固定化細胞技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

1、固定化細胞技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用收稿日期:2010202201作者簡介:杜偉(19832,男,助理工程師,交通部天津水運工程科學(xué)研究院水路交通環(huán)境保護技術(shù)實驗室,天津300456李國一(19642,女,教授級高級工程師,交通部天津水運工程科學(xué)研究院水路交通環(huán)境保護技術(shù)實驗室,天津300456杜偉李國一摘要:介紹了固定化細胞技術(shù),綜述了近年來固定化細胞的制備方法、固定化細胞的反應(yīng)特性,對采用細胞固定化技術(shù)處理各種廢水的一些實驗?zāi)M進行了簡要的論述,并指出了今后的研究方向。關(guān)鍵詞:固定化細胞,廢水處理,生物處理中圖分類號:X703文獻標(biāo)識碼:A固定化生物技術(shù)是從20世紀60年代開始迅速發(fā)展的一項新

2、技術(shù),它是利用化學(xué)的或物理的手段將游離細胞或酶定位于限定的空間區(qū)域以提高微生物的濃度,并使之不懸浮于水仍保持生物活性,并可反復(fù)利用1。與傳統(tǒng)的懸浮生物處理法相比,它具有處理效率高、穩(wěn)定性強、反應(yīng)易于控制、菌種高純高效、生物濃度高、污泥量少、固液分離效果好、喪失活性可恢復(fù)等優(yōu)點2。1細胞固定化技術(shù)1.1固定化細胞的制備方法固定化細胞的制備方法很多,理想的制備方法應(yīng)具有的特點3:1能夠控制固定化細胞顆粒的大小和孔隙度,固定化方法簡便易行;2固定化所使用的材料價廉易得,成本盡量低;3固定化系統(tǒng)具有穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、良好的機械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性;4固定化系統(tǒng)能使底物、產(chǎn)物和其他代謝產(chǎn)物自由擴散;5單位體

3、積的固定化系統(tǒng)擁有盡可能多的細胞,以更好地起到生物催化作用。處理廢水的固定化細胞的制備方式同樣是多種多樣的,大致可以分成共價結(jié)合法、交聯(lián)法、吸附法和包埋法四大類4。幾種固定化細胞的制備方法的優(yōu)缺點比較見表1。1.2固定化細胞載體從制備方法可以知道,固定化細胞技術(shù)的關(guān)鍵在于所采用的固定化載體材料的性能。適用于廢水處理的理想固定化細胞載污水有著夏冷冬熱的特點,利用好污水源熱泵就可實現(xiàn)冬季供暖(或制熱水,夏季制冷的功能。使用污水源熱泵一個重要的問題就是系統(tǒng)的過濾除污,這點解決不好的話將嚴重影響系統(tǒng)的壽命和效果。北京的奧運項目和一些住宅項目在污水源熱泵使用方面已經(jīng)取得了很大成功。3水景冷卻塔所謂“水景

4、冷卻塔”其實是作者本人提出的一個概念性東西。在很多工程中,考慮到冷卻塔的噪聲、空間以及美觀要求,冷卻塔的安裝位置一般比較難解決。基于上述情況,我們可以假想一個系統(tǒng)。一般星級酒店內(nèi)都有噴泉、水幕墻等人工水景,如果能將水景的水用作冷水機組冷卻水,冷卻水泵兼作水景水泵,通過水景水在室外的流動自然冷卻,這樣既節(jié)省了冷卻塔,又可以省去一套水泵,在初投資、運行費用上都可以大大降低,真是一舉多得。當(dāng)然這個方案只是停留在概念上,由于這個冷卻過程是個自然冷卻的過程,冷卻效果受天氣影響很大,如何保證穩(wěn)定的冷卻效果是需要重點解決的問題。4熱回收新風(fēng)機組對于夏季室外溫度較高的城市,空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)負荷非常大,所以使用帶

5、熱回收功能的新風(fēng)機組和組合式空調(diào)機組就非常有必要。使用了熱回收機組后,不但新風(fēng)冷負荷大大降低,并且由于有了熱回收排風(fēng)系統(tǒng),加大了空氣流動,增強了空氣品質(zhì)。該設(shè)備比普通的新風(fēng)機組體積要大,并且為雙風(fēng)機,應(yīng)該多注意安裝空間和配電控制問題。5自然通風(fēng)毫無疑問自然通風(fēng)是最健康的通風(fēng)方式。在海南三亞某酒店,大堂區(qū)為高大空間,并朝向大海,該酒店一年四季都利用海風(fēng)對大堂自然通風(fēng),大堂區(qū)沒有安裝中央空調(diào),只是在大堂頂上安裝了多組無動力吊扇,在海風(fēng)的驅(qū)動下,吊扇不斷轉(zhuǎn)動,增強了大堂區(qū)的空氣流動,同時也起到了大堂裝飾效果,降溫通風(fēng)效果和裝飾效果都非常好。這種利用海風(fēng)的通風(fēng)方式,既健康環(huán)保,又節(jié)省運行費用,可以大力

