周 鵬，許祥祥，李光蕾

（沈陽(yáng)建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110168）

1 厭氧氨氧化工藝介紹以及存在問題

厭氧氨氧化過程是在厭氧或者缺氧環(huán)境下，由厭氧氨氧化菌以氨氮為電子供體、亞硝態(tài)氮為電子受體，氨氮與亞硝態(tài)氮反應(yīng)將氮元素轉(zhuǎn)化為N2的過程。厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮工藝得以應(yīng)用的前提條件是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中Anammox菌的富集培養(yǎng)與維持。然而，Anammox菌作為自養(yǎng)菌，緩慢的生長(zhǎng)速率與較長(zhǎng)的倍增時(shí)間使其難以在低溫低NH4+濃度的城市污水中進(jìn)行快速增殖，種種不利影響致使厭氧氨氧化菌工藝在城市污水中的應(yīng)用變得緩慢。針對(duì)這一問題國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的實(shí)驗(yàn)研究，例如采用技術(shù)手段控制進(jìn)水的條件與濃度等，但是采用這些新技術(shù)方法成本較高，沒有從根本上解決厭氧氨氧化技術(shù)不能大量應(yīng)用的問題。因此探究如何阻止厭氧氨氧化菌的流失，加速菌體顆粒的形成，即研究截留微生物技術(shù)手段成為了厭氧氨氧化工藝應(yīng)用的主要研究方向之一。

傳統(tǒng)的污水生物處理工藝主要采用活性污泥法處理微生物懸浮生長(zhǎng)。該方法雖然具有許多優(yōu)點(diǎn)，在污水處理領(lǐng)域長(zhǎng)期發(fā)揮著重要作用，多將微生物固定化應(yīng)用于污水處理，但也存在許多難以克服的缺陷，如反應(yīng)器中生物量濃度低、污泥與水分離困難、抗沖擊負(fù)荷能力差、污泥漂浮膨脹和流失等。固定化微生物技術(shù)是一種新的處理技術(shù)，由于固定化微生物技術(shù)可以固定所選擇的可以降解特定污染物的特定菌種，特定的菌群可以提升污水處理系統(tǒng)的針對(duì)性，通過包埋也可以提高菌種對(duì)環(huán)境的耐受性。該技術(shù)使污水處理效果穩(wěn)定，整個(gè)反應(yīng)器的操作與看護(hù)更加簡(jiǎn)單，重要的是污染物降解速率也比傳統(tǒng)方法好。因此，近年來固定化微生物技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)，一些研究成果已從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用階段。在用固定化微技術(shù)進(jìn)行污水或者廢水試驗(yàn)時(shí)，包埋法是被廣大研究者所使用最多的方法，也是目前看來較為有效的微生物固定化方法之一。

2 包埋固定微生物技術(shù)的介紹

2.1 包埋固定技術(shù)的基本原理及特點(diǎn)

包埋法是通過聚合、沉淀、離子網(wǎng)絡(luò)或改變?nèi)軇?、溫度、pH值等方法，微生物細(xì)胞被聚合物的空隙所截取。聚合物所形成的細(xì)小網(wǎng)格可以阻攔微生物細(xì)胞，防止微生物細(xì)胞漏失，同時(shí)細(xì)胞所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及細(xì)胞所產(chǎn)生的小物質(zhì)可以通過小網(wǎng)格進(jìn)行傳遞與擴(kuò)散。包埋法操作簡(jiǎn)單，對(duì)微生物活性影響小，能將微生物細(xì)胞固定在特定的聚合物網(wǎng)絡(luò)中，固定化微生物強(qiáng)度高，與微生物細(xì)胞結(jié)合力強(qiáng)，化學(xué)性能穩(wěn)定。通過包埋，可以在一定的空間內(nèi)提高空間內(nèi)微生物的強(qiáng)度，固定了的生物細(xì)胞可以提高對(duì)外界不良因素的抗性如抵抗外界不合適的pH值，同時(shí)減緩了水力停留時(shí)間的影響，使微生物的相對(duì)反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)。包埋后的微生物相對(duì)位置穩(wěn)定，不容易隨著水流飄走，在連續(xù)流的處理試驗(yàn)過程當(dāng)中不易發(fā)生微生物的流失現(xiàn)象，微生物與介質(zhì)的分離也十分方便。包埋法是固定化微技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的方法之一，關(guān)于包埋法處理污水的研究很多。

2.2 包埋固定技術(shù)中常用的載體

固定化細(xì)胞技術(shù)中所用載體的物理化學(xué)性質(zhì)直接影響固定化細(xì)胞的協(xié)調(diào)性。協(xié)調(diào)性指的是傳質(zhì)性能和生物活性的協(xié)調(diào)，固定化材料必須具有足夠的孔隙，以允許底物進(jìn)入細(xì)胞并允許底物流出細(xì)胞，與此同時(shí)還要限制生物細(xì)胞的泄漏，細(xì)胞固定后，還要確保細(xì)胞的活力不受影響。一般來說，理想的微生物固定化載體應(yīng)具有以下特點(diǎn)：制備工藝簡(jiǎn)單、容易，對(duì)細(xì)胞無毒性，傳質(zhì)性能好，不易被微生物分解，性質(zhì)穩(wěn)定，強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)，價(jià)格低廉。目前常用的載體有聚乙烯醇（PVA）、海藻酸鈉（SA）、羧甲基纖維素鈉（CMC）、活性炭、硅膠、聚丙烯酰胺等，每一種載體都會(huì)有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。天然高分子凝膠載體有瓊脂、角叉菜膠、海藻酸鈉、卡拉膠和海藻酸鈣等，這類天然高分子具有易成型、無毒性、傳質(zhì)性能好等優(yōu)點(diǎn)，但是形成的包埋小球強(qiáng)度低、易破裂、易被微生物分解。有機(jī)合成高分子載體有聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、光硬化樹脂、聚丙烯酸等，這類有機(jī)合成高分子載體機(jī)械強(qiáng)度高、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、不易被微生物分解、對(duì)細(xì)胞無毒、成本低廉，但其缺點(diǎn)是通透性傳質(zhì)性能差。因此催生出一些新型包埋材料，天然高分子凝膠載體和有機(jī)合成高分子載體組成的混合載體，這種載體結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了兩者的缺點(diǎn)，而得到廣泛應(yīng)用。

