微生物固定化处理甲醇废水的实验研究

宋淑英

大唐呼伦贝尔化肥有限公司

微生物固定化处理甲醇废水的实验研究

宋淑英

大唐呼伦贝尔化肥有限公司

固定化微生物技术因包埋针对性强的微生物，具有细胞浓度高及抗环境因素变化能力强等优点，因此早在20世纪90年代就已经在污水处理领域得到了广泛的应用。然而选择优质的微生物包埋剂并确定最佳包埋条件是该技术能否成功应用的前提条件。聚乙烯醇(PVA)是一种性能介于塑料和橡胶之间、用途相当广泛的水溶性高分子聚合物，具有机械强度高、化学稳定性好、抗微生物分解能力强、对微生物无毒害及价格低廉等优点，是一种具有使用潜力的包埋材料。笔者以PVA作为微生物包埋材料，研究了PVA的最佳包埋条件。

固定化；海藻酸钠；聚乙烯醇；甲醇废水

1 固定化技术的特点

固定化微生物技术与传统悬浮生物处理法相比较，主要优点表现在以下几个方面：(1)载体对内部的细胞起一定的保护作用，能够使固定细胞对有毒底物的耐受能力增强；(2)微生物与载体固定化后，使单位体积内能保持很高的生物量浓度，大大的提高了降解速率，减少了生物处理装置容积；(3)固定化后的成品再生性能较好，能够反复使用；(4)反应完全后，便于固液分离，提高了出水质量。以上几方面的优点决定了微生物固定化技术在未来的发展中具有一定的优势。

固定化微生物技术与传统悬浮生物处理法相比较，主要缺点主要表现在以下几个方面：(1)包埋材料的不同，会影响小球的成型，从而影响反应效率；(2)固定化小球不易粘连，使固定化小球相对比较分散，降低了处理能力；(3)具有水溶性膨胀等特点，破坏固定化小球的稳定性；(4)包埋材料不够廉价，这直接影响到固定化微生物处理技术的推广和应用；(5)对于悬浮性污染物，固定化小球处理不够理想；(6)对于较低浓度的污染物，固定化小球的性能受到限制。

2 材料与方法

2.1 实验仪器

实验用到的主要仪器有：恒温振荡器、数显恒温水浴锅、台式自动平衡离心机、扫描电镜、注射器等。

2.2 主要材料

实验涉及的主要材料有营养液、菌悬液、凝胶剂、交联剂及固定化微球。具体制备方法如下：

1)营养液：以葡萄糖、氯化铵及磷酸二氢钾为营养元素配制一定体积的母液(COD质量浓度为10000mg/L，NH4+-N质量浓度为2000mg/L)，使用时取5mL母液用自来水稀释至200mL，相应COD质量浓度为250mg/L，NH4+-N质量浓度为50mg/L。

2)菌悬液：用量筒取100mL已驯化好的污泥沉降5min，倒掉上清液，再加入100mL生理盐水沉降5min，再倒掉上清液，如此反复2次；然后将其放入离心机内，在3000r/min下离心15min；接着用生理盐水洗涤并离心2次。

3)凝胶剂：按浓度要求称取一定量的PVA，浸泡24h后用恒温水浴锅在90℃左右将其完全溶解后冷却到40℃左右，按一定质量比将活性污泥与载体溶液进行混合。

4)交联剂：称取一定量的硼酸、无水氯化钙溶于100mL水中，配制成1%的氯化钙饱和硼酸溶液，并用碳酸钠调节pH值至7.6备用。5)固定化微球：用注射器(注射器针头内径2mm)将凝胶剂加压注射到饱和硼酸溶液中成球，置于0～4℃的冰箱中固化交联一定时间。

2.3 新型固定化硝化菌活性填料

1)新型固定化硝化菌活性填料的制备

将掺加适量亲水剂(PVA)的聚丙烯材料制成网筒状结构作为载体，其直径为10mm，高为10mm，网孔为正方形，边长为2mm，网孔丝径为1mm；称取聚乙烯醇(PVA)150g，碳酸钙30g，活性炭15g，加入750mL超纯水后升温至90℃加热15min，取出搅拌均匀后再升温至90℃加热5min，取出后搅拌均匀冷却至30℃，得到聚乙烯醇溶液；将750mL硝化菌浓缩液和聚乙烯醇溶液混合，制备成1500mL硝化菌包埋液；将上述包埋液均匀涂布在网筒状载体上，放入饱和硼酸溶液中浸泡2h后，调节硼酸溶液pH到9.0，交联24h；将其取出，洗净表面残留物质，得到新型固定化硝化菌活性填料。其物理特性为比重1.01～1.03kg/m3，直径10mm，高10mm，空隙率75%，堆积密度250kg/m3，比表面积950m2/m3。

2)新型固定化硝化菌活性填料的硝化活性恢复将制备好的固定化硝化菌活性填料投入到流化床反应器中，进行连续培养。培养液配方如1.1所述，反应器连续运行参数为温度25～30℃，pH8.0～9.0，DO4.0mg/L，固定H R T。每天监测进出水氨氮情况，以出水氨氮浓度≤15mg/L作为指示标准，不断提高进水氨氮浓度，继而提高氨氮去除负荷，待氨氮去除负荷稳定后，一般为7～10d，即认为固定化硝化菌活性填料硝化活性恢复完全。

3 交联条件的选择

海藻酸钠与聚乙烯醇在固定化过程中需要考虑较多的因素，不同的因素对其影响不同。时间过长过短、浓度过高或过低、污泥与包埋材料的质量比都会影响固定化效果。海藻酸钠在交联反应时，浓度过高或者过低，都会影响氧气和底物的相互转移，从而进一步影响生物的活性；1：1的包泥量能够使微生物很好的附着在小球表面；交联时间过短，交联不完全，小球强度弹性受影响，交联时间过长，降低了小球的传质性能。聚乙烯醇在交联反应时，浓度越低，手感越软，强度越差，浓度越高，成球越困难；1：1的包泥量使聚乙烯醇对微生物的影响较小；交联时间过短，交联不完全，交联时间太长，又降低了小球的活性；按最佳方案制成球时，海藻酸钠小球手感较硬，强度稍差，弹性较好，聚乙醇小球手感稍硬，强度较好，弹性好。

连续运行实验表明，固定化硝化菌活性填料能够快速适应进水氨氮浓度变化，抗冲击负荷能力强，硝化性能高效稳定，氨氮去除负荷最高可达到86.45mg/(L·h)，在整体范围内处于较优水平，为氨氮废水处理提供了一种高效、可靠的解决方案。

[1]王玫，刘艳，邓芳，等.微生物技术处理甲醇废水[J].南昌航空大学报，2010.

[2]李伟光，时文歆，赵庆良.固定化生物活性炭处理低浓度甲醇废水的工程应用[J].给水排水，2003.