对固定化微生物技术处理含油废水的研究

王璐瑶WANG Lu-yao

（西北大学城市与环境学院，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细胞适应环境的一种反应。固定化技术是运用物理、化学手段将游离细胞或酶固定在特定空间区域内，从而实现保持原有活性并可循环利用的一种基本技术。固定化以后的微生物显著提高了其抵御有毒物质以及降解有机物的能力。微生物固定化方法具有生物负荷量高、细胞不易流失、对不利环境耐受能力强、生物稳定性高、保存和使用方便等优点[4]，是一种高效率、低能耗、易操作管理且有广阔前景的污染治理技术。

微生物固定化技术治理废水与其他方法的不同之处在于其具有以下五种特点：微生物固定化后提高了其对有毒物质的承受能力及稳定性；微生物固定化后保证了反应器中具有高浓度、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离的颗粒有利于污泥的沉淀；固定化微生物技术工艺处理污水后，污泥产量小，后续污泥处置负担可降低；可以固定一些难降解物质从而有效处理特定行业产生的废水。

近年来，众多学者对微生物固定化技术进行了更深入的研究，随着该项技术的广泛应用，其已成为废水处理的主要技术之一。现今石油生产规模不断扩大，也使得石油加工的诸多过程中废水产量增加，另外，随着金属工业以及其他工业如食品工业、纺织工业的迅猛发展，其所排放的含油废水也不容忽视，因此，对含油废水的处理显得尤为关键。

1 微生物固定化介绍

固定化载体可以分为无机载体、天然有机载体、合成高分子载体和复合载体四类。目前，常用的天然有机载体为海藻酸钠。在今后的发展中复合载体可能将会随着技术的发展而逐渐占据主体地位，因为复合载体是由有机载体和无机载体组合从而优化其功能的载体，在实际应用中，我们可以根据不同的实际状况，结合不同材料固定化载体的特点进行组合，复合出最优化的固定化载体，从而保证其传质效率和机械强度，并且延长其使用寿命，节约成本。

目前经常采用的生物固定化方法主要有：吸附法、包埋法、交联法、共价结合法、无载体固定法。

2 微生物固定化在处理含油废水中的研究成果

2.1 国内研究进展 陶虎春[1]等人研究了使用聚乙烯醇（PVA）在核桃壳粒上固定除油菌群这一固定化方法的除油效果。结果表明采用PVA 包埋核桃壳粒固定菌群去除含油废水效果良好。运行36h 后，除油率可达60.58%，48h 可达84.85%，60h 高达90.93%。田艳敏[2]分别采用聚乙烯醇和海藻酸钠包埋法对产表面活性剂菌Bbai-1 进行包埋固定，通过对比实验，确定了最佳的包埋载体和最佳条件，并证明该方法使油类物质的去除率明显提高。邵娟[3]等人用秸秆做载体固定嗜碱芽孢杆菌（Bacillus alcalophilusSG）降解原油，油类物质去除率可达73.88%，高于只投加菌液或者菌液与秸秆的混合物的油类物质去除率。

2.2 国外研究进展 Anal Chavan[4]等人将石油降解菌，洋葱伯克霍尔德氏菌(Burkholderia cepacia)和耐油的光能自养微生物联合菌运用于生物转盘工艺中，处理高浓度含柴油有机废水，在HRT 为21h 的条件下持续运作，出水剩余柴油量仅为0.003%。Alejandro R.Gentili[5]等人在实验室研究规模上研究了由虾废弃物作为烃类物质降解菌株的载体材料，从而进行了固定化烃降解菌株对原油污染的海水生物修复的潜力测试。从15 天的原油去除率来看，固定化降解菌株对原油污染的处理是最成功的。

3 固定化微生物法的发展趋势

3.1 微生物对原油组分的降解具有一定的选择性，而现有的大多数固定化技术都只是将某种单一功能强的微生物进行固定化处理。在实际中，通常所需处理体系的成分复杂，单一的微生物处理很难达到理想效果，因此还需尝试将多种相互促进的菌种混合固定化，以实现最大的降解。对于同类型的油类物质污染，应有针对性地选择适合的微生物，从而构建复合菌群来提高降解效果。

3.2 目前所用的载体材料成本高且寿命短，限制了该技术在实际中的应用。因此，寻求新型的低成本、环境友好型载体或对现有载体进行改良来获得综合性能优良的固定化载体，是将固定化技术实现工业化的一个最基本的问题。

3.3 经过固定化的微生物其反应特性可能发生变化，主要包括微生物稳定性或活性的变化、氧和底物传质速率的变化，因此还需深入研究固定化微生物制备的影响因素以及固定化微生物降解油类物质的作用机理。

3.4 开发固定化微生物的制备装置以及相应的处理工艺，最终实现固定化微生物技术的工程应用。

3.5 将固定化技术工业化的关键是提高固定化颗粒的抗冲击性，另外各种载体的可再生性是降低成本、提高经济效益的有效途径，有待进一步研究。

4 小结

现阶段对于微生物固定化技术处理含油废水大多还处于实验室研究阶段，由于受到成本、技术的限制，在工程中的应用还很少见。但基于该方法在废水处理中的独特优势，随着研究的进一步深入和发展，和对国外的先进技术的积极学习，在今后的发展中，微生物固定化技术向着更经济、更高效、更多功能的方向发展。

[1]陶虎春，贾德利，陆洪宇，等.聚乙烯醇核桃壳复合固定菌群的除油效能研究[J].东北农业大学学报，2005，36（4）：455-458.

[2]田艳敏.产表面活性剂菌Bbai-1 包埋固定化及其在含油污水处理中的应用[D].中国海洋大学硕士学位论文，2012-6-2.

[3]邵娟，尹华，彭辉，等.秸秆固定化石油降解菌降解原油的初步研究[J].环境污染与防治，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.