(内蒙古建筑职业技术学院 市政工程系,内蒙古 呼和浩特 010050) 固定化细胞技术是用化学或物理的手段将游离细胞定位于限定的空间区域,并使其保持活性 ,反复利用的方法。研究和应用表明〔1〕,固定化微生物技术,具有微生物密度高 、反应速度快、耐毒害能力强、微生物流失少、产物分离容易、处理设备小型化等优点。固 定化微生物技术在化工、医药等行业的成功应用,引起了许多学者对活性污泥固定化的重视 〔2〕。笔者以校园生活污水为处理对象,通过试验研究确定PVA-硼酸法包埋活性污 泥的最佳包埋条件。 研究中用到的活性污泥取自于兰州雁儿湾污水厂二沉池,其他材料均为化学纯。 实验采用兰州交通大学居民区生活污水,其水质情况如表1所示: 先将浸泡了24h的聚乙烯醇用恒温水浴锅在90℃左右完全溶解后,冷却到40℃左右,得到一 定浓度的溶液,将活性污泥离心浓缩(3000r/min)15min,用生理盐水洗涤并离心2次,称取 一定量的浓缩污泥,加入所需质量的活性炭后,充分吸附几分钟。按照活性污泥与载体溶液 的质量比,称取一定量的载体溶液,与浓缩的活性污泥混合搅匀使污泥在材料中均匀分布, 将混合物均匀涂于网格塑料片上,然后将塑料薄片浸泡在交联剂中交联固定一定时间。取出 后分别用蒸馏水和生理盐水各冲洗2次,浸泡在废水中备用,这就是我们制备的固定化生物 膜,以下称PVA生物膜。为了消除酸性环境对PVA生物膜活性的影响,进行交联时用Na2CO 3溶液将交联剂溶液调至pH为6.7左右〔3〕。 如图1所示,反应器是由长、宽、高分别为10cm、10cm、 15cm的有机玻璃制成的长方体, 有效容积为1L。 影响固定化包埋技术效果的因素有:主要包埋剂的浓度,污泥的包埋量,交联剂的浓度,交 联反应时间等等,而包埋剂的浓度、污泥的包埋量和交联时间又是这些因素中的主要影响因 素〔4〕。为确定聚乙烯醇作为载体材料,含2%CaCl2的饱和硼酸作为交联剂的包埋 和交联联合固定化的最佳条件,在初步研究的基础上,参考相关资料〔5〕,以PVA的 浓度(A)、浓缩污泥与PVA溶液的质量比(B)、交联时间(C)为影响因素,每个因素选取3个水 平,按表3进行正交实验,以确定最佳的固定化条件。 反应器中放置3片经活化的生物膜,一次进水,连续曝气10h,静置1h后取样。进水CODcr浓 度保持484mg/L,以CODcr的去除率作为指标进行考核,具体的实验结果见表2和图2。 由表2可以看出,在所选的3个影响因素中,交联时间的极差最大,其 次是聚乙烯醇(PVA )溶液的浓度,最后是污泥与PVA溶液的质量比,由此,PVA生物膜对CODcr去除率的影响由 大到小排列是:交联时间>聚乙烯醇溶液浓度>污泥与PVA溶液的质量比。而最佳处理效果的 方案是第4号实验:A2B1C2。此实验方案对CODcr的去除率达到了8969%。同时可以得到COD cr的去除率与3个因素不同水平之间的关系,如图2所示。 从实验结果可以看出:交联时间太短,细胞表面的反应基团还没全部与交联剂形成共价键, 交联不完全,生物膜弹性较差,聚乙烯醇容易溶出,微生物易漏; PVA溶液的浓度对实验结果影响也比较大。增加PVA溶液的浓度,可以提高膜的机械强度。实 验过程中我们也发现,随着PVA溶液的浓度的增加,生物膜的强度迅速增大。但浓度太大, 溶液粘稠度增大,与污泥不易混合均匀,操作困难,而且影响氧气和底物的传质从而进一步 影响到微生物的活性,综合考虑,取聚乙烯醇溶液浓度为10%。从图2中也可以看出,PVA 溶液浓度增加到12%时,CODcr的去除率降低。 包泥量是对本实验结果影响最小的因素。目前,还没有合适的方法来表示载体内的微生物浓 度,作为一种间接的表示方法,有人用载体内的细菌数来表示。固定化的一大优点就是能使 反应器内保持较高的微生物浓度,这显然与包埋的污泥量有关,污泥量越多,微生物越多。 但是,维持反应器内高浓度的的微生物,主要是依靠包埋剂内微生物的繁殖,从图2也可 以看出,当污泥量与PVA溶液的质量比>1∶1后,CODcr去除率反而降低,分析原因可能 是包泥量过大会影响固定化系统中底物、产物及其他代谢产物的自由扩散,而产物和其他代 谢产物常常能抑制细胞的酶反应,因此,去除率反而降低了。 根据实验结果综合考虑各方面因素,最后确定适宜的固定化条件见表3:
固定化微生物技术作为废水处理领域新兴的技术,由于其独特的优越性和传统方法不可比拟 的优点,具有广阔的发展前景,但目前固定化技术处理废水仍处于起步阶段。本文通过利用 包埋固定化微生物技术对生活污水处理进行初步研究,得到以下结论: ①用PVA—硼酸法将活性污泥包埋固定成膜板状,比通常制成颗粒状的方法简单,容易操 作,并且避免了在运行过程中的颗粒粘连破损现象,是一种可行的固定化方法。 ②虽然固定化技术处理废水有着诸多的优点,但目前对固定化处理废水的研究上处于实 验室阶段,工程应用甚少,建议以后加强中试实验,同时结合其他工艺进行研究,为今后的 工程应用奠定基础。 |