固定化微生物技術在環境工程中的應用

遲元春

（青島中禹環境檢測有限公司，山東 青島 266000）

固化微生物技術在環境工程領域嶄露頭角，成為一項富有創新意義的技術，近年來，此技術已引起眾多關注。該技術通過將微生物固定在特定的載體上，極大地增強了微生物的穩定性，提升了生物反應的效率，并且提升了其應對環境變動的應變能力。這一技術的應用，對于環境和污染問題的解決，無疑具有重要且深遠的意義。它還能應對各類常見污染物的侵襲，在處理難以降解的物質和重金屬領域，其展現出極大的潛力，為環境工程提供了一種更高效且環保的策略。

1 固定化微生物技術的基本原理

1.1 固定化方法與過程

固化微生物技術的關鍵在于采用特定手段，使微生物附著于固體支撐材料之上，旨在增強環境工程應用中的穩定性和效能。固定化手段主要涉及物理吸附、共價鍵聯結、包裹與交聯等方法。物理吸附便是將物質拘禁于一處的方式，借助物理力量，讓微生物附著于承載之物表層，而共價鍵結合，則是借助化學鍵之力，將微生物束之于載體之上。微生物被半透明凝膠狀物質所包裹，形成了特殊的包埋方法，為了維持其活力與穩固性，交聯法則經交聯劑把微生物細胞相互聯結。在這個過程中，挑選適宜的承載物料顯得尤為關鍵，這些素材需具備與生物和諧共處、質地堅固以及充足的透氣性，這樣一來，氧氣和營養便得以順暢地流淌。在探索固定化的道路上，我們還需深入研究微生物的生長習性與代謝特性，使其在固化過程中仍具生機與平衡。

1.2 微生物在固定化中的作用

在固定化微生物技術領域，微生物在其中起著關鍵性的作用。在某種特定環境下，微生物對于治理污染物表現出了一定程度的固化現象，呈現出的穩定與效率，超越了自然的自由生長。此固定化賦予了一個更為恒定的微型環境，有助于微生物的繁衍與代謝活動。在廢水處理過程中，固定化微生物具有顯著削減有機物及氮、磷等養分的作用，此外，它亦具備清除重金屬與有毒成分之功效。在廢氣處理過程中，微生物具備將有害氣體成分轉化為無害或分解的能力，諸如硫化氫、氨氣與揮發性有機化合物（VOCs）之類。固化微生物在土壤治理方面成效顯著，土壤中的有機污染物，如石油烴和多環芳烴，得以降解。固化微生物，令其效能穩定，使其成為環境污染治理中不可或缺的利器。通過改進恒定條件，我們可以進一步提高微生物的處理效能和適應力，從而在更廣泛的環境工程應用中發揮作用[1]。

2 廢水處理中的應用

2.1 工業廢水的生物處理

固化微生物技術在工業廢水處理領域得到廣泛運用，依靠其高效特點與環保屬性，當前致力于對傳統廢水處理方式進行改良。工業廢水的繁雜性表現在其中交織著眾多有機物、無機物及危害化學物質，這些成分不僅對環境造成隱患，還可能對人體生命帶來負面影響。固定化微生物技術乃是將微生物束縛于特定載體之上，提高了微生物對各類污染物的分解效能。在實際應用方面，固化微生物的處理能力頗為顯著，對染料、重金屬、有機溶劑以及多種工業化合物等污染物都能加以有效處理。染料廢水之中，固定化微生物分解復雜有機顏料結構，功效顯著，可有效減輕水體色度與有毒物質濃度，從而緩解對水生生物棲息環境的壓力。含重金屬的廢水經過固定化微生物處理，生物吸附或生物轉化是其固定的途徑，可讓水中重金屬離子濃度得以降低，降低這些重金屬對水生生物與環境的潛在破壞。

固定化微生物技術在提升處理效能的同時，其特性在于能夠適應各類工業廢水的特點。它還能夠應對各類常見的有機與無機污染物，可對特定工業領域之特殊污染物實施定制化處理，這對于滿足多元化的工業廢水處理需求而言，實為一種優勢。與尋常的物理或化學處理方式相較，固定化微生物技術在成本、操作簡便性與環境影響方面，已然具備顯著優勢。

2.2 生活污水的高效凈化

在生活污水處理方面，固定化微生物技術發揮著關鍵作用。生活污水主要由有機物、氮、磷等養分構成，若未經處理直接排放，水體將遭受重度污損。固定化微生物技術在這片領域得到了廣泛應用，足以清除這些污染物。在氮、磷的去除方面，特定的固定化微生物憑借硝化和反硝化過程，能夠有效地將氮去除，而借助生物吸附或生物礦化之功，磷便可被有效消除。這種生物處理方式與傳統的化學方法相比，能耗與成本皆有所降低，進而降低了化學污泥的生成。固定化微生物于處理有機物質的過程中，能很好地去除污水中的有機物質，還能化作生命之源，尋求廢棄物的再度利用。通過調整固定微生物的種類及處理方式，關于生活污水處理，我們有必要提升其效能及持久性，使其更為廣泛地應用于實踐之中。固化微生物技術所具備的獨特性質，將其視為未來生活污水處理領域的一股新興力量[2]。

