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微納米曝氣機修復(fù)污染地表水體修復(fù)問題

污染地表水體修復(fù)問題是最近幾年才被廣泛關(guān)注的環(huán)境保護課題，由于污染地表水體的特殊性,常規(guī)修復(fù)方法難以發(fā)揮高效作用。以污染水體中的氣為例，由硝化細菌催化場氣氧化的硝化作用是氮循環(huán)的關(guān)鍵步驟，然而自然狀況下的化能自養(yǎng)細菌具有生長速率低、生物量小和對環(huán)境因子敏感等生理特點，為了提高對氏氣的生物處理效率,需要對自然界中的硝化細菌進行富集。固定化微生物可以通過提供特殊的微環(huán)境，較好地保護優(yōu)勢菌不受土著菌惡性競爭，在保持高效修復(fù)能力的同時，可以將優(yōu)勢菌屏蔽于惡劣環(huán)境之外，具有微生物濃度高、抗沖擊負荷能力強等優(yōu)點，在一定程度上克服了傳統(tǒng)修復(fù)工藝的不足。

為了改善人類的居住環(huán)境,人們采用活性污泥法、生物膜法,通過建造大型污水處理廠來解決水體的污染,實踐表明這些環(huán)境工程方法在解決點源污染中是十分有效的,并發(fā)揮了巨大的作用然而也存在一些問題,如需建造大型污水廠,并需建造大量管道將污水納入處理廠,其基建及運行費用非常昂貴。如將這類環(huán)境工程的方法用于治理受污染的地面河道水體還會遇到更大的困難,我們幾乎不可能將污染成分運送至固定的處理廠處置。在這種情況下,人們設(shè)想在天然的環(huán)境下通過某些工程手段以強化污染物降解的自凈作用,使污染物在被污染的河道現(xiàn)場得以降解、凈化。微生物修復(fù)技術(shù)就是在這種歷史背景下被開發(fā)、并在世紀年代得到迅速發(fā)展的一項污染治理工程技術(shù)。實踐表明,微生物修復(fù)技術(shù)具有以下優(yōu)點

1、在溫和的條件下經(jīng)過酶催化即可高效并相對徹底完成,處理費用低廉,為現(xiàn)有環(huán)境工程技術(shù)的幾分之一

2、微生物具有來源廣、易培養(yǎng)、繁殖快、對環(huán)境適應(yīng)性強和易實現(xiàn)變異等特性,適當?shù)貙ζ浼右耘囵B(yǎng)繁殖,特別是在一定條件下加以馴化,就能使之很好地適應(yīng)各種有毒的生活污水等環(huán)境。通過有針對性地對菌種進行篩選、培養(yǎng)和馴化,可以使大多數(shù)的有機物實現(xiàn)生物降解處理,應(yīng)用面寬。

3、微生物不僅能去除有機物、病原體、有毒物質(zhì),還能去除臭味、提高透明度、降低濁度等,處理效果良好。

4、環(huán)境影響小,不會形成二次污染,遺留問題少

5、原位就地修復(fù),操作簡便,可以避免鋪設(shè)不雅觀的機械設(shè)備。

微生物修復(fù)技術(shù)指利用天然存在的或特別培養(yǎng)的微生物,在可調(diào)控環(huán)境條件下,通過微生物的降解和生物轉(zhuǎn)化作用,變有毒有害污染物為無毒無害物質(zhì)的環(huán)境污染處理技術(shù),其核心為微生物學(xué)過程。微生物修復(fù)與污、廢水生物處理間的關(guān)系既相聯(lián)系又相區(qū)別,從原理上講,兩者都利用微生物的降解、轉(zhuǎn)化作用消除污染物,同時利用微生物的同化作用擴大繁殖,使過程連續(xù)。不同之處在于（1）處理對象不同。微生物修復(fù)的對象是污染物濃度相對較低的自然水體,而污、廢水處理的對象是污染程度較高的生活和工業(yè)廢水。（2）操作工藝不同。微生物修復(fù)的場所一般是復(fù)雜、開放的自然環(huán)境,生物水處理的場所常指精心設(shè)計的工程系統(tǒng)目的不同。微生物修復(fù)的目的是恢復(fù)自然環(huán)境原貌,生物水處理的目的是為避免污染物不經(jīng)治理而進入環(huán)境。

