對固定化微生物技術(shù)處理含油廢水的研究

王璐瑤WANG Lu-yao

（西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，西安 710127）

（College of Urban and Environmental Science，Northwest University，Xi'an 710127，China）

0 引言

微生物的固定化是生物細胞適應(yīng)環(huán)境的一種反應(yīng)。固定化技術(shù)是運用物理、化學(xué)手段將游離細胞或酶固定在特定空間區(qū)域內(nèi)，從而實現(xiàn)保持原有活性并可循環(huán)利用的一種基本技術(shù)。固定化以后的微生物顯著提高了其抵御有毒物質(zhì)以及降解有機物的能力。微生物固定化方法具有生物負荷量高、細胞不易流失、對不利環(huán)境耐受能力強、生物穩(wěn)定性高、保存和使用方便等優(yōu)點[4]，是一種高效率、低能耗、易操作管理且有廣闊前景的污染治理技術(shù)。

微生物固定化技術(shù)治理廢水與其他方法的不同之處在于其具有以下五種特點：微生物固定化后提高了其對有毒物質(zhì)的承受能力及穩(wěn)定性；微生物固定化后保證了反應(yīng)器中具有高濃度、高活性的微生物，使得污染物去除效率提高；微生物固定化后形成分離的顆粒有利于污泥的沉淀；固定化微生物技術(shù)工藝處理污水后，污泥產(chǎn)量小，后續(xù)污泥處置負擔可降低；可以固定一些難降解物質(zhì)從而有效處理特定行業(yè)產(chǎn)生的廢水。

近年來，眾多學(xué)者對微生物固定化技術(shù)進行了更深入的研究，隨著該項技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其已成為廢水處理的主要技術(shù)之一。現(xiàn)今石油生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，也使得石油加工的諸多過程中廢水產(chǎn)量增加，另外，隨著金屬工業(yè)以及其他工業(yè)如食品工業(yè)、紡織工業(yè)的迅猛發(fā)展，其所排放的含油廢水也不容忽視，因此，對含油廢水的處理顯得尤為關(guān)鍵。

1 微生物固定化介紹

固定化載體可以分為無機載體、天然有機載體、合成高分子載體和復(fù)合載體四類。目前，常用的天然有機載體為海藻酸鈉。在今后的發(fā)展中復(fù)合載體可能將會隨著技術(shù)的發(fā)展而逐漸占據(jù)主體地位，因為復(fù)合載體是由有機載體和無機載體組合從而優(yōu)化其功能的載體，在實際應(yīng)用中，我們可以根據(jù)不同的實際狀況，結(jié)合不同材料固定化載體的特點進行組合，復(fù)合出最優(yōu)化的固定化載體，從而保證其傳質(zhì)效率和機械強度，并且延長其使用壽命，節(jié)約成本。

目前經(jīng)常采用的生物固定化方法主要有：吸附法、包埋法、交聯(lián)法、共價結(jié)合法、無載體固定法。

2 微生物固定化在處理含油廢水中的研究成果

2.1 國內(nèi)研究進展 陶虎春[1]等人研究了使用聚乙烯醇（PVA）在核桃殼粒上固定除油菌群這一固定化方法的除油效果。結(jié)果表明采用PVA 包埋核桃殼粒固定菌群去除含油廢水效果良好。運行36h 后，除油率可達60.58%，48h 可達84.85%，60h 高達90.93%。田艷敏[2]分別采用聚乙烯醇和海藻酸鈉包埋法對產(chǎn)表面活性劑菌Bbai-1 進行包埋固定，通過對比實驗，確定了最佳的包埋載體和最佳條件，并證明該方法使油類物質(zhì)的去除率明顯提高。邵娟[3]等人用秸稈做載體固定嗜堿芽孢桿菌（Bacillus alcalophilusSG）降解原油，油類物質(zhì)去除率可達73.88%，高于只投加菌液或者菌液與秸稈的混合物的油類物質(zhì)去除率。

