊二醛、聚乙烯酞胺、表氯醇等等。物理交联法在是指在微生物培养过程中，适当改变细胞悬浮液的培养条件(如离子强度、温度、pH值等)，使微生物细胞之间发生直接作用而颗粒化或絮凝来实现固定化，即利用微生物自身的自絮凝能力形成颗粒的一种固定化技术。 3包埋法 在微生物的固定化方法中，以包埋法最为常用。它的原理是将生物体细胞截留在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的网络中，通过聚合作用或通过离子网络形成，或通过沉淀作用，或通过改变溶剂、温度、pH值使细胞截留。凝胶聚合物的网络可以阻止细胞的泄露，同时能让基质渗入和产物扩散出来。 包埋材料可以分为两大类:

微生物固定化载体5.10

微生物固定化载体 固定化微生物技术是将特选的微生物固定在选证的载体上，限制或定位于一定的空间区域．使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的现代生物技术。固定化微生物具有生物浓度易控制、耐毒害能力强、菌种流失少、产物易分离、运行设备小型化等特点。近年来固定化微生物技术的研究非常活跃，发展很快，已遍及环境保护、食品工业、化学分析、能源开发、医学和制药等多种领域，并得到了广泛的应用。同时，对载体材料的性能也提出了更高的要求。载体材料的性能对固定化微生物功能的发挥起着至关重要的作用，有关固定化载体材料的研究也就显得非常重要 1.微生物固定化对载体材料的要求 载体材料的主要作用是为微生物提供栖息和繁殖的稳定环境。根据所固定的微生物种类以及固定化方法与工艺的不同，需要制备不同的周定化载体材料。制备合适的载体材料是固定化细胞技术的关键，在选择和制备载体材料时，必须考虑所固定微生物的生理习性及其应用的环境条件。一般情况下。理想载体应该具有以下特征：(1)载体对细胞呈惰性，对微生物无毒害；(2)具有高的载体活性，固定化细胞密度大；(3)力学强度和化学稳定性好，耐微生物分解；(4)操作简便，易于成型；(5)底物和产物的扩散阻力小，具有良好的传质性能；(6)微生物的活性回收率要高，能较长时间使用和重复使用；(7)原料易得，成本低。 2.固定化载体材料的种类 2.1天然载体材料 天然无机类载体材料主要有沙粒、沸石、硅藻土等。天然有机载体材料的究和应用较多，它们主要是天然多糖类材料，如纤维素及其衍生物、琼脂、角叉莱胶、海藻酸盐、卡拉胶。 2.2合成高分子载体 该类材料应用较多的主要是聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氨酯、羧甲基纤维素等。 2.3人工无机载体材料

