固定化微生物简介及海藻酸钠包埋固定法分析研究 环境工程专业VIP免费

固定化微生物简介及海藻酸钠包埋固定法分析研究环境工程专业摘要：固定化微生物技术起始于1959年，由Hattori等人首次实现了大肠杆菌的固定化，此后发展迅速。该技术最初主要用于工业发酵，20世纪70年代以后，由于水污染严重，迫切需要一种高效、快速，能连续处理的废水处理技术，从而微生物固定化技术才在污水处理中得到广泛应用[1]。固定化微生物技术是将微生物固定在载体上使其高度密集并保持其生物活性功能，在适宜条件下还可以增殖以满足应用之需的生物技术。在生物反应器中所使用的微生物菌体往往被称之为生物催化剂。由于在传统的废水生物处理工艺中，微生物通常是在水中以悬浮态生长的，因而易于从反应器中流失，又由于其与水的密度差小，因此从流出的水中回收微生物进行重复利用将变得较为困难或复杂。为此，采用固定化技术，将微生物通过一定的技术手段是微生物固着生长，有利于提高生物反应器内微生物的数量，利于反应后的固液分离，利于去除氮，取出高浓度有机物或难以生物降解物质，提高系统的处理能力和适应性，是一项高效低耗，运行管理简单的废水生物处理技术[2]。关键词：固定化，载体，海藻酸钠，细胞活性，前景1.引言下面介绍一下固定化微生物中的一些基础知识，即固定化微生物的要求，载体的要求，以及载体种类，制备等。1.1被固定的微生物（主要是人为选定的特效降解菌的优势菌种）基本条件：①投加的菌体活性高；②菌体可快速降解目标污染物；③在系统中不仅能竞争生存，而且可维持相当数量[1]。1.2固定化载体为微生物创造了更不易解体的生存环境，所以一个理想的固定化载体的选择也很重要。适合于废水处理的固定化载体应具有以下性能：①对微生物无毒，生物滞留量高，不干扰生物分子的功能；②传质性能好；③具有足够的机械、物理和化学稳定性，不易被生物降解；④机械强度高，使用寿命长；⑤固定化操作简单；⑥对其它生物的吸附小；⑦价格低廉[1]。1.3载体分类目前常用的载体可分为无机载体、有机高分子载体和复合载体3大类型。无机载体如多孔玻璃、硅藻土、活性炭、石英砂等。有机载体还可分为两类：一类是高分子凝胶载体，如琼脂、角叉莱胶和海藻酸钙等；另一类有机合成高分子凝胶载体，如聚丙烯酰胺凝胶、聚乙烯醇凝胶、光硬化树脂、聚丙烯酸凝胶等。复合载体是由无机载体和有机载体材料结合而成，使两类材料的性能互补，从而显示复合载体材料的优越性[1]。1.4固定化微生物的制备方法物理固定法主要有包埋法、吸附法（载体结合法）和包络法，化学固定法包括共价结合法和交联法（架桥法）[1]，又有自溶酶灭活法，絮凝吸附法[4]等。目前，国内外学者对可用做包埋载体的有机物的研究较为广泛，相关报道很多，但主要有聚乙烯醇、海藻酸钠、聚丙烯酞胺、聚乙烯醇缩丁醛等几类[1]。2.海藻酸钠固定法2.1基本机理[5]海藻酸盐是棕色藻类的胞内产物，它由两种不同类型的单糖组成，即1，4—β—D—甘露糖醛酸（M）和1，4——L—古洛糖醛酸（G）。海藻酸盐是一种聚合物。海藻酸系天然有机高分子电解质，其一价盐(Na+,K+,NH4+)为水溶性盐而二价以上的盐(Ca2+,Al3+)为水不溶性盐，因此可形成耐热的凝胶或被膜，这是海藻酸钠经CaC12溶液钙化后形成固定化凝胶的内在机理。同时，海藻酸钠易与蛋白质、明胶等多种物质共溶，并可与细胞混合形成均匀的悬浮液，使凝胶具有微生物分布的均匀性。除此之外，海藻酸钠还具有价格低廉、水溶液粘度很大(1%的溶液可达200cp)、不易被大多数微生物降解等良好特性。由于组成海藻酸盐单体的结构中含有羧基和羟基能与金属离子发生螯合作用，因此海藻酸盐在包埋微生物的同时更可增加其吸附容量。海藻酸钠与微生物的混合液与钙离子发生的凝胶反应主要在羧基上进行，用反应式表示为:具体操作方法是:取一定量的湿菌体细胞，与浓度为3%的海藻酸钠溶液混合均匀，然后滴入4℃的浓度为4%的氯化钙溶液，形成直径2-3mm的均匀小球，钙化4h，然后用去离子水洗涤。2.2生产方法[6]A.C.Hulstl等曾经报道了一种可以大量制作海藻酸钙的方法，其实验装置，如图1所示:此装置靠机械带动震针上下震动，向上时产生负压吸入细胞悬浮液，向下运动则打出小球。根据...