固定化技術(shù)是從60年代開(kāi)始迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是通過(guò)采用物理或化學(xué)手段將游離的細(xì)胞和酶定位于限定空間區(qū)域內(nèi)，使其保持活性并反復(fù)利用，由于使用固定化技術(shù)細(xì)胞密度高，反應(yīng)迅速，微生物流失少，產(chǎn)物分離容易，反應(yīng)過(guò)程較易控制，在實(shí)際應(yīng)用中成果顯著，已被廣泛應(yīng)用于發(fā)酵技術(shù)、能源開(kāi)發(fā)和化學(xué)分析中。
1 微生物的固定化過(guò)程
1.1 固定化微生物的篩選
目前，國(guó)內(nèi)大部分水廠(chǎng)所采用的是投藥→混凝→過(guò)濾→消毒工藝，其出水中需含有一定量的余氯，以保證飲用衛(wèi)生安全。但是據(jù)檢測(cè)，水中仍有一定量的細(xì)菌存在，這些細(xì)菌種群對(duì)氧化作用具有一定的抗性，若加以馴化會(huì)成為所要求的菌種。為此，對(duì)自來(lái)水中的細(xì)菌進(jìn)行了分離純化。
① 用酒精噴燈灼燒自來(lái)水龍頭3min，用無(wú)菌三角瓶(帶瓶塞)取自來(lái)水一瓶，迅速蓋上塞。
② 在無(wú)菌條件下，用無(wú)菌帶刻度吸管吸取1mL自來(lái)水注入預(yù)先配制的無(wú)菌全營(yíng)養(yǎng)液體培養(yǎng) 基里，搖床培養(yǎng)24h。
③ 在無(wú)菌條件下，用接種環(huán)挑取自來(lái)水在預(yù)先制備的平板固體培養(yǎng)基上劃線(xiàn)，然后置于37℃溫箱中培養(yǎng)24～48 h，同時(shí)用無(wú)菌5mL移液管吸取0.5mL培養(yǎng)液，滴于平板固定培養(yǎng)基中，進(jìn)行平板涂布。這兩種方法的同時(shí)使用保證了水中細(xì)菌不被遺漏。取0.5mL無(wú)菌水進(jìn)行涂布作為對(duì)照。
④ 培養(yǎng)結(jié)果：24 h后生長(zhǎng)細(xì)菌涂布板中共有18個(gè)菌落，將不同的菌落挑取出來(lái)，共得到13個(gè)菌落，然后接種于經(jīng)標(biāo)號(hào)的固體斜面培養(yǎng)基中，以備純化。
⑤ 純化方法用平板劃線(xiàn)法。首先將標(biāo)號(hào)菌分別用接種環(huán)挑取，在平板固體斜面培養(yǎng)基中劃線(xiàn)，然后放入溫箱37℃培養(yǎng)。
⑥ 24 h后取出平板，將其中單菌落挑取再接種于固體斜面培養(yǎng)基中以備后用，至此分離純化結(jié)束。
分別對(duì)上述13株菌進(jìn)行細(xì)菌形態(tài)和菌落形態(tài)的觀(guān)察，以及生理生化指標(biāo)測(cè)定到屬，得出上述細(xì)菌分別為假單胞菌屬、動(dòng)膠菌屬、芽胞桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、短桿菌屬、微球菌屬、葡萄球菌屬、不動(dòng)細(xì)菌屬、氣單胞菌屬、分枝桿菌屬、微桿菌屬、棒狀桿菌屬、埃希氏菌屬。
得到13株菌后，由于其中埃希氏菌屬和葡萄球菌屬中有某些種是病原菌，所以舍棄不用，最后篩選出11株菌作為微生物固定化的所用菌種。
1.2 固定化微生物的馴化和培養(yǎng)
由于原水屬于貧營(yíng)養(yǎng)狀況，所以將11株菌混合，并依次培養(yǎng)于含有全營(yíng)養(yǎng)到貧營(yíng)養(yǎng)的培養(yǎng)基中，最后在貧營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基中細(xì)菌數(shù)量穩(wěn)定在109MPN/mL(即大腸桿菌估計(jì)數(shù)為109個(gè)/ mL)左右后,進(jìn)行細(xì)菌的固定化。
1.3 固定化過(guò)程
