复合材料固定微生物处理废气的研究进展.doc

1、复合材料固定微生物处理废气的研究进展摘 要： 微生物技术是利用微生物新陈代谢作用来净化废气的技术。本文对固定化微生物技术及其所用包埋载体进行简要介绍，对聚乙烯醇（ PVA）和海藻酸钠（SA）包埋微生物去除废气的影响因素进行综述，并总结了固定化微生物处理废气的应用，提出了一种既能促进微生物的生长，又能改善小球的性能新方向。 关键词：复合材料 包埋微生物 废水 废气 生物固定化技术是 20 世纪 70 年代发展起来的技术，它是使物质扩散进入多孔性载体内部，或利用高聚物在形成凝胶时将物质包埋在其内部1。经研究结果表明，该技术可用于处理 NH3 和等 H2S 多种废气2，由此可见，固定化微生物在处理废

2、气中有非常重要的意义。因此，本文对固定化微生物技术及其所用包埋载体进行简要介绍，对聚乙烯醇（ PVA）和海藻酸钠（SA）包埋微生物去除废气的影响因素进行综述，并总结了固定化微生物处理废气的应用，提出了一种既能促进微生物的生长，又能改善小球的性能新方向。 微生物细胞的固定化方法有吸附法、交联法和包埋法，其中，以包埋法最为常用3。包埋材料主要分为：一类是天然高分子多糖类，主要有琼脂、明胶和 SA 等，这类包埋材料具有成型容易，毒性小，传质性能好，包埋密度高等优点，但机械强度较低。另一类是合成高分子化合物，常主要有 PVA 与聚丙烯酰胺等，这类载体材料不易被微生物分解，机械强度较高，且化学稳定性好。

3、 聚乙烯醇是一种无色、无毒、无腐蚀性、且微生物不易降解的有机高分子化合物，在纺织浆料、涂料、薄膜等工业领域中普遍使用，但成型性差。而海藻酸钠比较容易成型，传质性能较好，但其机械强度差，分析原因一方面是海藻酸钠凝胶是一种多糖类物质在水中有一定的水溶性，另一方面微生物能够降解海藻酸钠4，所以用海藻酸钠做包埋凝胶小球的主体材料不适合。因此，将 PVA 与 SA 相结合，提高机械强度与传质性能。 1.复合材料包埋性能的影响因素 影响复合材料包埋性能的因素有 PVA 与 SA 的浓度配比、交联剂、添加吸附剂等，通过形成小球的难易程度、机械强度和传质性能来评价凝胶球的性能，选择最佳条件来包埋微生物去除废气

4、。 1.1 PVA-SA 的浓度配比 洪梅等5采用 PVA-SA 作为包埋剂，培养了用氯苯驯化的微生物，制备固定化微生物小球，利用正交实验确定了制备固定化微生物小球的最佳条件，并对固定化微生物和游离微生物降解氯苯的效果进行了比较。结果表明：固定化小球制备最优条件为：聚乙烯醇的质量浓度 80g/L，海藻酸钠质量比 1.0%，菌液与包埋剂体积比 25：1，当氯苯质量浓度为80mg/L，菌液接种量为 8%，氯苯去除率为 87.6%，固定化微生物降解性能较好。杨慧4等研究了 PVA 与 SA 的配比，PVA 和海藻酸钠混合溶液浓度，凹凸棒土浓度，活性污泥浓度，通过形成凝胶球的机械强度和传质性能来检测，

5、研究结果，PVA 与 SA 的质量浓度最佳配比为 7：1。 1.2 交联剂 用于制备 PVA-SA 小球的交联剂有戊二醛、硼酸和 CaCl2 溶液。王孝华6采用戊二醛与 CaCl2 溶液作为交联剂，研究了戊二醛用量、PVA 与SA 质量比、CaCl2 质量分数、戊二醛与聚乙烯醇的反应时间对复合材料含水率的影响。实验结果表明：当戊二醛质量分数为 0.85%、聚乙烯醇与海藻酸钠质量比为 8：1 、CaCl2 溶液质量浓度为 2%、交联 1.5h 时，复合材料的拉伸强度和扯断伸长率最高，含水率最高。茆云汉7采用 5种不同固定化方法，即 PVA-硼酸法、PVA-硝酸盐法、PVA-磷酸盐法、PVA-硫酸

