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固定化微生物技术是20世纪60年代发展起来的一门新兴生物技术。该技术利用物理或化学的措施将游离微生物细胞或酶定位于限定的空间区域,并使其保持活性从而反复利用,具有效率高、稳定性强、反应易控制、对环境耐受力强、保持菌种高效等优点。目前经常采用的生物固定化方法主要有吸附法、包埋法、交联法和共价结合法,尤以包埋法和吸附法最为常用。选择合适的固定化细胞载体是这项技术的关键,固定化细胞载体主要有天然高分子凝胶载体(琼脂、海藻酸钙等)和有机合成高分子凝胶载体(如聚乙烯醇PVA、聚丙烯酰胺ACAM等)。因为PVA凝胶具有无毒、廉价、对细胞活性损伤小、抗微生物分解和机械强度高等特点,被认为是目前最有效的固定化载体之一。Nagadomi等使用由PVA-硼酸和海藻酸材料固定化的光合细菌处理水产废水,试验结果表明,固定化PVA球的水质净化能力比海藻酸盐固定化球强。

目前对处理水产养殖废水的固定化菌株研究得较多的是光合细菌和硝化细菌。将光合细菌同载体结合并固定化,不仅可以增强沉降性,使水质净化效率提高、稳定性增强,微生物质量分数提高;同时还具有抗环境因子影响能力强,可长期保持包埋菌占优势而防止其它有害菌生长等优点。郑耀通等[16]净化模拟养殖水质的试验结果表明,经PVA、SiO2、CaCO3、海藻酸钠组成的凝胶液固定化后的光合细菌可显著提高氨氮和COD的去除率,并能增加溶解氧。加入固定化光合细菌15d后,氨氮含量下降98.9 %,溶解氧增加63.4%,COD去除率为70.6%。由此可以看出,固定化光合细菌在去除氨氮、有机物质和增加溶解氧方面有明显的优越性。硝化细菌主要用于生物脱氮。黄正等选用PVA作为硝化细菌包埋体,添加适量粉末活性炭包埋固定化硝化污泥,制备固定化小球,经6周驯化后处理养殖废水,COD的去除率为74.9 %,氨氮的去除率达82.5 %。Kim等为评估固定化硝化细菌处理海水循环养殖系统废水的脱氮特性,以PVA-硼酸法制备凝胶固定硝化细菌,试验结果表明,运行30~40 d后,氨氮的去除率达98%,亚硝酸盐的累计质量分数从6 mg/L降到0.1 mg/L以下;当海水盐度不同时,硝化细菌的活性恢复时间相同;在条件适宜、RHT为0.3 h时,氨氮的最高去除率可达82 g/m3.d。可见固定化硝化细菌技术对处理海水循环养殖废水表现出很好的脱氮效果。

藻类固定化技术起始于20世纪80年代,与游离藻类相比,固定化藻类具有细胞密度高、反应速度快、运行稳定可靠、藻细胞流失少等优点。严国安用海藻酸钙凝胶包埋固定斜生栅藻净化废水,试验结果表明,固定化斜生栅藻对氨氮和正磷酸盐的净化效果明显高于未固定斜生栅藻。W ilkinson对活性藻类的固定化研究结果表明,固定化藻类对重金属的去除效率要比悬浮藻高,速率更快。藻类固定化技术在废水处理中具有广阔的应用前景,但是,该技术目前主要处于实验研究阶段,在实际应用中还存在许多问题,如对固定化微生物的净化机制及其保存、批量生产等的研究尚未完善。

微生物固定化技术能够有效净化养殖水体,降低环境污染并有利于建立高效率的循环养殖系统,降低生产成本,从而促进养殖业的发展。相信经过不断的研究和改进,固定化微生物技术一定能在养殖废水生物处理的实际应用中发挥巨大潜力。