將菌液桶置于高處，利用虹吸使菌液從上到下流入活性炭柱,柱下放另一水桶接住殘余的菌液,然后再將菌液倒回高處桶內(nèi)，這樣反復(fù)循環(huán)幾次直到流出水的菌數(shù)不再降低，這時(shí)可認(rèn)為活性炭柱對(duì)細(xì)菌吸附和截留已達(dá)飽和。為檢測(cè)細(xì)菌吸附情況，緊接著對(duì)炭柱通自來(lái)水，測(cè)定出水菌數(shù)。結(jié)果2h后出水菌數(shù)為108MPN/mL,當(dāng)連續(xù)運(yùn)行12h后，出水中菌數(shù)已達(dá)500MPN/mL(見(jiàn)表1)，此時(shí)可認(rèn)為細(xì)菌已被活性炭吸附。
為了測(cè)定生物活性炭上的生物量，取炭柱上、中、下三層的炭各10 g，分別置入裝有玻璃珠和100 mL無(wú)菌水的三角瓶中充分震蕩，使炭上的細(xì)菌完全洗脫下來(lái)，然后各取1mL洗脫液，用平板稀釋法測(cè)定細(xì)菌總數(shù)，結(jié)果如下：
炭柱上層2.2×105MPN/mL，炭柱下層3.4×103MPN/mL，炭柱中層2.3×104MPN/mL 。
得到上述生物活性炭后，將其裝入有機(jī)玻璃柱中進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。
2 試驗(yàn)裝置和方法
2.1 試驗(yàn)裝置
為了比較在同樣條件下普通活性炭和生物活性炭對(duì)原水的凈化效能，設(shè)計(jì)的設(shè)備裝置、規(guī)格及工藝參數(shù)如下：
高位配水箱：1.10m×0.55m×0.45m，有效容積0.25m3。
活性炭柱：柱內(nèi)徑為0.11m，高2.0m。底部填有0.30m的陶粒墊層，粒徑為2.0～3.0cm。上部為0.7m厚的ZJ—15型顆粒活性炭，粒徑為1mm，長(zhǎng)2～3mm，有效孔隙61.6%，大孔37.5% ，中孔12.5%，微孔50%。柱中的活性炭由預(yù)先馴化的菌種進(jìn)行活化(見(jiàn)生物活性炭形成過(guò)程) 。
2.2 試驗(yàn)用原水
以自來(lái)水為主體并投加一定量蛋白胨、牛肉膏及生活污水配制而成，其高錳酸鹽指數(shù)為5.0mg/L左右，濁度為6NTU左右，色度為35度左右，pH值為6～8。
2.3 分析測(cè)定方法
① CODMn的測(cè)定：用高錳酸鉀法測(cè)定。
② 色度測(cè)定：采用鉑—鈷系列比色法。
③ 濁度：采用日本HACH 2100A型濁度儀。
3 結(jié)果和討論
3.1 濁度的變化規(guī)律
在最初運(yùn)行的1～24d內(nèi)兩種炭對(duì)濁度的去除率都很高，在60%～80%之間，出水濁度為0.5～1.5NTU，平均值為1.0NTU，可以達(dá)到世界發(fā)達(dá)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。但是當(dāng)試驗(yàn)運(yùn)行到26d時(shí)，普通炭的去除率開(kāi)始下降。這主要是因?yàn)殡m然活性炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，但 其比表面積95%以上是微孔結(jié)構(gòu)，有效半徑為10-9m，大孔和過(guò)渡孔不到5%，而使水中 具有濁度的物質(zhì)主要為懸浮物和膠體，它們的有效半徑在10-7～10-5m之間，所以微孔不能充分發(fā)揮其吸附作用。當(dāng)運(yùn)行到35d時(shí)普通炭的濁度去除率降到最低，只有5%，此時(shí)普通炭的吸附作用達(dá)到飽和。分析認(rèn)為，在運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，普通炭仍有一定的吸附作用是因?yàn)榱Ｗ又g的物化吸附和載體的物理截流。而生物活性炭大孔和過(guò)渡孔已經(jīng)吸附有一定量的微生物，按吸附效能來(lái)說(shuō)其作用小于普通活性炭，但被其吸附的微生物可分泌一種叫莢膜類(lèi)的粘液性物質(zhì)，粘住水中懸浮顆粒和膠體物質(zhì)，然后通過(guò)分泌胞外酶將部分可生物降 解的物質(zhì)分解成二氧化碳和水，空出吸附位，此時(shí)的生物炭對(duì)濁度具有一定的去除率。