微生物修復(fù)技術(shù)局限

經(jīng)實踐檢驗,微生物修復(fù)技術(shù)尚存在著一定的局限性：

1、微生物不能降解所有進入環(huán)境的污染物,污染物的難生物降解性、不溶性以及與腐殖質(zhì)結(jié)合在一起常常使微生物生物修復(fù)不能進行

2、特定的微生物只降解特定類型的化學(xué)物質(zhì),結(jié)構(gòu)稍有變化的化合物就可能不會被同一微生物酶破壞

3、微生物活性受溫度和其他環(huán)境條件影響

4、微生物修復(fù)一般需要好氧的環(huán)境條件。

傳統(tǒng)意義的微生物修復(fù)的特點是利用游離優(yōu)勢菌的降解作用,隨著污染物逐漸趨向成分更復(fù)雜、易積累難降解和毒性影響更長期,游離微生物修復(fù)技術(shù)的不足逐漸顯現(xiàn)。如單位體積內(nèi)有效降解菌濃度低、反應(yīng)器啟動慢、菌體易流失、與土著菌競爭處于弱勢、抗毒性侵害能力差、對激烈的水力條件變化敏感等。

微生物固定化修復(fù)技術(shù)的提出

為了解決上述不足和缺點,近年來,人們將固定化技術(shù)引入到微生物修復(fù)工藝中,取得了顯著的效果。到目前為止,利用固定化微生物技術(shù)修復(fù)污染地表水的研究尚處于起步階段,直接相關(guān)文獻極少,而關(guān)于利用固定化微生物技術(shù)治理工業(yè)廢水和生活污水文獻則非常豐富,積累了很多的經(jīng)驗。鑒于微生物修復(fù)和治理污染水體在有機化合物降解本質(zhì)上的一致性,固定化微生物治理污水技術(shù)存在向修復(fù)污染地表水移植的可能性。

利用固定化微生物技術(shù)治理工業(yè)廢水和生活污水的研究從不同角度說明或證實了固定化微生物在很多理化性質(zhì)方面明顯優(yōu)于游離微生物,固定化微生物生活在由固定化載體造成的奇特的微環(huán)境中,有效地屏蔽了外界不利因素對微生物細胞直接侵害微生物被各種載體固定后,單位體積內(nèi)的有效濃度提高,導(dǎo)致了對污染物降解率的提高且固定化后的成品再生性能好,可以長期反復(fù)使用，比較于游離微生物治理污水,固定化微生物具有顯而易見的技術(shù)優(yōu)勢。

微生物固定化修復(fù)技術(shù)的主要特點是對完整的微生物細胞進行固定,可避免人為破壞生物酶的活性和生化反應(yīng)的穩(wěn)定性可提高單位體積水體內(nèi)微生物細胞密度,并可加快細胞的流動速率,在稀釋率高于微生物生長率的情況下,能夠有效地解決污染環(huán)境修復(fù)問題。固定化后的微生物能長期保持活性,固定化顆粒可重復(fù)使用,節(jié)省投資；固定化細胞顆粒的微環(huán)境有利于屏蔽土著菌、噬菌體和毒性物質(zhì)對微生物體的惡性競爭、吞噬和毒害,使其在復(fù)雜環(huán)境中和激烈的操作條件下也可穩(wěn)定地發(fā)揮高效能。

對于污染物濃度較低、空間分布區(qū)域廣、水力條件變化不顯著的緩流或靜止地表水體而言,無疑具有特殊的技術(shù)優(yōu)勢和光明的應(yīng)用前景。

固定化細胞的制備

固定化細胞的制備方法多種多樣,目前國內(nèi)外仍未有統(tǒng)一的分類標準。但總體可分為吸附法、包埋法、共價法、交聯(lián)法和孔網(wǎng)狀載體截陷法五大類。

吸附法有物理吸附和離子吸附兩類。物理吸附是使用具有高度吸附能力的硅膠、活性炭等吸附劑將細胞吸附到表面使之固定化；離子吸附則是根據(jù)細胞在解離狀態(tài)下因靜電引力而固著于帶有相異電荷的離子交換劑（如DEAE-纖維素、CM-纖維素等上。吸附法操作簡單,對細胞活性影響小,但所能固定的細胞量有限。廢水處理中的生物膜法是其代表性例子。

