宋淑英

大唐呼倫貝爾化肥有限公司

微生物固定化處理甲醇廢水的實驗研究

宋淑英

大唐呼倫貝爾化肥有限公司

固定化微生物技術因包埋針對性強的微生物，具有細胞濃度高及抗環(huán)境因素變化能力強等優(yōu)點，因此早在20世紀90年代就已經在污水處理領域得到了廣泛的應用。然而選擇優(yōu)質的微生物包埋劑并確定最佳包埋條件是該技術能否成功應用的前提條件。聚乙烯醇(PVA)是一種性能介于塑料和橡膠之間、用途相當廣泛的水溶性高分子聚合物，具有機械強度高、化學穩(wěn)定性好、抗微生物分解能力強、對微生物無毒害及價格低廉等優(yōu)點，是一種具有使用潛力的包埋材料。筆者以PVA作為微生物包埋材料，研究了PVA的最佳包埋條件。

固定化；海藻酸鈉；聚乙烯醇；甲醇廢水

1 固定化技術的特點

固定化微生物技術與傳統(tǒng)懸浮生物處理法相比較，主要優(yōu)點表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)載體對內部的細胞起一定的保護作用，能夠使固定細胞對有毒底物的耐受能力增強；(2)微生物與載體固定化后，使單位體積內能保持很高的生物量濃度，大大的提高了降解速率，減少了生物處理裝置容積；(3)固定化后的成品再生性能較好，能夠反復使用；(4)反應完全后，便于固液分離，提高了出水質量。以上幾方面的優(yōu)點決定了微生物固定化技術在未來的發(fā)展中具有一定的優(yōu)勢。

固定化微生物技術與傳統(tǒng)懸浮生物處理法相比較，主要缺點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)包埋材料的不同，會影響小球的成型，從而影響反應效率；(2)固定化小球不易粘連，使固定化小球相對比較分散，降低了處理能力；(3)具有水溶性膨脹等特點，破壞固定化小球的穩(wěn)定性；(4)包埋材料不夠廉價，這直接影響到固定化微生物處理技術的推廣和應用；(5)對于懸浮性污染物，固定化小球處理不夠理想；(6)對于較低濃度的污染物，固定化小球的性能受到限制。

2 材料與方法

2.1 實驗儀器

實驗用到的主要儀器有：恒溫振蕩器、數(shù)顯恒溫水浴鍋、臺式自動平衡離心機、掃描電鏡、注射器等。

2.2 主要材料

實驗涉及的主要材料有營養(yǎng)液、菌懸液、凝膠劑、交聯(lián)劑及固定化微球。具體制備方法如下：

1)營養(yǎng)液：以葡萄糖、氯化銨及磷酸二氫鉀為營養(yǎng)元素配制一定體積的母液(COD質量濃度為10000mg/L，NH4+-N質量濃度為2000mg/L)，使用時取5mL母液用自來水稀釋至200mL，相應COD質量濃度為250mg/L，NH4+-N質量濃度為50mg/L。

2)菌懸液：用量筒取100mL已馴化好的污泥沉降5min，倒掉上清液，再加入100mL生理鹽水沉降5min，再倒掉上清液，如此反復2次；然后將其放入離心機內，在3000r/min下離心15min；接著用生理鹽水洗滌并離心2次。

3)凝膠劑：按濃度要求稱取一定量的PVA，浸泡24h后用恒溫水浴鍋在90℃左右將其完全溶解后冷卻到40℃左右，按一定質量比將活性污泥與載體溶液進行混合。

4)交聯(lián)劑：稱取一定量的硼酸、無水氯化鈣溶于100mL水中，配制成1%的氯化鈣飽和硼酸溶液，并用碳酸鈉調節(jié)pH值至7.6備用。5)固定化微球：用注射器(注射器針頭內徑2mm)將凝膠劑加壓注射到飽和硼酸溶液中成球，置于0～4℃的冰箱中固化交聯(lián)一定時間。

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備

將摻加適量親水劑(PVA)的聚丙烯材料制成網筒狀結構作為載體，其直徑為10mm，高為10mm，網孔為正方形，邊長為2mm，網孔絲徑為1mm；稱取聚乙烯醇(PVA)150g，碳酸鈣30g，活性炭15g，加入750mL超純水后升溫至90℃加熱15min，取出攪拌均勻后再升溫至90℃加熱5min，取出后攪拌均勻冷卻至30℃，得到聚乙烯醇溶液；將750mL硝化菌濃縮液和聚乙烯醇溶液混合，制備成1500mL硝化菌包埋液；將上述包埋液均勻涂布在網筒狀載體上，放入飽和硼酸溶液中浸泡2h后，調節(jié)硼酸溶液pH到9.0，交聯(lián)24h；將其取出，洗凈表面殘留物質，得到新型固定化硝化菌活性填料。其物理特性為比重1.01～1.03kg/m3，直徑10mm，高10mm，空隙率75%，堆積密度250kg/m3，比表面積950m2/m3。

2)新型固定化硝化菌活性填料的硝化活性恢復將制備好的固定化硝化菌活性填料投入到流化床反應器中，進行連續(xù)培養(yǎng)。培養(yǎng)液配方如1.1所述，反應器連續(xù)運行參數(shù)為溫度25～30℃，pH8.0～9.0，DO4.0mg/L，固定H R T。每天監(jiān)測進出水氨氮情況，以出水氨氮濃度≤15mg/L作為指示標準，不斷提高進水氨氮濃度，繼而提高氨氮去除負荷，待氨氮去除負荷穩(wěn)定后，一般為7～10d，即認為固定化硝化菌活性填料硝化活性恢復完全。

3 交聯(lián)條件的選擇

海藻酸鈉與聚乙烯醇在固定化過程中需要考慮較多的因素，不同的因素對其影響不同。時間過長過短、濃度過高或過低、污泥與包埋材料的質量比都會影響固定化效果。海藻酸鈉在交聯(lián)反應時，濃度過高或者過低，都會影響氧氣和底物的相互轉移，從而進一步影響生物的活性；1：1的包泥量能夠使微生物很好的附著在小球表面；交聯(lián)時間過短，交聯(lián)不完全，小球強度彈性受影響，交聯(lián)時間過長，降低了小球的傳質性能。聚乙烯醇在交聯(lián)反應時，濃度越低，手感越軟，強度越差，濃度越高，成球越困難；1：1的包泥量使聚乙烯醇對微生物的影響較??；交聯(lián)時間過短，交聯(lián)不完全，交聯(lián)時間太長，又降低了小球的活性；按最佳方案制成球時，海藻酸鈉小球手感較硬，強度稍差，彈性較好，聚乙醇小球手感稍硬，強度較好，彈性好。

連續(xù)運行實驗表明，固定化硝化菌活性填料能夠快速適應進水氨氮濃度變化，抗沖擊負荷能力強，硝化性能高效穩(wěn)定，氨氮去除負荷最高可達到86.45mg/(L·h)，在整體范圍內處于較優(yōu)水平，為氨氮廢水處理提供了一種高效、可靠的解決方案。

[1]王玫，劉艷，鄧芳，等.微生物技術處理甲醇廢水[J].南昌航空大學報，2010.

[2]李偉光，時文歆，趙慶良.固定化生物活性炭處理低濃度甲醇廢水的工程應用[J].給水排水，2003.