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，到運(yùn)行后期濁度逐漸增大時(shí)，生物炭的降解作用也逐漸降低，這說(shuō)明生物降解速度很慢，主要以吸附作用為主。當(dāng)吸附的速度大于降解速度時(shí)，沒(méi)有被分解的物質(zhì)進(jìn)行積累，微生物沒(méi)有及時(shí)將吸附位空出，生物炭有效孔隙減少，大約在50d時(shí)也趨于飽和。即對(duì)濁度的去除率不再升高也不再降低，基本穩(wěn)定在10%左右。
3.2 高錳酸鹽指數(shù)的變化規(guī)律
運(yùn)行初期自來(lái)水的CODMn很低，大約在2.5～4mg/L之間，經(jīng)過(guò)兩種炭柱過(guò)濾后，出水都可達(dá)到國(guó)際衛(wèi)生組織(WHO)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(＜2.5 mg/L)。在最初的1～21d內(nèi)，兩種炭對(duì)CODMn的去除率相差不大，都在50%～60%左右。這是因?yàn)槠胀ㄌ烤哂邪l(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)( ＞95%)，溶解的有機(jī)小分子物質(zhì)可以進(jìn)入微孔而被吸附，此時(shí)活性炭的微孔就可比濁度去除 時(shí)更充分地發(fā)揮其吸附作用從而獲得比濁度去除更好的效果。運(yùn)行后期采用配水作原水，有機(jī)物種類(lèi)繁多，CODMn較高，運(yùn)行一段時(shí)間后即在35d時(shí)普通活性炭就達(dá)到了飽和狀態(tài)，使吸附和脫附達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡。而且隨著水流不斷流過(guò)濾料，部分有機(jī)物從濾料上脫附下來(lái)，結(jié)果造成了有時(shí)出水比進(jìn)水CODMn還高的情況。生物活性炭則不同，由于活性炭上吸附的微生物屬于人工接種，微生物只占據(jù)了活性炭的部分大孔和過(guò)渡孔 及活性炭表面，不會(huì)阻擋有機(jī)物進(jìn)入微孔，被微生物產(chǎn)生的胞外酶所降解。酶的來(lái)源主要有兩方面：微生物新陳代謝所分泌的胞外酶；死亡的微生物通過(guò)自溶作用向體外釋放的氧化酶。酶的大小按其球形計(jì)為0.01～1μm，在適宜條件下許多酶都能被活性炭大量吸附，一些較小分子量的酶或具有活性基團(tuán)的酶的碎片可進(jìn)入活性炭的微孔中，催化分解吸附在微孔內(nèi)的有機(jī)物為小分子化合物。由于活性炭對(duì)低分子量的物質(zhì)吸附能力差，這些小分子物質(zhì)就可從炭的孔隙表面解吸下來(lái)，向外擴(kuò)散進(jìn)入大孔和炭表面的微生物體內(nèi)，在細(xì)胞內(nèi)酶的催化下一部分合成細(xì)胞物質(zhì)，一部分進(jìn)行氧化分解最終以CO2和H2O及其他簡(jiǎn)單物質(zhì)形式釋放到菌體外，這樣不僅使有機(jī)物被分解，而且使被有機(jī)物占據(jù)的微孔在微生物作用下得以再生。但隨時(shí)間的延長(zhǎng)，沒(méi)有被降解的有機(jī)物逐漸積累，這樣就使得在運(yùn)行60d時(shí)，生物炭吸附和降解也達(dá)到飽和。
為進(jìn)一步測(cè)定微生物對(duì)活性炭的再生作用，在運(yùn)行40d后對(duì)三種炭的碘值進(jìn)行了測(cè)定，碘值是指和0.02mol/L碘液相平衡時(shí)每克活性炭吸附碘的毫克數(shù)，碘分子的直徑為0.532nm。
根據(jù)碘值測(cè)定結(jié)果分析可知，生物活性炭的再生率為81%，其中微孔再生率為81%～95%，這說(shuō)明吸附在微孔內(nèi)的有機(jī)物可以在微生物胞外酶作用下解吸下來(lái)，恢復(fù)微孔的吸附能力。
3.3 色度的變化規(guī)律