固定化微生物技术及其在养殖水体中的应用

固定化微生物技术及其在养殖水体中的应用 目前，水产养殖，特别是名特水产养殖大多实施高密度养殖，养殖水体自身污染日益严重，同时由于外源性污染物的影响，养殖水域环境质量日益下降。因此，水质调控技术已成为发展水产养殖的一个关键技术。由于通常所采用的理化方法控制水质的技术存有种种弊端，所以生物（主要是运用微生物）控制便得到重视。目前国内外一般采用单一或复合微生物菌种来控制水质，但由于微生物受外界环境影响较大，抗不良环境冲击能力差，一旦系统受损难以恢复，因此处理效果不稳定。而固定化微生物技术不仅有利于优势菌种的固定，提高难降解有机物的降解效率；还能在生物装置内维持高浓度的生物量，在无细胞冲出的前提下，液流量大，提高了处理负荷，减少了处理装置的容积；并且易于固液分离；同时微生物被高分子材料包埋后抗毒性能和耐受力明显增加，因此成为研究的热点。 1 固定化微生物技术 固定化微生物技术起始于1959年，由Hattori等人首次实现了大肠杆菌的固定化，此后发展迅速。该技术最初主要用于工业发酵，20世纪70年代以后，由于水污染严重，迫切需要一种高效、快速，能连续处理的废水处理技术，从而微生物固定化技术才在污水处理中得到广泛应用，效果较好，至今已经形成了较为完备的理论和方法。 固定化微生物技术是指利用化学的或物理的手段将游离的微生物定位于限定的空间区域，并使之成为不悬浮于水仍保持生物活性、可反复利用的方法[1]。这里的微生物主要是人为选定的特效降解菌的优势菌种，应满足以下3个基本条件：①投加的菌体活性高；②菌体可快速降解目标污染物；③在系统中不仅能竞争生存，而且可维持相当数量[2]。固定化载体为微生物创造了更不易解体的生存环境，所以，一个理想的固定化载体的选择也很重要。适合于废水处理的固定化载体应具有以下性能：①对微生物无毒，生物滞留量高；②传质性能好；③性质稳定，不易被生物降解；④机械强度高，使用寿命长；⑤固定化操作简单； ⑥对其它生物的吸附小；⑦价格低廉[3]。 目前常用的载体可分为无机载体、有机高分子载体和复合载体3大类型。无机载体如多孔玻璃、硅藻土、活性炭、石英砂等。有机载体还可分为两类：一类是高分子凝胶载体，如琼脂、角叉莱胶和海藻酸钙等；另一类有机合成高分子凝胶载体，如聚丙烯酰胺凝胶、聚乙烯醇凝胶、光硬化树脂、聚丙烯酸凝胶等。复合载体是由无机载体和有机载体材料结合而成，使两类材料的性能互补，从而显示复合载体材料的优越性[4]。 2 固定化微生物的制备方法 目前，固定化微生物的制备方法多种多样，国内外没有统一的分类标准，根据对各种方法的分析，可将其分为物理固定法和化学固定法两大类。物理固定法主要有包埋法、吸附法（载体结合法）和包络法，化学固定法包括共价结合法和交联法（架桥法）等。 2.1 包埋法 包埋法是将微生物菌体包埋在半透性的聚合物凝胶或膜内，小分子的底物和产物可以自由出入，而微生物却不会漏出。包埋法可分为高分子合成包埋、离子网络包埋及沉淀包埋，是目前研究最广泛的固定化方法。常用的包埋法固定微生物的载体材料有天然高分子多糖类的海藻酸钙凝胶和卡拉胶、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺(ACAM)等。其中，天然高分子凝胶对微生物无毒，传质阻力小，但结合强度小；有机合成高分子凝胶强度高，影响微生物的生物活性，同时传质阻力大。 2.2 吸附法 吸附法是利用微生物所具有的可吸附到固体物质表面或其它细胞表面的能力，将微生物吸附在附加剂的表面的方法，这是一种非常廉价和有效、比较常用的微生物固定化方法。吸

固定化微生物技术处理废水

