探讨固定化小球处理效果的影响因素

摘要：本文主要讨论影响固定化小球处理效果的主要因素，得出影响小球的因素主要是成球过程中包埋剂、包埋量以及交联时间的设置。

关键词：固定化小球影响因素处理能力

重金属污染是环境工程中的一个研究热点，由于重金属在进入环境之后有一定的积累效应以及生物放大效应，所以如何将环境中的重金属的含量降低是当代的一个研究主流。控制环境中的重金属主要是在源头控制，一般是利用化学方法对重金属污染的废水进行处理以及对污水中的重金属离子进行回用。虽然进入环境中的重金属离子的虽然含量极低，但是一旦进入了环境，将会通过生物的积累以及放大效应，最终影响人类以及生态系统。目前，由于生物治理有无二次污染以、高效以及低成本的特点，利用微生物对环境中的重金属进行治理是近几年来新兴的技术。本文主要研究包埋法固定化微生物的影响因素以及最适合包埋条件，对微生物治理提供一个指导。

1.pH值

处理的pH值影响固定化小球的处理能力主要因素，有研究表明pH值为中性或者偏碱性的时候达到最大处理量。

程东祥等利用驯化以后的微生物处理水体中的铅离子以及汞离子，其中吸附铅离子的最佳pH值在5-6之间，吸附水体中的汞离子的最佳pH值为4。王璞等研究数据表明，该小球在水体的pH值为弱碱性的时候达到最佳处理效果。张亚娟将驯化以后的黑霉菌分别用低浓度的氢氧化钠以及盐酸浸泡，然后将分别将其制造成固定化小球处理铬离子废水，研究表明，经过氢氧化钠的浸泡的黑霉菌的处理效果在p H值为5.0的达到最佳的吸附效果，而经过盐酸浸泡的黑霉菌基本不能处理水体中的铬离子。李博等研究表明，小球处理水体中的偶氮染料是随着pH值的增加而呈现出正相关的趋势，并且随着pH值的上升，出水的COD也随着上升。唐凤舞等研究表明，pH值在7-9的范围内小球的处理效果达到最佳，在正交实验中p H值为8.0左右，小球的处理能力达到最佳。

综合上述的实验数据，各种小球所需要的P H值是与处理的重金属离子的种类密切相关，但是总的来说，水体在中性的条件下最适合小球处理水体中的重金属离子。

2、包埋比例

包埋细菌的数量是直接影响固定化小球的处理能力。因为小球的处理核心在于微生物，而微生物处理水体中的重金属离子是利用细胞壁外的多糖与重金属离子形成络合物，或者是将水体中的重金属离子吸收进入细胞体内，从而达到去除的目的。

程东祥等利用固定化小球吸附水体中的铅离子以及汞离子的最佳包埋比例为1：5左右，在该比例一下或者超过该比例将导致小球的处理效率下降。王璞等研究表明，PVA加入量为15％，sRB污泥的加入量为40％的包埋量制作的小球达到最佳处理效果。张亚娟将60mg的黑霉菌包埋在小球内部达到最佳的处理效果。李博等将包埋比例设置在每100 mL包埋剂中含有60 mL菌液的菌量，并且在该条件下达到偶氮染料的最佳处理效果，但是由于受其他条件的影响，出水的COD不能达标。刘蕾等将小球的包埋量控制在11％，而且经过一段时间稳定以后，小球的处理COD的能力达到90％，比活性污泥的处理效果好。吕荣湖等研究表明，在包埋量为10％、15％的时候，固定化小球在实验过程中产生明显的溶胀现象，并且部分出现破裂，较为理想的包埋量为0.5％、1％。

包埋的比例在不同的实验中存在不同的实验数据，他们之间并没有一个可比性较高的数据，主要由于污泥的性质以及处理废水的种类都不一样。但是综合考虑，如果是包埋的是好氧微生物为主的污泥，包埋量需要维持在一个较低的范围，上述实验结果也表明同样的趋势，查阅相关的资料，这与好氧污泥中的微生物繁殖速度有密切的关系，包埋污泥的量如果超过20％就很有可能发生小球的溶胀现象。但是相对于厌氧或者缺氧的污泥，繁殖的速度较低，包埋的比例可以高达40％，而且较高的包埋比例可以提高小球的处理效果，上述有关资料表明，包埋量在30 40％之内，可以有效的保证处理效果以及放置溶胀现象。不过小球的溶胀现象与很多的因素有关，例如水体中存在络合剂就会将小球中作为骨架的海藻酸钙中的钙离子置换，令小球发生溶胀。而溶胀现象也同时与小球的包埋剂的选择以及各种包埋剂的用量有一定的关系。所以分析小球溶胀现象的时候应该注意不同因素的讨论，分析主要原因。

3.处理温度

处理的温度是直接影响小球的传质速率以及细胞的活性。温度越大，水体中的重金属离子对小球的传质效果越好，但是过高将会严重影响细菌的活性，降低处理效率；反之，传质效率严重降低，而且微生物的活性也受到一定的影响。