兩種炭在初期對(duì)色度的去除相差不多(色度去除試驗(yàn)時(shí)兩種炭已運(yùn)行接近50d，普通活性炭的吸附容量已接近飽和)，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到第6d時(shí)，該柱對(duì)色度的去除開(kāi)始下降，到第14d時(shí)已基本沒(méi)有去除效果。運(yùn)行之初生物炭對(duì)色度的去除率基本保持在40%左右，具有相當(dāng)?shù)拿撋芰?，分析認(rèn)為主要是由于：①細(xì)菌可以降解吸附于活性炭上的有機(jī)物，使其變成二氧化碳和水，為對(duì)色度的后續(xù)吸附空出吸附位；②細(xì)菌對(duì)生色基團(tuán)有一定的降解作用。但是，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，到試驗(yàn)的第14d時(shí)，生物炭對(duì)色度的去除率有所下降，隨著色度的升高，出水的色度也升高，這說(shuō)明生物炭對(duì)有機(jī)質(zhì)吸附的優(yōu)先性。試驗(yàn)初期水中有機(jī)負(fù)荷不是很高，細(xì)菌降解這部分有機(jī)物很充分，不可生物降解的物質(zhì)很少，但是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，不可被降解的有機(jī)物越來(lái)越多，而且長(zhǎng)期占用吸附位，這樣使活性炭的有效空間越來(lái)越少，到30d時(shí)對(duì)有機(jī)物的降解率開(kāi)始降低。被降解的有機(jī)物空出吸附位后，使炭孔周?chē)袡C(jī)物濃度降低，這樣從里到外形成了一個(gè)濃度差，易降解的有機(jī)物通過(guò)這種濃度差迅速占領(lǐng)該吸附位，色度粒子沒(méi)有機(jī)會(huì)被吸附，所以出水色度升高。
4 結(jié)論
50d的連續(xù)試驗(yàn)證明，采用篩選、馴化、培養(yǎng)的菌種進(jìn)行人工固定化，形成的固定化微生物對(duì)濁度的去除率在40%～70%之間，對(duì)高錳酸鹽指數(shù)的去除率基本在30%～60%之間，對(duì)色度的 去 除率基本穩(wěn)定在20%～40%之間，具有比普通活性炭更高的活性，而且大大提高了活性炭的使用壽命，具有良好的應(yīng)用前景。
1 微生物的固定化過(guò)程
1.1 固定化微生物的篩選
目前，國(guó)內(nèi)大部分水廠(chǎng)所采用的是投藥→混凝→過(guò)濾→消毒工藝，其出水中需含有一定量的余氯，以保證飲用衛(wèi)生安全。但是據(jù)檢測(cè)，水中仍有一定量的細(xì)菌存在，這些細(xì)菌種群對(duì)氧化作用具有一定的抗性，若加以馴化會(huì)成為所要求的菌種。為此，對(duì)自來(lái)水中的細(xì)菌進(jìn)行了分離純化。
① 用酒精噴燈灼燒自來(lái)水龍頭3min，用無(wú)菌三角瓶(帶瓶塞)取自來(lái)水一瓶，迅速蓋上塞。
② 在無(wú)菌條件下，用無(wú)菌帶刻度吸管吸取1mL自來(lái)水注入預(yù)先配制的無(wú)菌全營(yíng)養(yǎng)液體培養(yǎng) 基里，搖床培養(yǎng)24h。
③ 在無(wú)菌條件下，用接種環(huán)挑取自來(lái)水在預(yù)先制備的平板固體培養(yǎng)基上劃線(xiàn)，然后置于37℃溫箱中培養(yǎng)24～48 h，同時(shí)用無(wú)菌5mL移液管吸取0.5mL培養(yǎng)液，滴于平板固定培養(yǎng)基中，進(jìn)行平板涂布。這兩種方法的同時(shí)使用保證了水中細(xì)菌不被遺漏。取0.5mL無(wú)菌水進(jìn)行涂布作為對(duì)照。
④ 培養(yǎng)結(jié)果：24 h后生長(zhǎng)細(xì)菌涂布板中共有18個(gè)菌落，將不同的菌落挑取出來(lái)，共得到13個(gè)菌落，然后接種于經(jīng)標(biāo)號(hào)的固體斜面培養(yǎng)基中，以備純化。