固定化微生物技术处理废水 作者：李静， 谭月臣， 洪剑明 作者单位：首都师范大学生命科学学院,北京,100048 刊名： 安徽农业科学 英文刊名：JOURNAL OF ANHUI AGRICULTURAL SCIENCES 年，卷(期)：2010(25) 参考文献(25条) 1.熊津;丁桑岚畜禽养殖废水脱氮除磷研究进展[期刊论文]-畜牧与饲料科学 2009(01) 2.张蔚萍;陈建中固定化微生物技术在环境工程中的应用[期刊论文]-云南环境科学 2003(04) 3.饶应福;夏四清;姜剑固定化微生物技术在环境治理中的应用[期刊论文]-能源环境保护 2005(02) 4.RAJ J;SHARMA N N;PRASAD S Acrylamide synthesis using agar entrapped cells of Rhodococcus rhodochrous PA-34 in a partitioned fed batch reactor[外文期刊] 2008(01) 5.CHSUBBA RAO;PRAKASHAM R S;BHASKAR RAO A Functionalized alginate as immobilization matrixin enantioselective L(+) lactic acid production by lactobacillus delbrucekii 2008(03) 6.曹国民;赵庆祥;龚剑丽固定化微生物在好氧条件下同时硝化和反硝化[期刊论文]-环境工程 2000(05) 7.王青;张善锋固定化微生物技术在废水处理中的应用[期刊论文]-环境科学与管理 2008(11) 8.BAI X;YE Z F;LI Y F Preparation of crosslinked macroporous PVA foam carrier for immobilization of microorganisms[外文期刊] 2010(01) 9.肖亦;钟飞;潘献晓固定化微生物技术在废水处理中的应用研究进展[期刊论文]-环境科学与管理 2009(06) 10.彭会清;安显威吸附法在废水除磷中的应用[期刊论文]-辽宁化工 2006(09) 11.刘帅;张培玉;曲洋包埋法固定化微生物技术中的载体选择及在污水生物处理中的应用[期刊论文]-河南科学2009(05) 12.贾敏;徐冉;杨长明固碳技术在猪场废水低碳化处理中的应用进展[期刊论文]-畜牧与饲料科学 2009(09) 13.何江;利锋山区农村养猪场废水处理方法探讨[期刊论文]-畜牧与饲料科学 2009(03) 14.曹娴;王国成EM技术在工业废水治理上的应用[期刊论文]-内蒙古农业科技 2007(04) 15.ZHU J;LIN C F;KAO J C M Evaluation of potential integration of entrapped mixed microbial cell and membrane bioreactor processes for biological wastewater treatment/reuse 2009(08) 16.KARIMINIAAE-HAMEDAANI H R;KANDA K;KATO F Wastewater treatment with bacteria immobilized onto a ceramic carrier in an aerated system 2003(02) 17.王凤;叶正芳固定化微生物滤池去除地下水中硝酸盐的研究[期刊论文]-安徽农业科学 2009(23) 18.CELIS L B;VILLA-GMEZ D;ALPUCHE-SOLIS A G Characterization of sulfate-reducing bacteria dominated surface communities during start-up of a down-flow fluidized bed reactor 2009(01) 19.童群义;陈坚;堵国成PVA-卡拉胶混合载体固定化大肠杆菌-酵母菌混合体系生产谷胱甘肽[期刊论文]-工业微生物 2000(04) 20.齐水冰;罗建中;乔庆霞固定化微生物技术处理废水[期刊论文]-上海环境科学 2002(03) 21.王坤;刘永军活细胞固定化技术在焦化废水生物处理中的应用试验[期刊论文]-环境科技 2009(04) 22.唐凤舞;樊华固定化微生物技术处理城市污水的研究[期刊论文]-环保科技 2009(01) 23.黄川;王里奥;崔志强采用海藻酸钠固定化微生物技术处理甲醇废水[期刊论文]-中国给水排水 2008(07)

