凈水處理劑-微生物絮凝劑（三）

2.4固定化技術(shù)

固定化技術(shù)是通過采用化學(xué)或物理方法將游離微生物定位于限定的空間區(qū)域內(nèi)，使其保持活性并可反復(fù)使用，包括固定化酶、固定化細(xì)胞和固定化藻。固定化方法主要包括三種：載體結(jié)合法、交聯(lián)法和包埋法。固定化技術(shù)是通過采用化學(xué)或物理手段將游離的細(xì)胞（微生物）或酶，定位于限定的空間區(qū)域并使其保持活性和可反復(fù)使用的一種基本技術(shù)。采用固定化技術(shù)有利于提高生物反應(yīng)器內(nèi)的微生物細(xì)胞濃度和純度，并保持高效菌種，其污泥產(chǎn)生量少，利于反應(yīng)器的固液分離，也利于除氮和除去高濃度有機(jī)物或某些難降解物質(zhì)。

制備固定化微生物方式是多種多樣的，任何一種限制微生物自由流動的技術(shù)都可以用于制備生物吸附劑。制備固定化微生物的方法有4種，即吸附法、共價結(jié)合法、交聯(lián)法和包埋法等四大類。其中包埋法是最常用的方法，按照包埋系數(shù)的結(jié)構(gòu)可分為凝膠包埋法和微膠囊法，即將細(xì)胞包裏于凝膠的微子內(nèi)或半透膜聚合物的超濾膜內(nèi)。該法操作簡單，對細(xì)胞活性影響較小，制作的固定化細(xì)胞球的強(qiáng)度較高，目前已被廣泛地利用于廢水處理。用于包埋法的載體，通常選用聚丙烯酰胺凝膠（ACAM)、海藻酸耗、卡拉膠、瓊脂糖膠、聚乙烯醇（PVA)等。

把制備好的固定化微生物放入反應(yīng)器中，當(dāng)廢水以一定流速通過固定化微生物時，固定化微生物以吸附、分解等降解方式使廢水水質(zhì)得以凈化。目前，固定化微生物反應(yīng)器應(yīng)用較多的是流化床生物反應(yīng)器、固定墑充床和攪拌槽式反應(yīng)器。

從自然界篩選馴化獲得的土著菌用于有毒難降解有機(jī)廢水處理往注不能滿足治理工程的需要。為此，將傳統(tǒng)微生物學(xué)與現(xiàn)代生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合，運(yùn)用微生物遺傳學(xué)的手段，構(gòu)建出兼具多種優(yōu)勢的新型工程菌，可以大大提高微生物的降解效力，擴(kuò)大其降解范圍?；蚬こ?，又稱基因重組技術(shù)，是按人們的設(shè)計(jì)將不同生物的基因分離后在體外人工剪切，再和載體（質(zhì)粒、嗜菌體、病毒）DNA拼接，然后轉(zhuǎn)入微生物或其他生物細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)増，并使轉(zhuǎn)入細(xì)胞內(nèi)的基因得到表達(dá)的技術(shù)。目前利用遺傳學(xué)原理構(gòu)建高效降解的基因工程菌的技術(shù)有：細(xì)菌質(zhì)粒育種、分子遺傳育種和原生質(zhì)體融合等技術(shù)。

分子遺傳育種是指在分子水平上于生物體外用人工方法對DNA進(jìn)行剪切和加工，將不同親本的DNA重新連接，轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中，通過復(fù)制和表達(dá)，使該細(xì)胞獲得像新的遺傳性狀的一項(xiàng)新技術(shù)。對于水環(huán)境中難以降解的有害化合物，可以通過遺傳工程方法，設(shè)計(jì)新的代謝途徑，利用相關(guān)基因構(gòu)建工程菌，這樣不僅可以提高細(xì)胞單一酶的濃度，増加代謝途徑中的某一限制酶的表達(dá)，還能使代謝途徑中所有基因的表達(dá)獲得同步増加，從而大大提高降解率，促使有毒難降解有機(jī)物降解為無害的產(chǎn)物。