程东祥等研究表明该小球的处理温度在20-35℃。王璞等研究数据表明外界温度为30℃左右是小球的最佳处理温度。张亚娟制作的小球的最佳处理温度在10℃左右达到黑霉菌包埋小球的最佳处理效果。唐凤舞等实验表明，在温度为30℃的时候，小球的处理能力达到最大，在正交实验中，温度控制在25℃左右，小球的处理能力最佳。

上述资料表明的最佳处理温度都有各自的差别，最高可以达到35℃，最低可以达到10℃。微生物在低于一定的温度的时候就会处于一个休眠期，而在该段时期微生物的处理效果最差，而相反，如果超过微生物的最适合的处理温度，微生物就会迅速死亡，令小球丧失处理能力。根据相关实验表明，小球的最高温度都不会超过40℃，而最低的处理温度也只是达到10℃，这也同时表明小球中的微生物群落最高也只能承受40℃的高温。至于最适合处理温度的不同，笔者认为最主要可能是小球内部的微生物的群落发生相应的改变，而不同的微生物群落所需要的最适合的处理温度也有所不同。

4.包埋剂的选择

包埋剂的选择是直接影响到固定化小球的传质效果以及机械强度。如果包埋剂的选择不恰当或者浓度较低，将会导致小球的机械强度偏低，而且可能导致小球在处理废水的时候发生严重的溶胀现象，导致出水的COD偏高；而反之，将会增加传质阻力，令小球的处理能力受到一定的限制。

程东祥等利用海藻酸钠以及PVA混合使用的包埋剂制作固定化小球，处理的效果达到50％左右，但是在浓度较低的废水中基本没有吸附的效果。李博等使用PVA和海藻酸钠混合使用的包埋剂制作固定化小球，并且与仅仅采用PVA或者海藻酸钠的固定化小球进行对比，两者混合的制作的小球的处理能力比单独使用一种包埋剂制作的小球的处理效果高。刘蕾使用PVA与海藻酸钠连用制作固定化小球，水体中COD的去除率达到90％。王璞等利用PVA以及活性炭制作固定化小球在最佳的处理条件下，水体中的重金属离子的去除率达到98.5％，但是水体中的重金属离子的含量达到1.5mg／L，并没有达到深度处理的效果。张亚娟利用4％的海藻酸钠固定化黑霉

菌，该小球对C r6+、Cd2+的吸附量合计为(3.061+8.533)mg／g。祝丽思等在经过碳酸钠调节p H值为6.7左右的P V A的浓度为10％的溶液中固定化微生物，处理效果达到最佳。吕荣湖等使用5％～10％的PVA与少量海藻酸钠进行固定化小球的制作，将交联剂的p H值控制在3.7左右，小球的机械性能以及处理的能力达到最佳效果。吴云海等使用活性炭固定微生物以后，再用海藻酸钠进行包埋，并且与单独使用活性炭和海藻酸钠进行包埋的小球进行性能的对比，研究表明，将活性炭和海藻酸钠混合使用制作的小球的处理效果最佳。

上述的实验表明包埋剂的使用应该有一下几点原则

(1)包埋剂应该对生物的活性影响较低，以保证包埋以后的微生物可以保持原来的活性。

(2)包埋剂的选用应该复合使用，以保证成球容易和传质阻力低。

(3)所选用的包埋剂在成球以后应该既有一定的机械强度，以维持小球的形状，防止溶胀现象。

上述资料表明，如果使用单一包埋剂，例如单独使用海藻酸钙可能会影响小球的机械强度，抗逆性较低以及溶胀现象较明显的缺点；如果使用聚丙烯酰胺或者聚乙烯醇作为包埋剂则会导致成球困难和传质效率低等缺点。所以在选择包埋剂的时候应该将多孔性物质，高分子聚合物质以及生物多糖联合使用，以达到降低传质阻力和提高机械强度等目的。

5、交联时间

交联时间是影响细胞的活性以及小球对微生物的固定化程度，交联的时间越长对微生物的影响越大。程东祥等设置的交联时间为4h，王璞等设置的交联时间为30h。祝丽思等劲研究表明，交联时间在24小时以内，达到最佳的处理效果。李博等将交联时间设置为24h，并且在4℃的低温下进行交联。刘蕾等设置交联的时间为24h

由于交联是主要固定化微生物的步骤，在交联的过程中，交联剂会对微生物产生一定的影响，可能会导致微生物大量死亡，所以合理的交联时间显得非常重要。结合上述的实验数据，交联的时间在24小时以内，对微生物的活性的保持以及对小球的机械强度都有积极的作用。

结论

通过对比上述的实验数据，笔者今后在该领域的主要研究方向

(1)影响小球的处理性能的主要有污水的物理性质以及制作小球的过程。其中污水的物理性质一般对小球的影响不大，这也充分说明了小球具有一定的保护微生物的功能。今后的研究应该在此方面加强，以提高微生物的抗逆性，便于统一处理不同性质的废水。

(2)固定化小球的包埋剂应该向难生物生物降解，具有成球容易的特点，以保证在一定的用量的包埋剂的具有多方面的优点

(3)应该发展生物毒性较低的交联剂，令生物更加容易适应小球的内部环境以及减少微生物活性的损失。

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