固定化微生物技术及其在污水处理中的应用

固定化微生物技术及其在污水处理中的应用 发表时间：2018-12-22T14:09:01.650Z 来源：《防护工程》2018年第23期作者：王诚诚 [导读] 近年来，我国的环境污染问题日益严重，而我国的经济发展、环境也造成了一定的破坏，人们关于环保意识逐渐增强。 摘要：近年来，我国的环境污染问题日益严重，而我国的经济发展、环境也造成了一定的破坏，人们关于环保意识逐渐增强。因此，固定化微生物技术的应用促进了环境保护工程发展。利用固化微生物技术处理污染环境中的废水、废气和废渣，对环境保护做出了突出贡献。 关键词：固定化微生物技术；污水处理；应用 前言：固定化微生物技术是利用微生物的活性特点，对污染物进行降解、分化，在污水处理、空气污染处理、土壤污染处理中有着显著的效果。但在实际应用中固定化微生物技术还存在一些不足之处，想要更广泛地被应用，还需要继续研究与发展。 1固化微生物技术应用现状 固化微生物技术是起始于20世纪60年代，在固化酶的基础上研发出来。我国对固化微生物技术的研发和应用，要比其他国家晚了十年左右。固化微生物技术也就是把细胞或是酶进行固化处理，因为酶在直接使用上有着一些不足之处，例如价格高、稳定性差、不能重复使用，而且比较难提取等，也就造成了酶在应用上的局限性。而固化微生物技术在环境工程中应用更多的是在污水处理上。通过把较为分散的微生物固定在一个载体上，充分发挥微生物的作用，可以进行印染污水处理、重金属污水处理、含氮生活污水处理等。同时对于大气污染物和土壤中的污染物也能很好的降解。 2固化微生物技术特点 由于固化微生物能够提高微生物的浓度，使活性物质的作用得到提升和优化。所以在环境工程中，固化微生物技术对废水处理有着很好的效果。固化微生物技术能够培养优良微生物群，让污染物与微生物有更明显的区别。微生物经过了固化处理，其抗毒能力得到改善，这样可以防止微生物被有毒物侵害。微生物的固化反应不需要特别大的空间，这样就能降低空间占用率。 3固定化微生物技术在废水处理中的应用 近年来，固定化微生物技术因其特有的优势，引起广泛的关注。固定化生物技术开始迅速发展，并已取得了阶段性的成果。此项技术在处理含重金属离子废水、含氮废水、含难降解有机废水的处理等方面都得到了很好的应用。 3.1固定化微生物技术在印染废水中的应用 印染、造纸废水的水量大，污染物质也比较复杂，是比较难处理的工业废水。采用固定化微生物工艺，对混凝沉淀后退浆工序的印染废水进行了现场中试处理研究。实验结果表明，在水力停留时间（HRT）为20h的条件下，对于进水化学需氧量（CODCr）为1.0耀1.2g/L 的退浆废水，经过两级水解酸化、两级好氧处理后，其出水CODCr约100mg/L，达到国家一级排放标准。其中，水解酸化阶段的HRT为10h，CODCr复合1.7kg/（d·m3），去除率为44%；好氧阶段HRT为10h，CODCr复合1.9kg/(d·m3)，去除率为83%。 3.2含重金属离子废水的处理 重金属污染对生物的影响越来越严重，由于固定化后的微生物，稳定性能好，抗毒性强，因此被广泛用于去除废水中的重金属离子。李杰[2]等人采用固定化微生物SBR反应器和普通活性污泥SBR反应器处理投加了Cr6+的生活污水，考察了固定化微生物去除COD及 Cr6+的能力及抗毒性。结果表明：在保证对COD的去除率较稳定的条件下，固定化微生物与普通活性污泥所能承受的Cr6+浓度分别为 70mg/L和1.9mg/L。利用聚丙烯酰胺与壳聚糖形成的互融聚合物网络凝胶固定非活性的铜绿假单胞菌，研究了这种固定化微生物颗粒对Cu2+的吸附特性。结果表明，该固定化微生物对Cu2+的吸附很迅速，在40min内吸附基本达到平衡。 3.3含氮废水的处理 微生物去除氮和氨，一般是通过好氧微生物的硝化反应过程。和厌氧微生物的反硝化反应过程。吕志刚[4]等人采用聚乙烯醇（PVA）为载体的包埋固定化微生物处理低浓度氨氮絮凝余水，在HRT为3h之内从地表水环境质量V类水标准以外达到了I类水标准，在较短的水力停留时间成功实现了氨氮的去除。以竹炭为载体，将硝化菌、反硝化菌等微生物固定在竹炭上，研究竹炭固定化微生物对氨氮的去除及影响因素。结果表明：竹炭固定化微生物处理氨氮水样存在竹炭吸附和微生物脱氮两种作用。对于初始氨氮质量浓度臆200mg·L-1的水样，调节水样pH为8，控制水样溶解氧质量浓度为1mg·L-1左右，竹炭固定化微生物系统中可发生同时硝化—反硝化作用，氨氮去除率可达70%以上。 3.4酚类及醇类废水的处理 采用聚乙烯醇（PVA）—硼酸法制作固定化活性污泥小球，从温度、浓度和pH3方面比较了固定化活性污泥和游离活性污泥对氯苯酚降解效果的影响。研究表明：固定化活性污泥降解对氯苯酚的最适宜温度为25益耀35益，最适pH为6耀8；固定化活性污泥对氯苯酚的降解速度大于游离活性污泥。以苯酚模拟废水为研究对象，采用苯酚驯化后的优势菌群，利用竹炭作为载体，用竹炭固定化微生物处理含酚废水。实验表明，在苯酚浓度为40mg/L低浓度废水，在投菌量为100mL/10g竹炭，竹炭量为10g/100mL污水的条件下经5h处理后，苯酚和COD的去除率分别为95%和70%。 4固定化微生物技术的未来发展趋势 固定化微生物技术目前在我国的环境工程的建设中发挥着重要作用，其应用范围广，利用效率高。但仍然存在一些需要改进的问题，如加以完善，则对于我国环境工程的建设起到推波助澜的作用。 4.1固定化的微生物不是可以一直使用的，其都有一定退化的区间 微生物是固定化技术的主体。就目前来说，微生物的价格很贵，加之其有一定的使用寿命，这就导致更换微生物的频率增加，大大的增加了环境工程建设过程中的费用支出。因此，我们对固定化的微生物进行研发时，应该加大对比较稳定的微生物进行研发，降低环境工程建设的成本。 4.2因固定化细胞的稳定性能不高 我们应该加大对细胞稳定性能的分析和研究，提高固定化技术的性能和处理效率。提高固定化细胞的稳定性，有利于抑制污染物细菌

