"摘要 固定化細胞是建立在固定化酶技術基礎的一項新技術，它的應用范圍很廣，從傳統的發酵工藝到污水處理系統工藝，本文主要介紹了固定化細胞技術的方法、特點、優點及其在污水處理方面的應用。
關鍵詞 固定化細胞技術;污水處理;固定化方法;
1 ?固定化技術
固定化生物技術是從20世紀60年代開始迅速發展的一項新技術,它是利用化學的或物理的手段將游離細胞或酶定位于限定的空間區域以提高微生物的濃度,并使之不懸浮于水仍保持生物活性,并可反復利用[1]。在水處理中采用固定化細胞技術，有利于提高生物反應器內的微生物濃度，增強廢水處理能力，克服了普通生物處理生物細胞太小，與水溶液分離較難 ，污泥膨脹，易造成二次污染等缺點，具有高容積負荷 ，高效率，抗沖擊能力強，穩定性強，污泥產量少，固液分離效果好，運行穩定等優點[2]。并且隨著水污染的加重，固定化細胞技術得到廣泛應用，成為各國學者研究的熱點[2]。
1·1 固定化細胞的制備
固定化細胞的制備方法很多, 目前國內外還沒有統一的分類標準。理想的制備方法應具有的優點[3]:
（1)能夠控制固定化細胞顆粒的大小和孔隙度,固定化方法簡便易行；
（2)固定化所使用的材料價廉易得,成本盡量低；
（3）固定化系統具有穩定的網狀結構、良好的機械穩定性和化學穩定性；
（4)固定化系統能使底物、產物和其他代謝產物自由擴散；
（5)單位體積的固定化系統擁有盡可能多的細胞,以更好地起到生物催化作用。
針對有機污水處理問題，固定細胞的制備方式也是多種多樣。常用的固定方法有吸附法、包埋法、交聯法和共價結合法。附表一是幾種固定化細胞制備方法有缺點的比較[4]。
1·2 固定化細胞載體
從制備方法可以知道,固定化細胞技術的關鍵在于所采用的固定化載體材料的性能。適用于廢水處理的理想固定化細胞載體應具備以下特點[5]:
1)對微生物無毒性；
2)傳質性能好；
3)性質穩定,不易被生物分解；
4)強度高、壽命長；
5)細胞的固定化操作容易；
6)水不溶性；
7)價格低廉等。
就目前在固定化細胞技術中所使用的載體材料而言,主要分為三大類:有機高分子載體、無機載體和復合載體[5]。
附表二給出了幾種固定化細胞有機載體的性能比較。
無機載體(如陶珠、活性炭、砂粒等)大多具有多孔結構,與微生物接觸時利用吸附和電荷效應把微生物固定,具有機械強度大、對微生物無毒性、不易被微生物分解、耐酸堿、成本低、壽命長等特性,且制作簡單易行,只需把載體放入含有微生物一定濃度的溶液中浸泡一段時間即可,因而是一類重要的載體材料[5]。
復合載體是由有機載體材料和無機載體材料結合而成,使兩類材料在許多性能上互補。Lin等利用海藻酸鈣聯合包埋固定可以分解五氯酚(PCP)中間產物的真菌細胞和粉末活性炭用于降解PCP,結果表明:復合固定化體系能更加有效地降解PCP,顯示出復合載體材料的優越性[6]。
1.3固定化細胞的方法[7]
? ?吸附法又叫載體結合法,是依據帶電的微生物細胞和載體之間的靜電、表面張力和黏附力的作用,而使微生物細胞固定在載體表面和內部形成生物膜的方法,可分為物理吸附法和離子吸附法兩種。此法較為簡便,活力損失小,但細胞與載體作用力小,易脫落。
包埋法是將微生物細胞包埋在凝膠的微小空格內或埋于半透膜聚合物的超濾膜內。根據載體材料和方法的不同,包埋法可分為凝膠包埋法和半透膜包埋法兩種。凝膠包埋法是將細胞包埋在各種凝膠內部的微孔中而使細胞固定的方法;半透膜包埋法是將細胞包埋在由各種高分子聚合物制成的小球內而使細胞固定的方法。此法簡單,條件溫和,穩定性好,包埋細胞容量高。
共價結合法是細胞表面上功能團和固相支持物表面的反應基團之間形成化學共價鍵連接,從而成為固定化細胞。此法的優點是細胞與載體結合緊密,不易脫落,但制備較難,且活力損失較大。