⑤ 純化方法用平板劃線(xiàn)法。首先將標(biāo)號(hào)菌分別用接種環(huán)挑取，在平板固體斜面培養(yǎng)基中劃線(xiàn)，然后放入溫箱37℃培養(yǎng)。
⑥ 24 h后取出平板，將其中單菌落挑取再接種于固體斜面培養(yǎng)基中以備后用，至此分離純化結(jié)束。
分別對(duì)上述13株菌進(jìn)行細(xì)菌形態(tài)和菌落形態(tài)的觀(guān)察，以及生理生化指標(biāo)測(cè)定到屬，得出上述細(xì)菌分別為假單胞菌屬、動(dòng)膠菌屬、芽胞桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、短桿菌屬、微球菌屬、葡萄球菌屬、不動(dòng)細(xì)菌屬、氣單胞菌屬、分枝桿菌屬、微桿菌屬、棒狀桿菌屬、埃希氏菌屬。
得到13株菌后，由于其中埃希氏菌屬和葡萄球菌屬中有某些種是病原菌，所以舍棄不用，最后篩選出11株菌作為微生物固定化的所用菌種。
1.2 固定化微生物的馴化和培養(yǎng)
由于原水屬于貧營(yíng)養(yǎng)狀況，所以將11株菌混合，并依次培養(yǎng)于含有全營(yíng)養(yǎng)到貧營(yíng)養(yǎng)的培養(yǎng)基中，最后在貧營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基中細(xì)菌數(shù)量穩(wěn)定在109MPN/mL(即大腸桿菌估計(jì)數(shù)為109個(gè)/ mL)左右后,進(jìn)行細(xì)菌的固定化。
1.3 固定化過(guò)程
將菌液桶置于高處，利用虹吸使菌液從上到下流入活性炭柱,柱下放另一水桶接住殘余的菌液,然后再將菌液倒回高處桶內(nèi)，這樣反復(fù)循環(huán)幾次直到流出水的菌數(shù)不再降低，這時(shí)可認(rèn)為活性炭柱對(duì)細(xì)菌吸附和截留已達(dá)飽和。為檢測(cè)細(xì)菌吸附情況，緊接著對(duì)炭柱通自來(lái)水，測(cè)定出水菌數(shù)。結(jié)果2h后出水菌數(shù)為108MPN/mL,當(dāng)連續(xù)運(yùn)行12h后，出水中菌數(shù)已達(dá)500MPN/mL(見(jiàn)表1)，此時(shí)可認(rèn)為細(xì)菌已被活性炭吸附。
為了測(cè)定生物活性炭上的生物量，取炭柱上、中、下三層的炭各10 g，分別置入裝有玻璃珠和100 mL無(wú)菌水的三角瓶中充分震蕩，使炭上的細(xì)菌完全洗脫下來(lái)，然后各取1mL洗脫液，用平板稀釋法測(cè)定細(xì)菌總數(shù)，結(jié)果如下：
炭柱上層2.2×105MPN/mL，炭柱下層3.4×103MPN/mL，炭柱中層2.3×104MPN/mL 。
得到上述生物活性炭后，將其裝入有機(jī)玻璃柱中進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。
2 試驗(yàn)裝置和方法
2.1 試驗(yàn)裝置
為了比較在同樣條件下普通活性炭和生物活性炭對(duì)原水的凈化效能，設(shè)計(jì)的設(shè)備裝置、規(guī)格及工藝參數(shù)如下：
高位配水箱：1.10m×0.55m×0.45m，有效容積0.25m3。
活性炭柱：柱內(nèi)徑為0.11m，高2.0m。底部填有0.30m的陶粒墊層，粒徑為2.0～3.0cm。上部為0.7m厚的ZJ—15型顆粒活性炭，粒徑為1mm，長(zhǎng)2～3mm，有效孔隙61.6%，大孔37.5% ，中孔12.5%，微孔50%。柱中的活性炭由預(yù)先馴化的菌種進(jìn)行活化(見(jiàn)生物活性炭形成過(guò)程) 。
2.2 試驗(yàn)用原水
以自來(lái)水為主體并投加一定量蛋白胨、牛肉膏及生活污水配制而成，其高錳酸鹽指數(shù)為5.0mg/L左右，濁度為6NTU左右，色度為35度左右，pH值為6～8。
2.3 分析測(cè)定方法
① CODMn的測(cè)定：用高錳酸鉀法測(cè)定。
② 色度測(cè)定：采用鉑—鈷系列比色法。
③ 濁度：采用日本HACH 2100A型濁度儀。
