固定化微生物技术

王志刚 原创 | 2008-03-10 17:29 | 收藏 | 投票

   固定化微生物技术

  固定化微生物技术起始于1959年,由Hattori等人首次实现了大肠杆菌的固定

化,此后发展迅速。该技术最初主要用于工业发酵,20世纪70年代以后,由于水污

染严重,迫切需要一种高效、快速,能连续处理的废水处理技术,从而微生物固定

化技术才在污水处理中得到广泛应用,效果较好,至今已经形成了较为完备的理论

和方法。
  固定化微生物技术是指利用化学的或物理的手段将游离的微生物定位于限定的

空间区域,并使之成为不悬浮于水仍保持生物活性、可反复利用的方法。
    这里的微生物主要是人为选定的特效降解菌的优势菌种,应满足以下3个基本

条件:
    ①投加的菌体活性高;
    ②菌体可快速降解目标污染物;
    ③在系统中不仅能竞争生存,而且可维持相当数量。

    固定化载体为微生物创造了更不易解体的生存环境,所以,一个理想的固定化

载体的选择也很重要。适合于废水处理的固定化载体应具有以下性能:
    ①对微生物无毒,生物滞留量高;
    ②传质性能好;
    ③性质稳定,不易被生物降解;
    ④机械强度高,使用寿命长;
    ⑤固定化操作简单;
    ⑥对其它生物的吸附小;
    ⑦价格低廉。

  目前常用的载体可分为无机载体、有机高分子载体和复合载体3大类型。
    1-无机载体如多孔玻璃、硅藻土、活性炭、石英砂等。
    2-1有机载体还可分为两类:一类是高分子凝胶载体,如琼脂、角叉莱胶和海

藻酸钙等;
    2-2另一类有机合成高分子凝胶载体,如聚丙烯酰胺凝胶、聚乙烯醇凝胶、光

硬化树脂、聚丙烯酸凝胶等。
    3-复合载体是由无机载体和有机载体材料结合而成,使两类材料的性能互补,

从而显示复合载体材料的优越性。

    固定化微生物的制备方法

  目前,固定化微生物的制备方法多种多样,国内外没有统一的分类标准,根据

对各种方法的分析,可将其分为物理固定法和化学固定法两大类。物理固定法主要

有包埋法、吸附法(载体结合法)和包络法,化学固定法包括共价结合法和交联法

(架桥法)等。


  1 包埋法
  包埋法是将微生物菌体包埋在半透性的聚合物凝胶或膜内,小分子的底物和产

物可以自由出入,而微生物却不会漏出。包埋法可分为高分子合成包埋、离子网络

包埋及沉淀包埋,是目前研究最广泛的固定化方法。常用的包埋法固定微生物的载

体材料有天然高分子多糖类的海藻酸钙凝胶和卡拉胶、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰

胺(ACAM)等。其中,天然高分子凝胶对微生物无毒,传质阻力小,但结合强度小;

有机合成高分子凝胶强度高,影响微生物的生物活性,同时传质阻力大。


  2 吸附法
  吸附法是利用微生物所具有的可吸附到固体物质表面或其它细胞表面的能力,

将微生物吸附在附加剂的表面的方法,这是一种非常廉价和有效、比较常用的微生

物固定化方法。吸附法可分为物理吸附和离子吸附。物理吸附是使用具有高吸附能

力的物质,如硅胶、活性炭、多孔玻璃、碎石、卵石、铅炭、硅藻土、多孔砖等吸

附剂,将微生物吸附在表面使其固定化。离子吸附是利用微生物在解离状态下离子

键作用而固定于带有相反电荷的离子交换剂上,常见的离子交换剂有DEAE-纤维素

、CM-纤维素等。


  3 包络法
  20世纪90年代初期,为克服吸附法和包埋法固定微生物的缺点,又提出用包络

法固定微生物的新技术。包络法以人工合成生物相容性好的聚丙烯酸酯共聚物基体

型多孔颗粒为载体。郑邦乾等[5]的研究表明,微生物即可在该多孔载体外表面生

成机械强度高的生物膜,又可在载体内孔中聚集大量的微生物,增大了微生物的聚

集密度,而且提高了生物粒子承受水力负荷的能力。


  4 共价结合法
  共价结合法是细胞表面上官能团和固相支持物表面的反应基团形成化学共价键

连接,从而固定微生物。该方法固定化微生物稳定性好,不易脱落,但限制了微生

物的活性,同时反应激烈,操作与控制复杂苛刻。


  5 交联法
  交联法是通过微生物与具有两个或两个以上官能基团的试剂反应,使微生物菌

体相互连接成网状结构而达到固定化微生物的目的。聚集-交联固定法是使用凝聚

剂将菌体细胞形成细胞聚集体,再利用双功能或多功能交联剂与细胞表面的活性基

团发生反应,使细胞彼此交联形成稳定的立体网状结构。这样,高效菌体不易流失

,生物浓度高,而使处理效果提高。最为常见的交联剂是戊二醛。

个人简介
从业于环境工程的设计研究、工艺、技术、装备新品研发,历经数十年如一日。对于污染治理、生态环境工程设计,主张实施人性化体贴设计。 个人邮箱: wmywzg@163.com;wmywzg@yahoo.com.cn。 主页网址:价值中国——王志刚h…
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