固定化微生物与游离菌净化SO2性能的初步对比实验论文.docVIP

　　固定化微生物与游离菌净化SO2性能的初步对比实验论文 摘要：本文对固定化微生物和游离菌净化SO2的性能进行了初步对比实验研究，分别测试了固定化微生物与游离菌在液相和气相环境中对SO2的净化性能，同时考察了在气相条件下二者对SO2的净化效果。实验表明，利用复合固定化方法即吸附—包埋—交联法制备的固定化小球，与游离菌相比，对SO2的净化性能有显著提高。 关键词：固定化微生物 二氧化硫 降解 0 引 言 我国是以煤为主要能源的国家。1990年煤在一次能源中占76.2%，2000年占70%，预计2050年仍占60~70%1.freelple等（1954年）就分别发现某些化能自养型细菌与煤中FeS2的氧化有关，并从煤矿废水中分离出氧化亚铁硫杆菌（Thiobacilus ferroxidans）3。然而，当时，此发现并未引起足够的重视，直至70年代，因世界范围的大气污染和酸雨问题日益严重，世界各国才开始重视与煤炭脱硫有关的微生物研究。 微生物脱硫是利用化能自养微生物对SOX的代谢过程，将烟道气中的硫氧化物脱除。在生物脱硫过程中，氧化态的污染物如SO2，硫酸盐、亚硫酸盐及硫代硫酸盐经微生物还原作用生成单质硫去除4。目前，传统的生化处理存在着生物浓度低，会产生大量的污泥，并且给后处理带来麻烦，同时占地面积大，投资高、动力消耗多等问题。这些问题采用传统方法不能解决，而固定化微生技术却展现了广阔的前景5-6 固定化微生物技术即固定化细胞技术，是20世纪60年代开始迅速发展起来的一项新技术 ，它是通过化学的或物理的手段将游离细胞或酶定位于限定的空间区域内，使其保持活性并可以反复利用7。固定化微生物技术最初主要用于发酵生产，70年代后期，被用到水处理领域，近年来则成为各国学者研究的热点。固定化生物技术克服了生物细胞太小，与水溶液分离较难，易造成二次污染的弊端，具有微生物密度高、反应迅速、微生物流失少、产物易分离、反应过程易控制等优点，是一种很有前途的污染物处理技术8-10。采用固定化技术可以使微生物封闭在载体内，减少菌体的脱落，同时微生物在载体内可以繁殖，当酶失去活性后，通过培养可恢复其活性而被反复利用11。 近年来，随着世界经济的发展及工业的进步，环境问题已成为全球性问题，固定化微生物技术作为一种新的处理方法，已成为生物工程和环境工程技术的一个重要分支，越来越受到人们的重视。固定化微生物法净化低浓度烟气SO2技术的研究不仅拓展了生物技术在废气治理领域的研究与应用，而且为低浓度烟气SO2的生物治理提供了一个新途径。因此本研究对固定化微生物与游离菌净化SO2的性能的进行了对比，以确认固定化微生物法净化SO2的可行性。 1 实验条件与方法 1.1菌种培养实验装置 本驯化实验中所使用的菌种溶液为某污水处理厂氧化沟中段的污水，采用诱导驯化方式对菌种进行驯化，即向菌液中每日通入一定量的SO2气体，并不断地提高SO2气体的量，使微生物逐步适应并经多代繁衍。经过一定时间的驯化后，分析菌种对液相中亚硫酸根的降解性能，来判断菌种对SO2的净化性能。实验装置如图1所示。 Fig.1 experimental equipment of training microbe 图中1、2、3为SO2气体发生装置，即H2SO4溶液和Na2SO3溶液在3中反应生成SO2气体，并在风机的作用下，将气体吹入装有菌液的驯化装置6。 1.2固定化微生物制备方法 常用的固定化制备方法可分为三种：吸附法、交联法和包埋法12。现分述如下： 1)吸附法 吸附法是通过静电吸引或利用载体对细胞的亲和性将细胞直接吸附在水不溶性载体上。一般只要把载体放在细胞悬浮液中搅拌或浸泡，然后洗去没有被吸附的游离细胞，就制成了固定化细胞。该法操作简单，对细胞活性影响小，但所能固定的细胞数量有限。吸附法分为物理吸附和离子吸附两种。 2)交联法 交联法不使用载体，是利用双功能或多功能试剂直接与细胞表面的基团如氨基、烃基等进行交联，使细胞之间相互接成网状结构。最常用的交联剂有戊二醛，顺丁烯二酸酐、甲苯二异氰酸酯等。此法化学反应激烈，对细胞活性影响大。另外，交联剂大多价格昂贵，限制了它的广泛应用。 3)包埋法 包埋法是将细胞包裹在凝胶的网格结构中或者包裹在半透性聚合薄膜内，小分子的底物和产物可以自由扩散，而细胞却不会扩散到周围介质中去。包埋的载体主要有聚丙烯酰胺、琼脂、明胶、K—卡拉胶和海藻酸钙等。包埋法的优点在于包埋方法简单、条件温和，可以保持较高的细胞酶活力，是应用最为广泛的细胞固定化方法之一12。 根据本课题组的前期实验，增加活性炭的投加量，可使固定化微生物小球的活性和耐酸性均有不同程度的提高，但机械强度基本不变。增加己二胺的投加量，使小球的相对活性、机械强度和耐酸性均有不同程度的增加；交联时间增加也会使小球