固定化微生物技术

固定化微生物技术及其在污水处理中的应用 前言：固定化微生物技术是20世纪70年代在固定化酶技术的基础上上发展起来的。固定化微生物技术是指用物理或化学方法将游离微生物细胞、动植物细胞、细胞器或酶限制或定位在某一特定空间范围内，保留其固有的催化活性，并能被重复和连续使用技术[1]。，固定化微生物技术的本质是采用生物活性高分子载体固定、诱导和驯化出难降解有机物有特异性的特殊菌群，使微生物依据有机物的降解速度和次序分级排列，实现难降解有机物的高效去除；加之载体的高分子效应的影响，创造出适宜微生物生存的微环境，提高微生物的耐受性。该技术的应用，为污水处理提供了一条新的技术途径，具有广阔的应用前景。 1、微生物固定化方法 固定化微生物技术的方法分类多种多样，目前在国内外尚无一个统一的分类标准。固定化微生物的制备方法大致可以分为包埋法、吸附法、共价结合法和交联法[ 2] 以及新近发展的无载体固定化方法[ 3] 。 1.1包埋法 包埋法是将微生物限定在凝胶的微小格子或微胶囊等有限空间内,同时能让基质渗入和产物扩散出来。凝胶聚合物的网络可以阻止细胞的泄漏,同时能让底物渗入和产物扩散出来。包埋法对微生物活性影响小、颗粒强度高,是目前制备固定化微生物最常用、研究最广泛的固定化方法[4]。 1.2吸附法 吸附法在固定化微生物技术处理污水中是研究最早、应用较广泛、技术也较成熟的方法。在大多数生物膜反应器启动的早期，所应用的都是吸附法的原理。固定化微生物方法可分为物理吸附和离子吸附两类[5]。该方法操作简单,微生物固定过程对细胞活性的影响小,条件温和。但这种方法结合的细胞数量有限,反应稳定性和重复性差,所固定的微生物数目受所用载体的种类及其表面积的限制[6]，同时微生物与载体之间吸附强度也不够牢固，故载体的选择是关键。 1.3 共价结合法 共价结合法是利用微生物细胞表面功能团与固相载体表面基团之间形成化学共价键相连来固定细胞, 因此结合紧密, 稳定性好, 但是基团结合时反应激烈, 操作复杂、难控制。 1.4 交联法 交联法是通过微生物与具有两个或两个以上的官能基团的试剂反应，使微生物菌体相互连接成网状结构，而达到固定微生物的目的[7]。使用该方法,微生物细胞间的结合强度高,稳定性好,经得起温度和pH 值等的剧烈变化。但是由于在形成共价键的过程中，往往会对微生物细胞的活性造成较大的影响，而且适用于此类固定化的交联剂大多比较昂贵，因而其在应用中受到一定的限制。

污水处理微生物与载体自固定化技术

污水处理微生物与载体自固定化技术 一、技术概述 该技术采用先进的微生物与载体自固定化技术，将生物菌群固定在载体中，可对有机物、氮、磷等污染物同步去除。载体微生物负载量最高可达40g/L，容积负荷最高可达16kgBOD5/m3d。CODCr去除率90%，氨氮去除率95%；出水水质达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级A标。曝气生物流化池可休眠，启动迅速。日处理5000m3的工程总投资约135万元，吨水运行成本约为0.68元。 二、技术优势 （1）充分利用原水中的碳源进行好氧反应，对于生活污水不需另加碳源。 （2）采用小池结构，布置灵活，可逐级串联，对污水中的污染物进行分级深度处理；采用微生物与载体自固定化技术，提高载体的流化性能，能与污水进行充分接触，提高处理效果，使出水稳定并达到设计要求。 （3）采用自主研发的JHE型生物载体，可提高生物负载量。 （4）全程采用自动化控制技术，提高自控水平，便于管理。 （5）可在进水的情况下进行系统维护及检修。 三、适用范围 分散式生活污水处理、中型污水厂提标改造等。 四、基本原理 曝气生物流化池（简称ABFT）内有上下拦截网将载体限制在载体区，并利用好氧及厌氧微生物的高效固定化技术附着于载体上，进行好氧及厌氧反应，通过硝化及反硝化作用对水中的污染物质进行去除。 五、工艺流程 污水通过人工隔栅将比较大的悬浮物隔离后，由阀门控制直接进入六组并联的ABFT 生化系统，出水端采用穿孔管集中出水，经ABFT生化处理完成后直接进入清水池，用泵提升至蓄水池后作为体育公园所需的回用水，六组ABFT生化系统可根据实际需要来控制单独使用，最大限度的降低运行成本。