6、推廣。6結(jié)語雖然在現(xiàn)階段,新能源還不能完全代替常規(guī)能源,一些新技術(shù)也只是對傳統(tǒng)技術(shù)的重要補充,但隨著新能源、暖通新技術(shù)的不斷開發(fā)利用,暖通行業(yè)對節(jié)能減排工作的貢獻也會越來越大。參考文獻:1方建生.關(guān)于暖通空調(diào)設(shè)計中幾個問題的分析J .山西建筑,2009,35(2:1902191.N e w HVAC technology and energy conservation and emission reductionWEI FengAbstract :Through introducing the effective applications of the new HVAC and new ene

7、rgies in present hotel professions ,the thesis indicates the HVAC industry has showed its importance in the work of energy conservation and emission reduction ,and points out the HVAC industry will have a larger contribution to the work of energy conservation and emission reduction ,with the develop

8、ment and application of new energy and technologies.K ey w ords :condensation heat recovery ,water source heat pump ,water scene cooling tower ,heat recovery fresh air unit ,natural ventilation271第36卷第16期2010年6月山西建筑SHANXI ARCHITECTURE體應(yīng)具備以下特點6:1對微生物無毒性;2傳質(zhì)性能好;3性質(zhì)穩(wěn)定,不易被生物分解;4強度高、壽命長;5細胞的固定化操作容易;6水不溶性

9、;7價格低廉等。表1各種固定化方法的比較5性能包埋法吸附法共價結(jié)合法交聯(lián)法制備的難易適中易難適中結(jié)合力適中弱強強活性保留適中高低低固定化成本低低高適中存活力有有無無適用性大適中小小穩(wěn)定性高低高高載體的再生不能能不能不能空間位阻大小較大較大就目前在固定化細胞技術(shù)中所使用的載體材料而言,主要分為三大類:有機高分子載體、無機載體和復(fù)合載體6。無機載體(如陶珠、活性炭、砂粒等大多具有多孔結(jié)構(gòu),與微生物接觸時利用吸附和電荷效應(yīng)把微生物固定,具有機械強度大、對微生物無毒性、不易被微生物分解、耐酸堿、成本低、壽命長等特性,且制作簡單易行,只需把載體放入含有微生物一定濃度的溶液中浸泡一段時間即可,因而是一類重

10、要的載體材料6。復(fù)合載體是由有機載體材料和無機載體材料結(jié)合而成,使兩類材料在許多性能上互補。Lin 等利用海藻酸鈣聯(lián)合包埋固定可以分解五氯酚(PCP 中間產(chǎn)物的真菌細胞和粉末活性炭用于降解PCP ,結(jié)果表明:復(fù)合固定化體系能更加有效地降解PCP ,顯示出復(fù)合載體材料的優(yōu)越性7。幾種固定化細胞有機載體材料的性能比較見表2。表2幾種固定化細胞有機載體材料的性能比較6載體材料3.42有效系數(shù)75685860耐生物分解性差一般一般好好對生物毒性無無無較強一般固定化難易易易易難較易成本便宜較便宜貴貴便宜2固定化細胞技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用2.1用于處理印染廢水的研究固定化細胞在印染廢水的脫色處理方面也有廣

11、泛的研究,如劉志培等8利用聚乙烯醇固定化混合細菌細胞,進行了印染廢水的脫色研究。結(jié)果表明:固定化細胞對印染廢水的脫色活性與其自然細胞相似,但固定化細胞的熱穩(wěn)定性增加。在連續(xù)一個月的試驗中,水力停留時間少于3.0h ,脫色率均可維持在70%80%,達到了處理要求。王孔星等9選用多孔性硅酸鹽材料做無機載體,吸附固定化脫色菌。試驗結(jié)果表明,固定化細胞反應(yīng)塔脫色處理80min ,色度去除率平均達85.15%,出水色度在100以下,符合排放標(biāo)準。采用固定吸附脫色菌處理印染廢水可以獲得很好的處理效果,與其他方法相比,有投資小,處理費用不高等優(yōu)點。2.2用于處理含酚廢水的研究含酚廢水的處理普遍采用活性污泥法

