固定化微生物技术及其在污水脱氮方面的应用
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摘 要：近年来，固定化微生物技术因其独特的优势成为学者研究的热点，它也是污水处理的一种生物处理新技术。该文通过对微生物固定化技术以及污染物去除机制进行详细描述，并利用该技术处理氨氮、含氮生活及其他含氮废水，结果表明，在其废水处理方面有不错的成效。进一步指出了该技术需要注意和改进的问题。
关键词：固定化微生物技术 污水处理 脱氮
中图分类号：X7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）04（a）-0002-02
随着废水排放量的增加，水中含氮量过多，处理难度也增加，人们开始重视生物处理工艺，生物脱氮技术主要通过氨化作用、硝化作用、反硝化作用以及固氮作用来实现污水脱氮[1]。生物脱氮作用存在诸多问题，如微生物浓度低导致负荷过大、剩余污泥量大等，会对脱氮效果造成不利影响[2]。固定化微生物技术可以解决上述问题，同时不存在二次污染问题，对处理高浓度有机物、含氮量高废水具有较高的优势，并且能够提高生物脱氮的效率[3]。
1 固定化微生物技术概念及原理
1.1 概念
微生物固定化技术是采用物理或化学的方法将游离态的微生物固定在载体上，将所处理的废水与微生物细胞分隔开来，在有限的空间区域内微生物具有较好的生物活性且不容易流失，在适宜的条件下微生物能够生长繁殖，并提高菌体利用率，实现提高污水处理效率的目的[4]。固定化微生物技术作为一种经济可行的生物处理技术，相比传统的游离微生物处理方法，具有很大的优势[5]：（1）采用固定化微生物技术的工艺，污泥剩余量和流失量都比较低，缓解了后续污泥处置的负荷;（2）该技术能够使微生物固着生长，通过增加反应器中的微生物浓度，能夠使微生物保持高浓度，并能缩短水力停留（HRT）时间，从而提高反应器污水去除效率。
1.2 污染物去除的原理
固定化微生物技术对污染物去除是通过固定化载体和微生物共同作用的结果[6]。部分有机物能够吸附在固定化的载体上，通过各方面的因素保持微生物具有较好的活性，微生物便能去除污水中的污染物，并可以转化成供自身新陈代谢的能源;另外一部分污染物可以进入微生物细胞的内部被酶降解。由于大量的污染物附着在固定化载体上，载体内外容易形成浓度差，使浓度高的容易向浓度低的扩散，从而促进污染物的降解。对氨氮的去除，则是利用氧气扩散对固定化载体内部结构的影响，由内到外形成厌氧区、缺氧区及好氧区，实现同步硝化-反硝化作用，从而实现脱氮的目的。
2 固定化微生物技术实际应用
2.1 氨氮废水的处理
随着污水处理技术的不断完善，固定化微生物技术处理氨氮废水取得了不错的成效。利用改性聚氨酯作为载体去除有机污染物和氨氮废水，不仅提高了有机物污染物及氨氮的去除效果，而且使氨氮出水浓度降低到5mg/L以下[7]。采用聚乙烯醇和海藻酸钠作为载体处理高浓度氨氮废水，其出水水质稳定，氨氮去除率能够达到60%以上[8]。采用活性炭载体，将亚硝化细菌包埋在聚乙烯醇和海藻酸钠中，制备固定化小球，将固定化微生物小球作为载体，用于降解贾鲁河水中的氨氮，去除效率明显高于游离菌的去除效率，去除率高达96.78%[9]。
2.2 含氮废水的处理
研究表明，固定化微生物技术在处理生活废水方面具有较好的处理效果。利用固定化硝化细菌处理生活污水中的氨氮，其去除率明显高于传统活性污泥，当菌群与载体比值小于1∶2.5时，氨氮去除效率高达90.12%[10]。利用固定微生物小球构建膜生物反应器处理生活污水，对氨氮的去除率高达98%，污染物去除率较高，在城镇生活污水处理中具有较好的应用前景[11]。
2.3 其他含氮废水的处理
养殖场废水具有氨氮浓度高，其水体带有大量病菌的特点，因此必须满足养殖场废水的排放标准。采用人工沸石、珊瑚砂为微生物载体，将活性污泥包埋在聚乙烯醇和海藻酸钠中，对养殖废水中脱氮性能进行研究，结果表明人工沸石和珊瑚砂为载体的小球对废水中的氨氮去除效率最高，脱氮效率分别高达85.74%和92.58%[12]。此外，该技术在其他含氮废水也有较好的应用。将活性污泥包埋在固定化反硝化菌中处理化工污水，结果表明，脱氮效率高达95%，出水总氮浓度低于10mg/L，为化工厂污水生物脱氮提供了理论依据[13]。
3 结语
固定化微生物技术在污水生物处理中具有处理效率高、稳定性强、微生物浓度高、耐冲击负荷强等特点较好地弥补了传统生化脱氮工艺的不足，在污水脱氮中拥有广泛的应用前景。随着技术的发展，固定化微生物技术应用于各种废水处理取得较好的进展，但仍需进一步的研究和改进，比如，培养优势微生物细菌，强化对不同类型废水的处理;开发和改良更多新型的固定化载体，提高载体性能，降低成本费用;不断优化固定化微生物反应场所，提高污水处理效率;将固定化微生物技术与其他污水处理工艺相结合，发挥各自的优势，提升污水处理效率。
参考文献
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