固定化高效微生物技术

固定化高效微生物技术 一、基本原理 固定化高效微生物技术（G-BAF）是将固定化微生物技术与传统生物滤池工艺有机结合，并吸收二者的优点，使其成功应用于高氨氮、高COD、高毒性废水的处理。G-BAF技术吸收了传统生物滤池（BAF）的优势，针对传统生物滤池水头损失大，反冲洗频繁，运行控制较为复杂的缺陷，研制大孔网状功能化悬浮载体，大幅度降低了水头损失，不用反冲洗，优化和简化了运行控制的复杂程度；同时将高效微生物和固定化技术相结合，创造厌氧-兼氧-好氧集成微环境，形成有利于脱氮菌群的微环境，选择性地筛选脱氮优势菌并将之固定化于比表面大、生物相容性好、亲水性强和机械性能优良的高分子载体，可使高活性脱氮菌成为优势菌群，提高微生物对游离氨毒性的耐受性，促进同步硝化反硝化。 二、工艺流程 在G-BAF中投加占曝气池有效容积50-60%的大孔生物载体，将高效微生物固定其上。结合生物滤池工艺，通过接种不同高效菌种，根据废水水质特点和污染物中有机物的具体组分，使各种特异性微生物依据污染物的降解次序顺序排列。微生物在反应器中呈现分级和分群现象，各种微生物处于一个相对稳定和适宜的大环境中，为降解各种污染物创造了较为优化的条件，可有效提高目标污染物的降解效果。G-BAF系统在运行过程中，空气上升时与载体中的大孔反复多次碰撞、切割，并被好氧微生物快速吸收反应，从而提高了空气的利用率。随着氧气的碰撞、切割和吸收反应，进入载体内部的氧气逐渐减少直至氧气消耗完毕，这样使每一个载体内部生成良好的缺氧区、兼氧区和好氧区，使得载体的内部形成无数个微型的硝化和反硝化反应器，因而可在同一个反应器中同时发生氨氧化、硝化和反硝化联合作用，有力的保证了氨氮的高效去除和总氮的消减，同时节约反硝化脱氮所需的碱度和有机物。 工艺流程首先根据污水进水水质情况，确定是否对进水进行初步处理，一般处理方式有过滤、沉淀等。初步处理后的污水由提升泵提升进入G-BAF池进行生物处理，根据水质情况确定投加碳源和曝气量。由于固定化微生物具有过滤作用，因此可省去二次沉淀池，生物处理后出水可直接排放。 三、关键技术

一种用于固定化微生物技术的PVA凝胶小球的制备

Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2019, 9(1), 34-37 Published Online February 2019 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/036025471.html,/journal/aep https://https://www.wendangku.net/doc/036025471.html,/10.12677/aep.2019.91006 The Invention of PVA-Gel Beads for Immobilized Microorganism Technology Shixiang Li, Zhe Zhao*, Junkun Huang, Shuqian Yang, Liu Cao, Bin Zhao School of Resources and Materials, North Eastern University of Qinhuangdao, Qinhuangdao Hebei Received: Jan. 7th, 2019; accepted: Feb. 6th, 2019; published: Feb. 13th, 2019 Abstract Immobilized microorganism technology is a new and efficient wastewater treatment technology. It adds vitality to the application of microorganisms. The selection of microbial carrier material de-termines the application efficiency of immobilized microorganism technology. PVA-gel beads are characterized by high stability and low cost among many carrier materials. Also it has been used in many wastewater treatment projects. This text produces the process of preparing gel pellets by PVA-boric acid chemical cross-linking. In this experiment, we used the mixed solution with a PVA concentration of 7% and sodium alginate concentration of 1%. The mixed solution was dropped into the standard boric acid solution containing 2% anhydrous calcium chloride cross-linking agent and cross-linked for 3 h. The gel pellets were obtained by cold storage after running-washing and had good bacterial adsorption performance. Keywords Immobilized Microorganism Technology, PVA, Gel Bead, The Preparation Process 一种用于固定化微生物技术的PVA凝胶小球的制备 李诗香，赵喆*，黄俊坤，杨书乾，曹鎏，赵斌 东北大学秦皇岛分校，资源与材料学院，河北秦皇岛 收稿日期：2019年1月7日；录用日期：2019年2月6日；发布日期：2019年2月13日 *通讯作者。