3 結(jié)果和討論
3.1 濁度的變化規(guī)律
在最初運(yùn)行的1～24d內(nèi)兩種炭對(duì)濁度的去除率都很高，在60%～80%之間，出水濁度為0.5～1.5NTU，平均值為1.0NTU，可以達(dá)到世界發(fā)達(dá)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。但是當(dāng)試驗(yàn)運(yùn)行到26d時(shí)，普通炭的去除率開(kāi)始下降。這主要是因?yàn)殡m然活性炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，但 其比表面積95%以上是微孔結(jié)構(gòu)，有效半徑為10-9m，大孔和過(guò)渡孔不到5%，而使水中 具有濁度的物質(zhì)主要為懸浮物和膠體，它們的有效半徑在10-7～10-5m之間，所以微孔不能充分發(fā)揮其吸附作用。當(dāng)運(yùn)行到35d時(shí)普通炭的濁度去除率降到最低，只有5%，此時(shí)普通炭的吸附作用達(dá)到飽和。分析認(rèn)為，在運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，普通炭仍有一定的吸附作用是因?yàn)榱Ｗ又g的物化吸附和載體的物理截流。而生物活性炭大孔和過(guò)渡孔已經(jīng)吸附有一定量的微生物，按吸附效能來(lái)說(shuō)其作用小于普通活性炭，但被其吸附的微生物可分泌一種叫莢膜類(lèi)的粘液性物質(zhì)，粘住水中懸浮顆粒和膠體物質(zhì)，然后通過(guò)分泌胞外酶將部分可生物降 解的物質(zhì)分解成二氧化碳和水，空出吸附位，此時(shí)的生物炭對(duì)濁度具有一定的去除率。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，到運(yùn)行后期濁度逐漸增大時(shí)，生物炭的降解作用也逐漸降低，這說(shuō)明生物降解速度很慢，主要以吸附作用為主。當(dāng)吸附的速度大于降解速度時(shí)，沒(méi)有被分解的物質(zhì)進(jìn)行積累，微生物沒(méi)有及時(shí)將吸附位空出，生物炭有效孔隙減少，大約在50d時(shí)也趨于飽和。即對(duì)濁度的去除率不再升高也不再降低，基本穩(wěn)定在10%左右。
3.2 高錳酸鹽指數(shù)的變化規(guī)律
運(yùn)行初期自來(lái)水的CODMn很低，大約在2.5～4mg/L之間，經(jīng)過(guò)兩種炭柱過(guò)濾后，出水都可達(dá)到國(guó)際衛(wèi)生組織(WHO)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(＜2.5 mg/L)。在最初的1～21d內(nèi)，兩種炭對(duì)CODMn的去除率相差不大，都在50%～60%左右。這是因?yàn)槠胀ㄌ烤哂邪l(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)( ＞95%)，溶解的有機(jī)小分子物質(zhì)可以進(jìn)入微孔而被吸附，此時(shí)活性炭的微孔就可比濁度去除 時(shí)更充分地發(fā)揮其吸附作用從而獲得比濁度去除更好的效果。運(yùn)行后期采用配水作原水，有機(jī)物種類(lèi)繁多，CODMn較高，運(yùn)行一段時(shí)間后即在35d時(shí)普通活性炭就達(dá)到了飽和狀態(tài)，使吸附和脫附達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡。而且隨著水流不斷流過(guò)濾料，部分有機(jī)物從濾料上脫附下來(lái)，結(jié)果造成了有時(shí)出水比進(jìn)水CODMn還高的情況。生物活性炭則不同，由于活性炭上吸附的微生物屬于人工接種，微生物只占據(jù)了活性炭的部分大孔和過(guò)渡孔 及活性炭表面，不會(huì)阻擋有機(jī)物進(jìn)入微孔，被微生物產(chǎn)生的胞外酶所降解。