交聯法是利用雙功能或多功能試劑,直接與細胞表面的反應基團(如氨基酸、羥基、硫基、咪唑基)發生反應,使其彼此交聯形成網狀結構的固定化細胞,其結合力是共價鍵。此法制備麻煩,活力損失較大,但細胞與載體結合較緊。
2.固定化細胞在污水處理的應用
21世紀，無論是農業還是工業，城市生活還是鄉鎮生活，環境污染問題越來越明顯，污水更是一個嚴峻的問題。過去的化學、物理污水處理都不很很理想，物理處理方法不徹底，化學處理方法會造成二次污染等問題，迫使人們逐漸把目光轉移到生物處理方面。生物處理方法中微生物處理是高效、快速處理污水的的方法之一。由于微生物在自然狀態下濃度不是很高，處理效果不是很好，所以采用固定化方法，可以增加微生物的濃度，提高污水處理的效率。
2.1 固定化細胞在含氮污水處理的應用
生物除氮工藝主要是利用微生物硝化反硝化的原理，用硝化細菌、反硝化細菌進行含氮廢水處理，以達到降低水體中氮含量的目的。曹國民[8]等利用硝化菌和反硝化菌混合固定的方法，研究了好氧條件下同時進行硝化和反硝化作用的單級生物脫氮技術.結果表明，反硝化菌被固定后，在好氧條件下仍具有反硝化功能硝化菌和反硝化菌被混合固定后，可以在好氧條件下同時進行硝化和反硝化作用，
并且其氨氧化速率約為硝化菌單獨固定時的1.4倍.硝化菌和反硝化菌混合固定構成的單級生物脫氮系統其脫氮速率是分別固定構成的單級生物脫氮系統的2.6倍。李峰[9]等對序批式反應器中采用固定化細胞技術處理某化肥廠氨氮廢水的應用問題進行了研究，發現CODCr去除率達92·66%,NH3-N去除率達99·7%以上,總氮去除率達40·54%。
2.2 固定化細胞在含酚廢水處理的應用
宋昊[10]等用海藻酸鈉作為載體將一株降酚菌株進行固定化包埋。利用正交實驗確定了該菌株固定化細胞制備的最優條件。研究表明,該降酚菌株的固定化細胞對苯酚的降解能力和耐受能力均大于游離細胞。該菌株的固定化細胞對廢水中的COD也具有良好的降解效果。何澤超[11]等將活性污泥中馴化分離出的對苯酚具有較強降解能力的菌株,用海藻酸鈉進行固定化包埋。采用正交實驗,確定了制備該菌株固定化細胞的條件。進一步研究表明:該降酚菌株的固定化細胞對苯酚的耐受能力和降解速度均優于游離細胞,經48 h可將1650 mg/L以下的苯酚完全降解。
2.3 固定化細胞在甲醇廢水處理的應用
甲醇廢水廣泛存在于人造纖維、制藥、石油化工、林業化工及硫酸鹽紙漿化工廢
水中。利用固定化細胞技術處理這種廢水,可以保持反應器內的較高生物量,具有運行啟動快、處理效率高、操作穩定等特點朱文芳[12]等在實驗室小試的基礎上,進行采用固定化細胞技術處理低濃度甲醇廢水的現場中試研究。工程菌經固定化后,觀察其實際運行狀況。試驗結果表明:pH在7~8.5,水力停留時間(HRT)為32 min,水溫在25~35℃,甲醇質量濃度保持在25~35 mg/L等條件下,以甲醇為主的CODCr去除率可達70%以上,出水經樹脂床處理后,可回用于高壓鍋爐用水。通過固定化技術對低濃度甲醇廢水處理,不但節約了水資源,而且減少了對水環境的污染。
3.總結
生物固定化技術以其獨特的優點引起了人們的普遍關注，在污染物排放標準比較嚴格而單純依靠傳統處理難以達標的情況下，生物固定法成為有效輔助方法。固定化細胞技術在廢水處理領域中具有獨特的優越性和巨大的潛力。它具有效率高、穩定性強、耐負荷、產污泥量少等優勢。通過不斷的研究和改進，固定化細胞技術在廢水治理領域中將會成為一項高效而實用的廢水處理技術，并獲得廣泛的應用[13-15]。
4.參考文獻
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