近年來，應(yīng)用原生質(zhì)體融合，通過基因體內(nèi)重組構(gòu)建具有多種優(yōu)勢的基因工程菌的生物技術(shù)便得到世人的關(guān)注。原生質(zhì)體融合是指將兩個親株的細(xì)胞壁分別通過酶解去除，然后在高滲條件下使兩原生質(zhì)體融合，從而獲得發(fā)生了基因重組的融合子的過程。

2.5生物膜法

生物接觸氧化法兼有活性運(yùn)泥法和生物膜法的特點(diǎn)。具有較高的處理負(fù)荷，能夠處理容易引起污泥膨脹的有機(jī)廢水，在制藥工業(yè)生產(chǎn)廢水的處理中，常常直接采用生物接觸氧化法，或用厭氧消化、酸化作為預(yù)處理工序，來處理撲熱息痛、抗生素原料藥、淄體類激素等制藥生產(chǎn)廢水，接觸氧化法處理制藥廢水時，如果進(jìn)水濃度高，池內(nèi)易出現(xiàn)大量泡沫，運(yùn)行時應(yīng)采取防治和應(yīng)對措施。

生物膜反應(yīng)器都具有微生物濃度高、凈化反應(yīng)速度快、停留時間短等優(yōu)點(diǎn)，可以使反應(yīng)裝置小型化，從而降低設(shè)備成本。與常規(guī)處理法相比，具有設(shè)備簡單、運(yùn)行費(fèi)用低、二次污染少等優(yōu)點(diǎn)。

2.6生物流化床法

生物流化床將普通的活性污泥法和生物濾池法兩者的優(yōu)點(diǎn)融為一體，因而具有容積負(fù)荷高、反應(yīng)速度快、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。對麥迪霉素、四環(huán)毒、卡那霉素等制藥廢水，可采用生物流化床技術(shù)進(jìn)行處理。

微生物絮凝劑為生物菌體或有機(jī)高分子，較化學(xué)絮凝劑便宜，微生物絮凝劑是靠生物發(fā)酵產(chǎn)生的，化學(xué)絮凝劑是人工合成的，從生產(chǎn)所用原材料、生產(chǎn)工藝和能源消耗等方面考慮，微生物絮凝劑成本很低，微生物絮凝劑處理技術(shù)總費(fèi)用低于化學(xué)絮凝處理技術(shù)的處理費(fèi)用，前者約為后者的2/3。

市場展望

在國家2010年環(huán)境規(guī)劃中，難降解有毒害工業(yè)廢水的治理也被列為中國今后重點(diǎn)開展的研究課題。當(dāng)今環(huán)境工程技術(shù)的發(fā)展已體現(xiàn)出和微生物遺傳學(xué)越來越密切的趨勢。今后，對難降解有機(jī)廢水的處理。除部分依靠強(qiáng)化現(xiàn)有的水處理工藝外，將不得不利用現(xiàn)代生物技術(shù)去加以解決。近年來，各國科學(xué)家在挖掘各自的菌種資源、基因定位和建立高效降解基因庫，以及研究工程菌在開放環(huán)境中的行為等方面都在不解努力。美國、日本等國對向環(huán)境釋放重組體生物的限制也正逐步放寬?？梢灶A(yù)見，21世紀(jì)的環(huán)境工程將更充分地運(yùn)用現(xiàn)代生物技術(shù)。

微生物水處理劑的開發(fā)和應(yīng)用方興未艾，其特性和優(yōu)勢為水處理技術(shù)的發(fā)展展示了一個廣闊的前景，微生物絮凝劑將可能在未來取代或部分取代傳統(tǒng)的無機(jī)高分子和合成有機(jī)高分子絮凝劑。應(yīng)投入更多人力物力進(jìn)行開發(fā)。