酶的來(lái)源主要有兩方面：微生物新陳代謝所分泌的胞外酶；死亡的微生物通過(guò)自溶作用向體外釋放的氧化酶。酶的大小按其球形計(jì)為0.01～1μm，在適宜條件下許多酶都能被活性炭大量吸附，一些較小分子量的酶或具有活性基團(tuán)的酶的碎片可進(jìn)入活性炭的微孔中，催化分解吸附在微孔內(nèi)的有機(jī)物為小分子化合物。由于活性炭對(duì)低分子量的物質(zhì)吸附能力差，這些小分子物質(zhì)就可從炭的孔隙表面解吸下來(lái)，向外擴(kuò)散進(jìn)入大孔和炭表面的微生物體內(nèi)，在細(xì)胞內(nèi)酶的催化下一部分合成細(xì)胞物質(zhì)，一部分進(jìn)行氧化分解最終以CO2和H2O及其他簡(jiǎn)單物質(zhì)形式釋放到菌體外，這樣不僅使有機(jī)物被分解，而且使被有機(jī)物占據(jù)的微孔在微生物作用下得以再生。但隨時(shí)間的延長(zhǎng)，沒(méi)有被降解的有機(jī)物逐漸積累，這樣就使得在運(yùn)行60d時(shí)，生物炭吸附和降解也達(dá)到飽和。
為進(jìn)一步測(cè)定微生物對(duì)活性炭的再生作用，在運(yùn)行40d后對(duì)三種炭的碘值進(jìn)行了測(cè)定，碘值是指和0.02mol/L碘液相平衡時(shí)每克活性炭吸附碘的毫克數(shù)，碘分子的直徑為0.532nm。
根據(jù)碘值測(cè)定結(jié)果分析可知，生物活性炭的再生率為81%，其中微孔再生率為81%～95%，這說(shuō)明吸附在微孔內(nèi)的有機(jī)物可以在微生物胞外酶作用下解吸下來(lái)，恢復(fù)微孔的吸附能力。
3.3 色度的變化規(guī)律
兩種炭在初期對(duì)色度的去除相差不多(色度去除試驗(yàn)時(shí)兩種炭已運(yùn)行接近50d，普通活性炭的吸附容量已接近飽和)，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到第6d時(shí)，該柱對(duì)色度的去除開(kāi)始下降，到第14d時(shí)已基本沒(méi)有去除效果。運(yùn)行之初生物炭對(duì)色度的去除率基本保持在40%左右，具有相當(dāng)?shù)拿撋芰?，分析認(rèn)為主要是由于：①細(xì)菌可以降解吸附于活性炭上的有機(jī)物，使其變成二氧化碳和水，為對(duì)色度的后續(xù)吸附空出吸附位；②細(xì)菌對(duì)生色基團(tuán)有一定的降解作用。但是，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，到試驗(yàn)的第14d時(shí)，生物炭對(duì)色度的去除率有所下降，隨著色度的升高，出水的色度也升高，這說(shuō)明生物炭對(duì)有機(jī)質(zhì)吸附的優(yōu)先性。試驗(yàn)初期水中有機(jī)負(fù)荷不是很高，細(xì)菌降解這部分有機(jī)物很充分，不可生物降解的物質(zhì)很少，但是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，不可被降解的有機(jī)物越來(lái)越多，而且長(zhǎng)期占用吸附位，這樣使活性炭的有效空間越來(lái)越少，到30d時(shí)對(duì)有機(jī)物的降解率開(kāi)始降低。被降解的有機(jī)物空出吸附位后，使炭孔周?chē)袡C(jī)物濃度降低，這樣從里到外形成了一個(gè)濃度差，易降解的有機(jī)物通過(guò)這種濃度差迅速占領(lǐng)該吸附位，色度粒子沒(méi)有機(jī)會(huì)被吸附，所以出水色度升高。
4 結(jié)論
50d的連續(xù)試驗(yàn)證明，采用篩選、馴化、培養(yǎng)的菌種進(jìn)行人工固定化，形成的固定化微生物對(duì)濁度的去除率在40%～70%之間，對(duì)高錳酸鹽指數(shù)的去除率基本在30%～60%之間，對(duì)色度的 去 除率基本穩(wěn)定在20%～40%之間，具有比普通活性炭更高的活性，而且大大提高了活性炭的使用壽命，具有良好的應(yīng)用前景。