固定化微生物技术及其在污染土壤修复中的应用_司友斌

土 壤(Soils), 2007, 39 (5): 673~676 固定化微生物技术及其在污染土壤修复中的应用① 司友斌， 彭 军 （安徽农业大学资源与环境学院，合肥 230036） 摘要：固定化微生物技术是一种新的生物处理技术，与普通生物处理法相比有许多优点。本文对固定化微生物的制备方法、固定化微生物的载体、固定化微生物的反应特性以及固定化微生物技术在污染土壤治理中的应用和研究进展状况进行了综述，并对其今后的发展方向作了探讨。 关键词：固定化微生物；载体；土壤修复 中图分类号： S154.3 固定化微生物技术是20世纪60年代由生物化工中的固定化酶技术发展起来的生物处理技术[1, 2]。所谓固定化技术，是指利用物理或化学手段将游离的微生物或酶，定位于限定的空间区域并使其保持活性和可反复使用的一种基本技术[3]。与其他应用游离微生物的过程相比，固定化微生物技术可以使微生物在某一固定区域具有较高的密度，减轻或消除微生物的流失，提高反应速度，同时便于培养优势微生物种群，提高处理过程的稳定性，减少或消除副反应的发生，便于控制处理过程[4-6]。目前，固定化微生物技术已成为国内外生物科学、环境科学及其相关学科的研究重点。 1 固定化微生物的制备方法 固定化微生物的制备方法多种多样，任何一种限制细胞自由流动的技术，都可以用于制备固定化细胞。一般来说，大致可以分成吸附法、包埋法、共价结合法和交联法等4大类[7-10]，其中吸附法与包埋法最为常用。 1.1 吸附法 吸附法是利用微生物所具有的可吸附到固体物质表面或其他细胞表面的能力，将微生物吸附在附加剂表面的方法，这是一种非常廉价和有效的微生物固定化方法。吸附法可分为物理吸附和离子吸附。物理吸附是使用具有高吸附能力的物质，如硅胶、活性炭、多孔玻璃、石英砂、纤维素、硅藻土、多孔砖等吸附剂，将微生物吸附在表面使其固定化。离子吸附是利用微生物在解离状态下离子健合作用而固定于带有相反电荷的离子交换剂上，常见的离子交换剂有DEAE-纤维素、CM-纤维素等。吸附法实现简单，操作容易，反应条件温和，对微生物活性影响小，载体可重复使用，但微生物与载体的结合力较弱，稳定性差，微生物菌体易脱落。 1.2 包埋法 包埋法是使微生物细胞扩散进入多孔性载体内部，或利用高聚物在形成凝胶时将细胞包裹在网格结构中或半透性聚合薄膜内，小分子的底物和产物可以自由扩散，而细胞却不会扩散到周围介质中去。包埋法又可分为高分子合成包埋、离子网络包埋及沉淀包埋，是目前研究最广泛的固定化方法。 包埋法操作简单，对微生物活性影响小，制作的固定化微生物小球的强度高，但包埋材料会一定程度阻碍底物和氧扩散，并对大分子底物不适用。 1.3 共价结合法 共价结合法是微生物细胞表面上的功能团和固相支持物表面的反应基团之间形成化学共价键连接，从而形成固定化微生物。 该法细胞与载体之间的连接键很牢固，使用过程中不会发生脱落，稳定性好，但反应条件激烈，操作复杂，控制条件苛刻。利用此法制备的固定化微生物，细胞大多死亡。 1.4 交联法 交联法是利用两个功能团以上的试剂直接与微生物细胞表面的反应基团如氨基、羟基等进行交联，形成共价键来固定微生物。常用的交联剂有戌二醛、甲苯二异氰酸酯等。 此法化学反应条件剧烈，对细胞活性影响大，实际常与其他方法结合。聚集-交联固定法是使用凝聚剂 ①基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）项目（2006AA06Z356）、安徽省科技攻关计划项目（0701*******）和安徽省优秀青年科技基金项目（06041082）资助。 作者简介：司友斌（1968─），男，安徽巢湖人，博士，教授，主要从事环境污染物生物修复方面的研究。E-mail: ybsi2002@https://www.wendangku.net/doc/036025471.html,