交聯(lián)法是利用兩個功能團或多功能團的試劑與細胞分子之間進行分子間的交聯(lián)的固定化方法。常用試劑有戊二醛,其它交聯(lián)劑有異氰酸衍生物、雙偶氮聯(lián)苯和N,N'-乙烯雙馬來酞亞胺等。此法的缺點是交聯(lián)過程中往往反應(yīng)激烈,對細胞活性影響很大,而且交聯(lián)劑大多價格昂貴,限制此法廣泛應(yīng)用。

共價法就是細胞表面上功能團和固相支持物表面的反應(yīng)基因之間形成化學(xué)共價鍵連接,從而成為固定化細胞。該法細胞與載體之間的連接鍵很牢固,使用過程中不會發(fā)生脫落,穩(wěn)定性好,但反應(yīng)條件激烈,操作復(fù)雜,控制條件苛刻。利用此法制備的固定化微生物在進行反應(yīng)時往往要進行活化,從而會造成細胞大多死亡。共價鍵結(jié)合法主要有戊二醛法、膚鍵結(jié)合法、膚鰲合法等。

包埋法則是使細胞擴散進入多孔性載體內(nèi)部,或利用高聚物在形成凝膠時將細胞包埋在其內(nèi)部,從而達到固定細胞的目的。該法操作簡單,可以將細胞鎖在特定的高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。這種結(jié)構(gòu)緊密到足以防止細胞滲漏,然而允許底物滲透和產(chǎn)物擴散,對細胞活性影響較小,制作的固定化細胞球的強度較高。

孔網(wǎng)狀載體截陷法主要是利用孔網(wǎng)狀載體的特殊結(jié)構(gòu)截陷微生物，達到使其固定的目的。這種方法主要是利用載體的特殊空間結(jié)構(gòu)對固定微生物起到屏護作用，目前已開發(fā)的多種載體主要有聚氨酯泡沫塑料、中空纖維、聚乙烯、不銹鋼網(wǎng)球等。

本公司研發(fā)的固定化微生物培養(yǎng)器采用孔網(wǎng)狀載體截陷法，培養(yǎng)器尺寸為1米*1米*1.5米，外殼為，里面共裝有三種填料，載體A：直徑150～200mm，比表面積>250m²/m³，材料為聚烯烴類和聚酰胺。載體B：直徑45～50mm，比表面積3000～5000m²/m³，材料為PP、eva和纖維絲等。載體C：直徑50～200mm，比表面積2000～3000m²/m³，材料為聚丙烯、聚乙烯。該三種載體組成的空間孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以截陷大量不同種類的微生物，有益微生物濃度可達到≥10000cfu/ml。射流曝氣機安裝在培養(yǎng)器頂部，采用中寰現(xiàn)有產(chǎn)品，其作用是向培養(yǎng)器充氧。射流曝氣機通過導(dǎo)氣管吸入的大量空氣進入喉管后，在噴水壓力的作用下被分割成大量微小的氣泡，與水形成混合體。氣液混合體通過擴散管向培養(yǎng)器內(nèi)部排出，被培養(yǎng)器中高濃度微生物充分利用，污染物降解率得到極大的提高。

杭州桂冠環(huán)保科技有限公司研發(fā)的固定化微生物培養(yǎng)器的主要特點是對完整的微生物細胞進行固定，可避免人為破壞生物酶的活性和生化反應(yīng)的穩(wěn)定性，可大大提高單位體積水體內(nèi)微生物細胞密度，并可加快細胞的流動速率，能夠有效地解決污染環(huán)境修復(fù)問題。本公司研發(fā)的固定化微生物培養(yǎng)器微生物能長期保持活性，可重復(fù)使用,節(jié)省投資；固定化細胞顆粒的微環(huán)境有利于屏蔽土著菌、噬菌體和毒性物質(zhì)對微生物體的惡性競爭、吞噬和毒害,使其在復(fù)雜環(huán)境中和激烈的操作條件下也可穩(wěn)定地發(fā)揮高效能。非常適用于污染物濃度較低、空間分布區(qū)域廣、水力條件變化不顯著的緩流或靜止地表水體。