固定化微生物技術在水處理中的應用進展

司圓圓 陳興漢* 關則智 姚啟魏

（1陽江職業技術學院 廣東陽江 529500 2新鴻發水產養殖公司 廣東陽江 529500）

引言

隨著我國水產養殖規模的逐步擴大及集約化程度的不斷提高，養殖過程餌料殘留、排泄物累積等造成水產養殖水質不斷惡化，由此引發養殖行業病害加劇、水產品質量安全風險增大等一系列問題。用微生物制劑調控水產養殖水質是改善養殖水質、緩解氮素污染的重要手段和研究熱點[1]。養殖水體中的污染控制多通過直接投加微生物制劑實現，游離的菌株對環境適應能力差，且易隨水體流失，效果不穩定。通過固定化微生物技術，菌劑在固定顆粒內部緩慢釋放，生物量濃度提高，微生物耐受能力明顯增加。固定化微生物可以提高水產養殖水質中的微生物濃度，節約成本。

1 固定化的材料與方法

目前微生物的固定法主要有包埋法、吸附法、吸附-包埋法、包埋-交聯法、吸附-包埋-交聯法等符合固定化方法[2-3]。

本罪應為行為犯，只要實施了故意傳播艾滋病的行為，不論是否造成他人感染艾滋病的結果，都應當認定為既遂。至于未造成他人感染艾滋病的結果，可以作為量刑的依據。

1.1 包埋法

包埋法是將微生物細胞固定在特定的材料中，以提高微生物的活性和濃度。材料主要是天然高分子材料和合成的高分子材料兩大類。天然的高分子材料有海藻酸鈉、瓊脂、果膠糖、明膠、卡拉膠等；合成的高分子材料主要包括聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚苯乙烯多聚體等。其主要作用機理是將微生物細胞截留在高分子材料內部，使細胞高度集中且仍保持較高的生物活性[3]。包埋法即可防止細胞流失，又可使底物和反應產物自由進出載體，此外，包埋材料具備一定的機械強度和抗沖擊負荷，使微生物不易脫落，固液分離簡便，因此在水產養殖廢水處理領域具有明顯的優勢。

C、D泊位一次事故的最大用水量為387m3，庫區內設有一座1100m3的消防水池，能夠滿足C、D泊位最大用水量。

1.2 吸附法

芽孢桿菌主要包括枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌、側孢芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌等[8]，應用的水產養殖領域的芽孢桿菌的作用主要有兩類，一是作為微生物調控劑，調控水質，抑制不利微生物的繁殖，二是作為資料添加劑，改善水產經濟動物腸道菌群，調節免疫等。芽孢桿菌可利用種類豐富的營養物質，分泌多種酶類(如蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等)及營養代謝產物(如多種氨基酸和維生素類物質等)。

微生物的固定化是指通過物理或化學手段使游離狀態的微生物固定在有限的空間，或包埋于高分子材料中，保持生物活性并使之緩慢釋放的生物方法。包埋法中，載體的孔徑小于細菌的直徑（0.5—5um），利用這種孔隙結構能有效抑制微生物的流失；吸附法中，有益微生物被吸附在固定化載體表面，形成一層生物膜。固定化載體可以為微生物提供屏障，免除養殖環境毒素等不利的環境脅迫；水體中的氨態氮、亞硝態氮和硝態氮等污染物質通過擴散進入固定化載體內部，進而凈化水質。

2 固定化微生物的作用機理及在水產養殖中的應用

利用微生物較易吸附在固定表面的性質，在載體表面形成生物膜，阻止微生物細胞的流失。常見的吸附載體主要有聚多殼類包括纖維素、瓊脂糖、明膠、木材等。另外，合成載體包括塑料、陶瓷類、硅藻土等在水產行業應用也較多。

硝化細菌和反硝化細菌是水產養殖水處理環節應用最廣的細菌[4]，尤其是反硝化細菌，以硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮為電子受體，將氮源轉化為氮氣，特別是近年研究較多的好氧反硝化細菌，如產堿桿菌屬（Alaligenes）、脫氮副球菌屬（Paracoccus denitrificans）和假單胞菌屬（Pseudomonas）等。與傳統生物脫氮相比較，好氧反硝化細菌可進行同步硝化反硝化，極大地縮短工藝流程，且滿足水產養殖富氧的環境，可以充分利用水體中的碳源進行自身新陳代謝活動，有較大的應用價值。

3 固定化微生物的種類

3.1 硝化和反硝化細菌

固定化微生物具有生物濃度大、作用高效、穩定的特點，是水產養殖污染控制的重要技術手段，微生物可以通過氨化、硝化、反硝化、氧化等手段使有機物分解為硝酸鹽類、二氧化碳、氮氣等，又能分解養殖塘底部腐敗的沉積物質，使養殖水體得到凈化。利用微生物固定化技術可以進行養殖塘的原位脫氮處理，利用硝化細菌去除養殖水體中的硝態氮；利用固定化反硝化細菌，可以徹底去除養殖水體中的硝態氮；利用光合細菌，可以去除養殖底泥中的硫化物和有機質。

個人內在制約因素中，出現最頻繁的是健康狀況限制、技能缺乏、精力不夠、擔心犯罪(圖 8)。其中，擔心犯罪主要影響女性休閑活動。相反，隨著休閑日益成為現代人不可或缺的生活方式，沒有休閑習慣和不重視休閑、因休閑感到內疚等因素對休閑者的阻力大為減弱。

3.2 光合細菌類

固定化微生物技術對養殖水體、工業廢水及生活廢水有較好的處理效果，固定化材料的選擇與制作是決定固定化微生物技術應用于水產養殖行業水處理的關鍵。生物質材料由于比表面積大和特定的孔隙結構，以及成本低、細菌親和力好等優點，不但有利于微生物的富集，且可以作為緩釋碳源提供微生物正常的新陳代謝，在水產養殖行業具有重要的應用價值。而將特定的高效降解污染物的微生物通過固定化技術投放到養殖水體中將成為以后的研究方向。

3.3 芽孢桿菌

吸附法是利用細胞對特定載體的親和性，將微生物細胞直接吸附在載體表面的一種固定化處理方法。其主要作用機理是物理吸附、離子吸附。前者主要是通過物理作用將細胞吸附在載體上，后者又包括離子選擇和離子交換，主要是將微生物吸附在礦質元素的表面，利用化學鍵或離子引力的作用使微生物細胞和載體牢固結合在一起。

結語

光合細菌（Photosynthetic Bacteria）是一類可進行光合作用的原核生物，屬革蘭氏陰性菌，能夠在厭氧光照或好氧黑暗條件下生長，在無公害水產養殖中具有較大的應用價值[5]。自1960年光合細菌被用于處理污水以來，越來越多的學者研究光合細菌在廢水處理中的應用[6-7]。光和細菌中，紅螺菌科（Rhodospirillaceae）較多應用于水產養殖，可在光照條件下，直接利用水體中的有機質和硫化氫進行光合作用，使養殖水質得到凈化，同時，促進小球藻、硅藻等的生長繁殖，并可抑制藍藻等有害藻類的生長。同時，光合細菌具有耐污、耐酸堿等能力，具有較大的利用價值。