固定化微生物技术在废水处理中的应用研究进展

第34卷第6期2009年6月环境科学与管理 ENV IRONM ENTAL SCIENCE AND M ANAG EM ENT Vol 134N o 16 J une 2009 收稿日期:2009-02-13 作者简介:肖亦(1981-),男,江苏泰兴人,硕士研究生,工程师,主要 从事环境监测、评价、研究分析工作。 通讯联系人:肖亦 文章编号:1674-6139(2009)06-0082-03 固定化微生物技术在废水处理中的应用研究进展 肖亦1 ,钟飞2 ,潘献晓 3 (1.泰兴市环境监测站,江苏泰兴225400;2.沙市大学化学工程系,湖北荆州434000; 3.南京化工职业技术学院应用化学系,江苏南京210048) 摘 要:固定化微生物技术是一种有效的废水生物处理技术,与一般生物处理法相比具有微生物密度高、反应速度快、耐毒害能力强、微生物流失少、产物分离容易、处理设备小型化等优点。对固定化微生物技术、微生物 的固定化方法(包埋法、吸附法、共价结合法和交联法)、固定化载体的性能(压缩强度、耐曝气强度、扩散系数、耐生物分解性、对生物毒性、固定的难易、成本)及固定化技术在难降解有机污染物废水,含氨氮、重金属、农药、印染废水处理中的应用及研究进展状况进行了综述。关键词:固定化微生物;废水处理;研究进展中图分类号:X703.1文献标识码:A R esearch Advances i n App licati ons of Immobilized M i croorgan i s m Technol ogy on W aste water Treat m ent X iao Y i 1 ,Zhong Fei 2 ,Pan X ianxiao 3 (1.Tai x i ng E nv i ron mentalMon itori ng Station ,T ai xi ng 225400,Ch i na ; 2.Che m ical Eng i neeri ng D e part m en,t Shash iUn iversit y ,Ji ngz hou 434000,Ch i na ; 3.Depart m ent ofApp lied Che m i stry ,Nan jing Che m i cal Che m istr y Co llege ,N an ji ng 210048,Ch i na) A b stract :I m mob iliz ed m icr oor ganis m was an ef f ecti ve b iol ogical waste water treat me n t tec hnol ogy .It ha d many adva n ta ges tha n co mmon b iol og i cal tr eat m e n ts ,such as h igherm icro b ial density ,f aster r esponse ,str onger ab ility f or r esistance t o poison ,f e 2werm i cro-organ i s ms l oss ,eas i er se par ati on of t he produc,t eas i erm i n m i iz ati on of t he pr ocess i ng equ i p m e n.t Th i s paper su mma 2ri ze d the stud ies on the app li cati on of m i mob iliz ed m i cr oor ga n is m tec hnol ogy i n waste water treat men,t i ncl ud i ng the tec hnol ogy of m i mob iliz ed m i croor gan is m ,them ethods of m i mobili zatio n ofm icroorgan i s m ,t he capa b ility of the m i mob iliz ed carriers ,a nd t he technology of m i mob iliz ati on f or har d to degrade waste water . K ey words :m i mob ili ze d m icroorgan i s m ;waste water treat m en;t r esearch adva n ces 固定化微生物技术是用化学或物理的手段将游离细胞定位于限定的空间区域,并使其保持活性反复利用的方法,是六十年代发展起来的新兴生物技术。它以其独特的优点应用于废水的处理,近年来一直是国内外学者研究的热点之一,同时也获得了 令人鼓舞的研究成果。研究和应用表明[1] ,固定化微生物技术具有微生物密度高、反应速度快、耐毒害能力强、微生物流失少、产物分离容易、处理设备小型化等优点。因此,该技术有着远大的应用潜力和 发展前景。 1 固定化法 国内外不同的研究工作者对固定化法采用不同 的分类方法,目前较合理的固定法大致有包埋法、吸附法、共价结合法和交联法四大类,其中以包埋法最 为常用[2-4] 。1.1 包埋法 包埋法是用物理方法将微生物细胞包埋在凝胶的微小空格内或埋于半透膜聚合物的超滤膜内。根据载体材料和方法的不同,包埋法可分为凝胶包埋法和半透膜包埋法两种。凝胶包埋法是将细胞包埋在各种凝胶内部的微孔中而使细胞固定的方法;半透膜包埋法是将细胞包埋在由各种高分子聚合物制 # 82#