2.3 包埋固定微生物技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

包埋技術(shù)在固定硝化細(xì)菌方面的應(yīng)用：宋吟玲等使用海藻酸鈉和PVA包埋固定硝化細(xì)菌，研究結(jié)果表明經(jīng)過包埋之后的硝化細(xì)菌有著比包埋之前更好的反映作用活性，并且對(duì)細(xì)菌所處的環(huán)境有著一定的耐受能力，較之前有更好的環(huán)境溫度適應(yīng)性，對(duì)環(huán)境pH的敏感性也有所降低。

包埋技術(shù)在固定反硝化菌方面的應(yīng)用：國(guó)外研究學(xué)者利用海藻酸鈣固定反硝化菌，固定后細(xì)胞的對(duì)抗外界不良環(huán)境的能力有所提高，在低溫下存活的能力得到提升，對(duì)pH變化的抵御能力增強(qiáng)。譚佑銘等利用固定后的反硝化菌材質(zhì)進(jìn)行脫氮以及有機(jī)物降解試驗(yàn)，經(jīng)過一段時(shí)間的試驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過包埋固定的實(shí)驗(yàn)組的處理效果較未經(jīng)包埋固定的對(duì)照組處理效果好得多，原因可能為包埋加速了細(xì)胞外物質(zhì)的傳遞。田晉紅等利用PVA與紗布包埋過的反硝化細(xì)菌進(jìn)行脫氮試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過固定化之后的反硝化細(xì)菌脫氮效率增加，同時(shí)也表現(xiàn)出了對(duì)低溫環(huán)境良好的耐受性。

包埋微生物固定技術(shù)在廢水生物脫氮領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用該技術(shù)大部分的反應(yīng)過程均有好的改變，該技術(shù)有很好的應(yīng)用前景。

3 包埋厭氧氨氧化污泥的應(yīng)用實(shí)例

厭氧氨氧化菌作為自養(yǎng)菌，緩慢的生長(zhǎng)速率與較長(zhǎng)的倍增時(shí)間使其難以在低溫低NH4+濃度的城市污水中進(jìn)行快速增殖，嚴(yán)重制約了厭氧氨氧化菌工藝的發(fā)展。因此利用包埋技術(shù)強(qiáng)化厭氧氨氧化菌使其具有在惡劣環(huán)境下較好生存的能力顯得十分有意義，已有研究人員通過試驗(yàn)證明包埋厭氧氨氧化菌的方法可行。

朱剛利等使用4種不同的包埋材料對(duì)培養(yǎng)好的厭氧氨氧化污泥進(jìn)行固定，并將固定后的材料制成球形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，4種厭氧氨氧化固定小球的處理效果均比較好，都表現(xiàn)出了很好的厭氧氨氧化活性。但是不同的包埋小球表現(xiàn)出了不同的機(jī)械強(qiáng)度，有的小球在經(jīng)過幾天的培養(yǎng)之后發(fā)生碎裂。這說明包埋厭氧氨氧化污泥可行，且對(duì)合適包埋材料的選擇十分重要。

陳光輝等在采用厭氧氨氧化法進(jìn)行污水處理的過程中，為了防止水中厭氧氨氧化污泥量的減少采用了水性聚氨酯（WPU）這種包埋材料。同時(shí)與采用其他材料的包埋小球進(jìn)行穩(wěn)定性能與厭氧氨氧化性能對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)包埋后的厭氧氨氧化污泥的厭氧氨氧化性能均比未包埋時(shí)好，采用了WPU材料的包埋顆粒機(jī)械性能最好。選用WPU包埋顆粒進(jìn)行100 d的連續(xù)流試驗(yàn)，在100 d內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)包埋顆粒碎裂的現(xiàn)象。這種包埋顆粒除了提升了反應(yīng)系統(tǒng)的抗負(fù)荷沖擊能力，還有良好的機(jī)械強(qiáng)度，很好解決了反應(yīng)器中厭氧氨氧化污泥流失的問題。

4 結(jié)語(yǔ)

研究表明，為了改善厭氧氨氧化菌的弱點(diǎn)，深入研究包埋厭氧氨氧化菌污泥很有意義。為了更好使厭氧氨氧化技術(shù)與包埋固定技術(shù)相結(jié)合還應(yīng)完善如下問題：開發(fā)出更加適應(yīng)厭氧氨氧化污泥的固定化載體，以及適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)的設(shè)備；對(duì)包埋形成顆粒物理性質(zhì)進(jìn)行研究，探究多大的包埋顆粒性狀更加適應(yīng)厭氧氨氧化污泥的包埋；單一的厭氧氨氧化菌很難很好地生長(zhǎng)，為此探究在包埋體中添加有利于厭氧氨氧化生長(zhǎng)的物質(zhì)，是否有益于生物反應(yīng)有待研究；探究厭氧氨氧化污泥的包埋濃度也十分重要。綜上，可以推測(cè)包埋厭氧氨氧化污泥技術(shù)有助于改善厭氧氨氧化污水處理法的缺點(diǎn)，可以幫助其在污水處理領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。