6、盐法、PVA 冻融法，通过检测包埋微生物的机械强度与活性。结果表明，PVA-硫酸盐法制备的凝胶球机械稳定性较高，包埋微生物的生物活性较高，凝胶球的使用寿命在 30d 以上。 1.3 交联时间 赖子尼8以正交设计试验法制备聚乙烯醇-海藻酸钠混合物，研究了 PVA-SA 配比、交联剂浓度、交联时间与凝胶硬度的关系。结果表明，凝胶硬度的影响因素的次序是交联时间、SA、PVA 和 CaCl2 浓度。李花子9等以 PVA-SA 作为包埋介质采用延时包埋法，延长溶解后冷却的时间和加入化学试剂，结果表明，用这两种方法制得的聚乙烯醇固定化颗粒的水溶胀性减少，不容易破裂，通过电镜观察发现，改进后的聚乙烯醇凝胶网

7、状结构明显优于未经过改进的。 1.4 添加吸附剂 许多学者10，11在 PVA-SA 复合材料中添加了活性炭纤维、碳酸钙、泥炭、蛭石、高岭土、珍珠、铁粉、二氧化硅粉末、钙基膨润土、粉末活性炭、硅藻土等。结果发现，添加吸附剂的凝胶球机械强度和传质性能都好于未添加吸附剂的凝胶球。 综上所述，以上方法可以使 PVA-SA 这种复合材料的机械性能和传质性能有所改进，但是添加吸附剂，可以使物理吸附和生物降解同时进行，因此在 PVA-SA 复合材料里添加吸附剂的方法比较可行。 2. P 复合材料包埋微生物技术处理废气的研究 采用 PVASA 复合材料固定微生物技术在治理许多废气如 NH3、H2S等方面都有

8、研究。 2.1 处理 NH3 氨气是一种会发出刺激性气味的无色气体，是污染大气的重要污染物。因此，Kim 等12利用 PVA-SA 复合材料固定微生物，通过生物过滤器治理 NH3，当为 NH3 的进口浓度为 0.056g（m3?h）时，去除氨气的效率为 68%100%，并且使用寿命在 60d 以上，由此可见，PVASA 复合材料固定微生物在处理氨气中具有较大的应用前景。 2.2 处理 H2S H2S 废气对环境及人体有较大的危害，已经引起了人们的广泛关注13，Kim 等14采用 PVA-SA 包埋微生物并填入生物过滤器处理 H2S，结果表明，当 H2S 的浓度低时，H2S 的去除率可以达到 9

9、9%。 采用 PVASA 复合材料固定的微生物，处理废气的研究很少，用其他包埋材料固定微生物治理氮氧化物15、甲硫醇16、二氯甲烷17、油烟废气18等都有报道，除此之外，挥发性有机物质（VOCS）是在粉尘之后的第二大类污染物，挥发性有机气体的去除已成为大气污染控制领域的研究热点，因此，利用 PVASA 混合材料包埋微生物来处理甲醛和 VOCS 等废气具有重要的研究意义。 4. 结论 采用 PVA 与 SA 复合材料固定微生物处理废气有多种优点：处理效果好，反应器启动快、效率高、成本低、能耗省、无二次污染等，因此，使用这种材料固定微生物在环境治理中有独特的优势，在环境污染治理中的应用前景潜力巨大

10、。但在处理废气方面研究较少，目前仍处于实验室研究阶段并没有大规模应用，由此可见它还是有缺陷与不足，机械强度不足、传质性能不佳等，为改进 PVASA 复合材料，添加无机化学试剂（例如，NaSO3） ，既能促进微生物的生长，又能改善小球的性能，是材料改进的一个新的方向，使这种复合材料更能适用于工业化应用。 参考文献 1 谢新宇. 包埋粉末活性炭的高分子凝胶球对无机磷的去除效率及吸附特性J. 河北科技师范学院学报，2011，25（2）：22-25 2 何杰，赵佳佳，等. 固定化微生物技术净化废气的研究进展J. 能源环境保 护. 2010，24（5）： 4-7 3 Tampion J ，Tampion

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