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印染废水固定化细胞处理工艺
作者:佚名 文章来源:南京蓝污环保 点击数: 更新时间:2014-11-14
 

印染废水具有排放量大,水质复杂、色度高,COD 值高,可生化性低等特点,使传统的生物处理工艺难以满足印染废水处理的要求,因此,开发节能,高效,低成本的染料废水处理技术受到了国内外学者的广泛关注。目前,应用固定化微生物技术处理印染废水成为一种研究趋势。

固定化细胞技术是指通过化学或物理手段,将微生物细胞固定在载体上使之成为不悬浮于水但仍保留其固有的生物催化活性,在适宜条件下能被重复连续使用的生物工程技术。利用固定化细胞技术,可将选择性地筛选出的优势菌种加以固定,构成高效废水处理系统。在工业废水处理系统中,采用固定化细胞技术有利于提高生物反应器内的微生物细胞浓度和纯度,并保持菌种的高活性,其污泥产生量少,利于反应器的固液分离,也利于除去高浓度有机物和某些难降解物质,因而具有潜在的工业应用价值。本文主要介绍了固定化细胞技术及其在印染废水处理中的研究进展。

1 固定化细胞方法

国内外没有关于固定化细胞方法的统一分类标准,但总体上可分为吸附法、包埋法、共价结合法、交联法四大类。印染废水中运用较多的是吸附法和包埋法。

1. 1 吸附法

吸附法是利用微生物和载体之间形成静电、粘附力和表面张力等作用将微生物细胞吸附,使细胞固定在载体表面和内部形成生物膜的方法。吸附法又分为物理吸附法和离子吸附法2 种。吸附法操作简单、载体可以反复利用、对细胞活性影响小,但固定的微生物细胞数量有限且易脱落。

1. 2 包埋法

包埋法的原理是将微生物细胞截流在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的网络空间中或埋于半透膜聚合物的超滤膜内,通过聚合作用、离子网络形成、沉淀作用,以及通过改变溶剂、温度、pH 值来阻止细胞的泄漏,同时能让底物渗入和产物扩散出来。目前应用最为广泛的是凝胶包埋法固定大肠杆菌细胞,它是将大肠杆菌细胞与单体或聚合物一起聚凝,细胞被包埋在形成的聚合物中,可选用不同的聚合物载体、不同的包埋系统和条件,以保持大肠杆菌的酶催化活性,大肠杆菌细胞在聚合体中含量可高达50% ~ 70%。与液体发酵相比,包埋的大肠杆菌生产周期短、产物分离方便、能耗低、设备投资少且大大改善操作条件。包埋法仍存在一些不足,如包埋材料对细胞的毒性作用、材料本身阻碍大分子底物和氧的扩散、使用过程中的杂菌污染等,这些还需要进行更深入的研究。

1. 3 共价结合法

共价结合法是利用微生物细胞表面的官能团(如氨基、羧基、巯基、羟基和咪唑基等) 和载体材料上的反应基团形成化学共价键相连,从而起到固定化细胞的作用。此法制备的固定化细胞结合牢固,但是反应条件苛刻、不易控制。

1. 4 交联法

交联法是利用微生物细胞与带2 个以上多功能团的非水溶性试剂发生反应形成共价键,使其彼此交联成网状结构的固定化细胞。此法得到的固定化细胞较稳定,但可能使细胞活性大大降低,因而其应用受到了一定的限制。

2 固定化细胞的载体

固定化细胞技术所采用载体的物理化学性质直接影响所固定细胞的生物活性和体系传质性能,分为有机高分子载体、无机载体和复合载体三大类。

有机高分子载体又分为天然高分子凝胶载体和合成有机高分子凝胶载体。天然高分子凝胶一般无毒,传质性能较好,但强度较低,在厌氧条件下易被生物分解。有机合成高分子凝胶载体一般强度较大,但传质性能较差,在进行细胞固定时易造成细胞失活。常见的有机载体有琼脂、海藻酸钙、聚乙烯醇(PVA)、角叉莱胶、聚丙烯酰胺等。

无机载体大多具有多孔结构,利用吸附作用和电荷效应将微生物固定。它具有机械强度高、无毒、化学性质稳定、成本低等优点,但也有密度大、微生物吸附量小、易脱落等缺点。无机载体主要有沙子、活性炭、沸石类、陶瓷类材料等。

复合载体是指将有机载体材料和无机载体材料结合,利用各自的优点,从而改进载体材料的性能。Lin 等将粉末活性炭和phanerochaete chrysosporium 联合包埋固定,结果表明复合固定化体系能更加有效地用于降解五氮酚,显示出复合载体材料的优越性。

3 固定化细胞技术处理印染废水的研究进展

罗志腾等在印染废水处理活性污泥中分离了3 株高效脱色菌,用明胶包埋的固定化细胞厌氧移动床和好氧生物接触氧化的组合工艺来处理人工配制的偶氮染料废水。在原水COD为1500 ~ 1580 mg /L,色度400 倍,厌氧段水力停留时间为8 h,稳定运行时色度及COD 的去除率分别达到96. 9% 和93. 1%。

梁沈平等采用凹凸棒粘土颗粒和塑料环为载体固定的高效脱色菌,大大缩小了反应时间,提商了脱色率。

Michael 等将从RDBR 处理系统中分离出的两株脱色细菌挂膜好氧处理染料酸性橙A07 废水,首次发现能将磺化偶氮染科完全矿化。

Kuo 等利用聚乙烯醇凝胶包埋混合细菌群,当废水HRT = 10 h 时,染料RED RBN 的脱色率可达90%以上。

杨云龙等在序批式活性污泥法(SBR) 生物反应器内投加固定化紫色非硫光合细菌(PSB) 及其他异养菌以提离生物难降解物质的去除效率,结果表明,在好氧条件下稳定运行时CODCr去除率为70%左右,本质素去除率为75%。与传统生物法相比,固定化PSB-SBR 系统启动快,耐冲击负荷,停留时间短,操作管理方便,在实际工程中具有广阔的应用前景。

何芳等筛选出8 株高效脱色菌株,将混合菌与活性污泥等量混合接种的固定化系统处理印染废水,结果表明,该系统对pH、温度的适应范围宽,且菌种活性高,在HRT = 10 h 的条件下,对色度、COD 的去除率分别达75%、85%以上,出水水质达到了《污水综合排放标准》的一级标准。此外,在实际应用中无需对该废水进行厌氧酸化预处理,大大降低了投资及运行费用。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

4 固定化细胞技术的发展前景

利用固定化细胞技术处理废水具有处理效率高、稳定性强、固液分离效果好、对环境耐受力强(pH、温度、有毒物质等)、易于再生利用等突出的优点,但该技术仍处于试验阶段,要达到工业应用的水平还需要解决多种生物共生的固定化体系,固定化载体和固定化反应器,以及研究对生物无破坏性、高效率的生物解析剂等问题。

 

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