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微納米曝氣機(jī)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(hù)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(xì)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(xì)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(diǎn)，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(xì)菌進(jìn)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(hù)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(shí)，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(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)踐表明這些環(huán)境工程方法在解決點(diǎn)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(yùn)行費(fèi)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(yùn)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(qiáng)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(jì)年代得到迅速發(fā)展的一項(xiàng)污染治理工程技術(shù)。實(shí)踐表明,微生物修復(fù)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)

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(fèi)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(qiáng)和易實(shí)現(xiàn)變異等特性,適當(dāng)?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(jìn)行篩選、培養(yǎng)和馴化,可以使大多數(shù)的有機(jī)物實(shí)現(xiàn)生物降解處理,應(yīng)用面寬。

3、微生物不僅能去除有機(jī)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(jī)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(shí)利用微生物的同化作用擴(kuò)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(jì)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(jìn)入環(huán)境。

微生物修復(fù)技術(shù)局限

經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn),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(jìn)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(jìn)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(diǎn)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(diǎn),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(xiàn)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(xiàn)則非常豐富,積累了很多的經(jīng)驗(yàn)。鑒于微生物修復(fù)和治理污染水體在有機(jī)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(shí)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(xì)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(diǎn)是對完整的微生物細(xì)胞進(jìn)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(xì)胞密度,并可加快細(xì)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(xì)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(xì)胞的制備

固定化細(xì)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(biāo)準(zhǔn)。但總體可分為吸附法、包埋法、共價(jià)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(xì)胞吸附到表面使之固定化；離子吸附則是根據(jù)細(xì)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(xì)胞活性影響小,但所能固定的細(xì)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(gè)功能團(tuán)或多功能團(tuán)的試劑與細(xì)胞分子之間進(jìn)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(diǎn)是交聯(lián)過程中往往反應(yīng)激烈,對細(xì)胞活性影響很大,而且交聯(lián)劑大多價(jià)格昂貴,限制此法廣泛應(yīng)用。

共價(jià)法就是細(xì)胞表面上功能團(tuán)和固相支持物表面的反應(yīng)基因之間形成化學(xué)共價(jià)鍵連接,從而成為固定化細(xì)胞。該法細(xì)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(jìn)行反應(yīng)時(shí)往往要進(jìn)行活化,從而會造成細(xì)胞大多死亡。共價(jià)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(xì)胞擴(kuò)散進(jìn)入多孔性載體內(nèi)部,或利用高聚物在形成凝膠時(shí)將細(xì)胞包埋在其內(nèi)部,從而達(dá)到固定細(xì)胞的目的。該法操作簡單,可以將細(xì)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(xì)胞滲漏,然而允許底物滲透和產(chǎn)物擴(kuò)散,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。

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(dá)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(hù)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(dá)到≥10000cfu/ml。射流曝氣機(jī)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(jī)通過導(dǎo)氣管吸入的大量空氣進(jìn)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(kuò)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(diǎn)是對完整的微生物細(xì)胞進(jìn)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(xì)胞密度，并可加快細(xì)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(xì)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。