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4 微生物固定化方法及其它影响因素
固定化载体和高效降解菌是固定化微生物技术的2个重要支撑,而固定化方式是协调2个支撑的关键媒介。固定化方式可以极大地影响微生物的生长和代谢,进而影响修复效果。主要的固定化方式有吸附法、包埋法、交联法、共价结合法,微生物自身固定化以及组合固定化技术等。表3中列出了各种固定化方法的性能比较。交联法虽然结合牢固,稳定性好,但操作比较复杂,反应条件激烈,容易导致微生物失活,故不常使用。吸附法和包埋法是应用最广泛的固定化方法。吸附法操作简单,对细胞活性影响小,但固定微生物数量和强度受载体影响大,且效果不稳定。包埋法可以实现高浓度的微生物固定,且微生物与载体联结强度较高,但包埋过程剪切力会导致微生物细胞失活。在固定化微生物修复PAHs污染土壤中,研究者大多采用吸附法和包埋法。
有学者分别用物理法和化学法包埋固定酵母菌修复苯并[a]芘污染土壤,结果表明,物理法效果普遍优于化学法,物理包埋法苯并[a]芘半衰期为5.66~8.49d,化学法为6.56~9.32d,比游离菌组有不同程度降低(7.40~12.03d)。为克服单一固定化技术的缺陷,组合固定化技术被关注。吸附-包埋联合固定化技术是一种重要的组合固定技术,首先将微生物与载体材料充分混合,使微生物尽可能的附着在载体材料上,然后用海藻酸钠等凝胶剂将混合液包埋固定。吸附-包埋联合固定化技术不仅实现高浓度的微生物固定和较高的固定化强度,同时由于吸附过程载体材料提供的微环境和营养物质,很好地解决了包埋过程微生物失活的问题。
除了固定化方法对固定化微生物性能有影响之外,固定化过程中各种条件参数也影响其环境修复效果。固定化时间和载体用量是固定化过程中2个重要的参数,对固定化颗粒韧性、微生物活性、微生物与载体结合强度都有显著的影响。荚荣等研究发现,固定化时间是影响固定化白腐真菌F17对多种染料降解效果的主要因素,菌丝与载体结合2d,白腐真菌对染料金橙G和刚果红具有最佳脱色率。Tao等比较了海藻酸钠浓度对包埋固定化效果的影响,发现在3%海藻酸钠添加浓度下得到的固定化细菌(Sphingomonas)颗粒在塑形、强度、韧性、通透性等方面均有较好的表现。
5 结论与展望
固定化微生物技术以其独特的优势和巨大的应用潜力在废水处理领域得到了广泛应用。但其在土壤修复中的研究则刚刚起步,其实用化倾向即大规模实际应用特征非常明显。要实现其规模化应用还有许多问题急需解决:①获得适宜于土壤的固定化载体,应用于土壤修复的微生物固定化载体应具有环境友好、性能稳定、成本低廉、微生物亲和性好、污染物吸附能力强的特点;植物残体类的天然有机质、生物碳类的炭质材料以及农业有机废弃物等具有明显的优势,是潜在的载体选择。②高效降解菌的筛选,采用疏水性表面的微生物更容易附着在各类载体材料的表面,直接用吸附态PAHs来筛选、驯化微生物,可望得到能高效利用吸附态PAHs的菌种或菌群。因此,利用吸附态PAHs作为碳源筛选获得能直接降解吸附态PAHs的高效降解菌是微生物固定化技术成功应用于土壤修复的另一个突破口。③采用合适的固定化方法,固定化方法应实现固定化微生物的高浓度、高活性、与载体结合强度高、性能稳定以及增强吸附固定作用等要求。吸附法和包埋法是应用广泛的固定化方法,但都存在一定的缺陷,吸附-包埋联合固定化技术可能是未来的一个重要选择。④固定化微生物的稳定性、持久性、安全性还有待进一步研究,同时,固定化微生物施入土壤后的激活以及调控机制还需要更多的探索。⑤与其他修复技术的联合使用,如用表面活性剂促进PAHs从土壤有机质中解吸出来,增加其流动性,提高其生生物可利用性。
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