12、,但存在污泥產(chǎn)率較高,易產(chǎn)生污泥流失,處理效率低等缺點。固定化細胞對廢水中酚類等有毒物質(zhì)的降解能力遠大于游離態(tài)細胞。Y ang 10用三乙酸纖維素脂單載體與海藻酸鈣的復(fù)合載體包埋混合好氧菌處理含酚廢水,并與采用同樣載體的表面吸附生物膜法比較,當(dāng)容積負荷(以COD 計小于90kg/(m 3d 時,包埋法固定化細胞的酚去除率達90%以上。周定等11使用從活性污泥中分解出來的降解酚活性高的熱帶假絲酵母菌,用海藻酸鈣作為包埋細胞的載體,在三相流化床反應(yīng)器中連續(xù)處理含酚廢水,進水酚的質(zhì)量濃度為300mg/L ,出水酚質(zhì)量濃度小于0.5mg/L ,污泥發(fā)生量僅為活性污泥法的1/10。以上研究表明,有選擇性

13、地固定優(yōu)勢菌種能大大提高降解酚的速率,同時,固定化細胞技術(shù)具有很強的耐毒抗毒能力。2.3用于廢水的生物脫氮的研究廢水生物脫氮目前較為普遍采用的是活性污泥法,但固定化微生物技術(shù)因其具有細胞濃度高、反應(yīng)速度快、便于連續(xù)化和自動化控制、易于管理等突出優(yōu)點,在廢水的生物脫氮處理中有巨大的應(yīng)用前景。日本的中村裕記采用聚丙烯酰胺包埋固定硝化菌和脫氮菌,采用好氧硝化和厭氧反硝化兩段工藝進行合成廢水的脫氮試驗12。與懸浮生物法比較,低溫下硝化速度增大了6倍7倍,脫氮速度提高了3倍。50d 的連續(xù)處理試驗表明,停留時間由原來的7h (硝化4h +反硝化3h 縮短為4h (硝化2h +反硝化2h ,設(shè)備容積將縮小

14、50%。周定等13用聚乙烯醇包埋脫氮微生物,試驗結(jié)果表明,固定化微生物可以在較低p H 、較低溫度的條件下獲得較好的處理效果,增加了脫氮過程對寒冷氣候,入水條件的適應(yīng)性。2.4用于處理農(nóng)藥及制藥工業(yè)廢水的研究制藥工業(yè)廢水屬于較難處理的高濃度有機污水之一,目前國內(nèi)外處理制藥廢水大量使用的仍是活性污泥法。20世紀90年代以來應(yīng)用微生物固定化技術(shù)處理制藥廢水已越來越成為研究的重要內(nèi)容。與活性污泥法相比,固定化細胞技術(shù)具有很強的耐毒抗毒能力,處理穩(wěn)定效果好,污泥量少。陳敏等15利用聚乙烯醇包埋活性炭和微生物的固定化技術(shù)對有機磷農(nóng)藥水胺硫磷的降解進行了研究,結(jié)果表明,經(jīng)固定化的微生物對溫度,p H 值和

15、水樣水胺硫磷濃度的適應(yīng)范圍擴大。在3個月的連續(xù)試驗中,若水樣初始COD Cr 濃度為1300mg/L 2500mg/L ,停留時間24h ,在恒溫搖床(30,150r/min 內(nèi)降解,其去除率為55%70%。3細胞固定化技術(shù)應(yīng)用的展望綜上所述,固定化細胞技術(shù)用于廢水處理具有傳統(tǒng)活性污泥法不可比擬的優(yōu)勢,但是,該技術(shù)在應(yīng)用于實踐方面還有許多有待解決的問題:1固定化細胞技術(shù)所采用的載體和固定技術(shù)需要進一步改進,力求降低載體對生物活性和傳質(zhì)的不利作用6;2進一步探索固定化細胞在各個系統(tǒng)中的傳遞和反應(yīng)特性,針對不同的處理體系,優(yōu)化操作條件1;3目前固定化技術(shù)所用細菌多為自然馴化菌種,隨著生物工程技術(shù)的

16、發(fā)展,應(yīng)充分利用其研究成果,培養(yǎng)高效菌種。參考文獻:1馮玉杰.現(xiàn)代生物技術(shù)在環(huán)境工程中的應(yīng)用M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.2陳銘,周曉云.固定化細胞技術(shù)在有機廢水中的應(yīng)用與前景J .水處理技術(shù),1997,23(2:982100.3雷樂成.水處理高級氧化技術(shù)M .北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.4王家玲.環(huán)境微生物學(xué)M .北京:高等教育出版社,1998.5王建龍.生物固定化技術(shù)與水污染控制M .北京:科學(xué)出版社,2002:7.6朱柱.固定化細胞技術(shù)中的載體材料及其在環(huán)境治理中的應(yīng)用J .重慶建筑大學(xué)學(xué)報,2000,22(5:20222.371第36卷第16期2010年6月杜偉等:固定化細胞