2.2 國外研究進展 Anal Chavan[4]等人將石油降解菌，洋蔥伯克霍爾德氏菌(Burkholderia cepacia)和耐油的光能自養(yǎng)微生物聯(lián)合菌運用于生物轉(zhuǎn)盤工藝中，處理高濃度含柴油有機廢水，在HRT 為21h 的條件下持續(xù)運作，出水剩余柴油量僅為0.003%。Alejandro R.Gentili[5]等人在實驗室研究規(guī)模上研究了由蝦廢棄物作為烴類物質(zhì)降解菌株的載體材料，從而進行了固定化烴降解菌株對原油污染的海水生物修復(fù)的潛力測試。從15 天的原油去除率來看，固定化降解菌株對原油污染的處理是最成功的。

3 固定化微生物法的發(fā)展趨勢

3.1 微生物對原油組分的降解具有一定的選擇性，而現(xiàn)有的大多數(shù)固定化技術(shù)都只是將某種單一功能強的微生物進行固定化處理。在實際中，通常所需處理體系的成分復(fù)雜，單一的微生物處理很難達到理想效果，因此還需嘗試將多種相互促進的菌種混合固定化，以實現(xiàn)最大的降解。對于同類型的油類物質(zhì)污染，應(yīng)有針對性地選擇適合的微生物，從而構(gòu)建復(fù)合菌群來提高降解效果。

3.2 目前所用的載體材料成本高且壽命短，限制了該技術(shù)在實際中的應(yīng)用。因此，尋求新型的低成本、環(huán)境友好型載體或?qū)ΜF(xiàn)有載體進行改良來獲得綜合性能優(yōu)良的固定化載體，是將固定化技術(shù)實現(xiàn)工業(yè)化的一個最基本的問題。

3.3 經(jīng)過固定化的微生物其反應(yīng)特性可能發(fā)生變化，主要包括微生物穩(wěn)定性或活性的變化、氧和底物傳質(zhì)速率的變化，因此還需深入研究固定化微生物制備的影響因素以及固定化微生物降解油類物質(zhì)的作用機理。

3.4 開發(fā)固定化微生物的制備裝置以及相應(yīng)的處理工藝，最終實現(xiàn)固定化微生物技術(shù)的工程應(yīng)用。

3.5 將固定化技術(shù)工業(yè)化的關(guān)鍵是提高固定化顆粒的抗沖擊性，另外各種載體的可再生性是降低成本、提高經(jīng)濟效益的有效途徑，有待進一步研究。

4 小結(jié)

現(xiàn)階段對于微生物固定化技術(shù)處理含油廢水大多還處于實驗室研究階段，由于受到成本、技術(shù)的限制，在工程中的應(yīng)用還很少見。但基于該方法在廢水處理中的獨特優(yōu)勢，隨著研究的進一步深入和發(fā)展，和對國外的先進技術(shù)的積極學(xué)習(xí)，在今后的發(fā)展中，微生物固定化技術(shù)向著更經(jīng)濟、更高效、更多功能的方向發(fā)展。

[1]陶虎春，賈德利，陸洪宇，等.聚乙烯醇核桃殼復(fù)合固定菌群的除油效能研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，36（4）：455-458.

[2]田艷敏.產(chǎn)表面活性劑菌Bbai-1 包埋固定化及其在含油污水處理中的應(yīng)用[D].中國海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012-6-2.

[3]邵娟，尹華，彭輝，等.秸稈固定化石油降解菌降解原油的初步研究[J].環(huán)境污染與防治，2006，28（8）：565-567.

[4]Anal Chavan，Suparna Mukherji.Treatment of hydrocarbonrich wastewater using oil degrading bacteria and phototrophic microorganisms in rotating biological contactor:Effect of N:P ratio[J].Journal of Hazardous Materials，2008，154（1-3）：63-72.

[5]Alejandro R.Gentili，María A.Cubitto，Marcela Ferrero，et al.Bioremediation of crude oil polluted seawater by a hydrocarbondegrading bacterial strain immobilized on chitin and chitosan flakes[J].Int-ernational Biodeterioration &Biodegradation，2006，57（4）：222-228.