17、技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用試論人工濕地在校園污水資源化中的作用收稿日期:2010202207作者簡介:楊濤(19792,男,助教,陜西理工學(xué)院土建系建筑學(xué)教研室,陜西漢中723001楊濤摘要:從建立校園循環(huán)用水的角度出發(fā)論述了校園污水資源化的必要性,進而結(jié)合校園污水處理的實際,提出應(yīng)將人工濕地作為校園污水處理的重要手段,并分析了其可行性和優(yōu)勢,以期有效利用校園污水資源。關(guān)鍵詞:人工濕地,污水資源化,可行性,優(yōu)勢中圖分類號:TU991.11文獻標(biāo)識碼:A近年來隨著高校擴招,辦學(xué)規(guī)模的發(fā)展和改善,高校用水逐年增加,已成為城市公共用水大戶之一。但同時高校對水資源的有效利用卻不平衡,因此如何充分利用水資源

18、,達到綠色、可持續(xù)的標(biāo)準,這既是高校自身發(fā)展的需要,也是高校必須承擔(dān)的社會責(zé)任。本文就是基于此角度,探討如何利用校園濕地提高校園水資源的有效利用。1污水資源化的必要性1建立校園的循環(huán)用水模式。綠色用水就意味著水資源的合理、高效地使用。目前,我國校園水系統(tǒng)從物質(zhì)流動和表現(xiàn)形態(tài)的角度看,是一種大量取水、大量用水、大量排放廢水的單向流動的線性模式。這種模式由于是一些相互不發(fā)生關(guān)系的線性所疊加,出入系統(tǒng)的物質(zhì)流遠遠大于內(nèi)部相互交流的物質(zhì)流。即作為一個系統(tǒng)其水資源供給量和消耗量大于水系統(tǒng)中各組成部分相互交換的水量,因此該水系統(tǒng)表現(xiàn)出“高開采、低利用、高排放”的特征,從而必然造成投入高、消耗大、低效能的用

19、水特點。表1傳統(tǒng)用水模式和循環(huán)用水模式的比較用水模式傳統(tǒng)用水模式循環(huán)用水模式取水取水量大,無針對性針對不同用水需求,最優(yōu)取水使用使用率低使用率高,多次使用內(nèi)部交換很少,基本沒有 有著相互的水資源交換排放一次性排放量大排放量少循環(huán)的水資源使用模式因為加強了水系統(tǒng)內(nèi)部的互聯(lián)的方式從而可以在系統(tǒng)內(nèi)部進行水資源的交換,以達到最大限度利用進入該系統(tǒng)的水資源,從而能夠形成“低開采、高利用、低排放”的結(jié)果。兩種不同的用水模式的比較見表1。鑒于建立校園用水的循環(huán)用水模式,一方面可以減少校園水資源浪費,提高其利用率,同時對降低辦學(xué)成本有著重要的經(jīng)濟意義;另一方面學(xué)校用水和排污在城市水系統(tǒng)中日益占有重要比重的情況

20、下,建立校園循環(huán)水系統(tǒng)還可以減少污水排放對城市污水處理的壓力,具有一定社會意義。2污水資源化是建立循環(huán)用水模式的重要環(huán)節(jié)。不同的用水設(shè)備和項目對水質(zhì)有不同的要求,如圖1所示。對于甲用水項目而言,乙項目使用過后不能滿足自身水質(zhì)要求的廢水仍能滿足甲項目用水水質(zhì)的要求。這樣如果將乙項目使用過的廢水引到甲項目進行使用,使得同一水資源被連續(xù)使用兩次,就極大地提高水的使用效率。7胡慶昊.固定化細胞技術(shù)應(yīng)用于廢水處理的研究進展J .環(huán)境污染與防治,2003(2:35238.8劉志培,楊惠芳,賈省芬,等.吸附法固定化細胞對印染廢水脫色研究J .環(huán)境科學(xué),1992,13(1:225.9王孔星,張秀文,謝裕敏,等.用固定化細菌處理印染廢水的中試研究J .環(huán)境科學(xué)與技術(shù),1990,2(2:224.10Y ang P Y.Pacded 2entrapped 2mixed microbial cells for smallwastewater treatment J .Water Science and Technology ,1990(22:3432351.11周定,侯文化.固定化微生物處理含酚廢水研究J .環(huán)境科學(xué),1990,11(1:126.12高寶玉.固定化細胞在廢水處理中的應(yīng)用J .山東環(huán)境,1999(2:325.13周定,王建龍,侯文化,等.固定化細胞在廢水處理中的應(yīng)