3 廢氣處理技術

3.1 有害氣體的生物脫除

固化微生物技術在廢氣處理領域得到廣泛應用，特別是在消除有害氣體的生物領域，揭示了其杰出的品質與生態保護價值。這項技術旨在解決工業及其他領域產生的有害氣體問題，諸如硫化氫、氨氣、揮發性有機化合物（VOCs）以及其他有毒氣體之類，這種方法在效能和環保方面均表現出眾。固定化微生物以其生物代謝功能發揮效用，有害氣體在一定程度上可被轉化為較低毒性或無害的物質。例如，一些微生物致力于將硫化氫轉化為硫酸鹽，此舉不僅消除了有毒氣體的威脅，或許還能產出可供再度利用的附產品。同樣，其他微生物有能力將氨氣轉變為硝酸鹽，這樣的研究在農業等板塊或許能發揮更大的作用。在針對揮發性有機化合物的處理方面，固化微生物技術得以實現，得益于生物氧化過程的深入研究，能切實化解VOCs 內的繁復有機成分，將其對環境和人體健康的危害程度大幅減輕。這種生物處理方式與傳統的物理和化學方法相比，不僅可削減運營開銷，亦減輕了地球的擔負，遵循可持續發展原則。固定化微生物技術在處理低濃度有害氣體方面表現出卓越的功效，在諸多工業領域，此類現象顯得尤為關鍵。例如，在石油化工、制藥及廢物處理等領域，固定化的微生物得以高效地處理那些排放出的微量有毒氣體，從而保護辦公地與周邊生靈。

3.2 惡臭氣體的控制與凈化

惡臭氣體，諸如硫化物、氨及有機惡臭化合物，皆需加以控制與凈化，固定化微生物技術在環境工程領域有著至關重要的地位。這些污濁氣體多源于廢物處置場、污水凈化廠以及各類工業設施，影響周圍居民的生活。固化微生物技術在治理惡臭氣體方面顯現出不可忽視的優勢。借助篩選特定的微生物群體，這些技術足以切實地剖析惡臭氣體中的有機與無機元素，將其轉化為無害或低臭氣體。例如，某些微生物具備分解含硫惡臭化合物的能力，其余微生物具備分解含有氨氣的惡臭氣體的能力。相較于物理吸收或化學氧化等古老方式，采用固定化微生物技術進行惡臭治理，其優勢主要體現在環保處理和節能降耗方面。這一技術展現出其頗高的順應性與堅穩性，能夠對各種濃度和成分的惡臭氣體進行長期有效的處理。探討固定化微生物技術在惡臭氣體調控與凈化領域的實際應用，旨在使環境質量得以改善，公共衛生與居民生活質量亦隨之提升[3]。

4 固體廢物處理與利用

4.1 有機固體廢物的生物轉化

在處理固體廢棄物方面，固定化微生物技術為有機固體廢棄物的處理帶來了翻天覆地的變革。這些廢棄物類別繁多，涵蓋日常生活中廚房剩余與農業廢棄物，以及各類工業產生的有機廢棄物，若是未能妥善處理，環境便會受到嚴重破壞。固化微生物技術憑借其高效的代謝功能，使這些有機廢物得以善用，諸如生物氣、上乘的堆肥以及生物肥料等，這些產品在農業和能源領域展現出了廣泛的應用價值。在生命氣息的孕育中，特定的微生物種類能夠將廚余垃圾與農業廢棄物變為甲烷和二氧化碳，這一過程不僅縮減了有機廢物的體積，同時還催生了可再生能源的誕生。例如，厭氧消化過程中，固定化微生物可有力地分解有機物質，提高效率，生物氣生成的過程中，可將其轉化為清潔能源。

與傳統的物理或化學處理方法相比，固化微生物技術在處理有機固廢方面展現出無可比擬的優勢。這種方式對于環境之影響頗微，在縮減廢棄物堆積的過程中，可降低溫室氣體排放及有毒物質生成。從節能與成本效益的角度來看，固定化微生物技術在降低能耗與運營成本方面成效顯著。這種方法推動了廢物的再度利用，降低了對于填埋場與焚燒設施的依靠，從而有望減少環境污染。固定化微生物技術在處理有機固體廢物領域取得了顯著成果，這種做法已然讓廢棄物重獲新生，此技術途徑為環境保護及可持續發展目標之實現提供了有力支持。

4.2 有害固體廢物的生物穩定化

有害固體廢物，如電子廢棄物、醫療垃圾以及含重金屬的工業廢棄物，使環境和人體健康面臨嚴峻挑戰。在這種背景下，固定化微生物技術在有害固體廢物的生物穩定化過程中顯現出舉足輕重的地位。借助于微生物的固定化技術，實現了生物轉化與生物吸附能力的結合，減弱了有毒雜質在廢物中的濃度與活性。例如，在處置含有重金屬的工業廢棄物時，固定化微生物的技術手段主要包括生物吸附和生物沉淀兩種途徑，有效去除廢棄物內重金屬離子，從而減輕了其對周邊環境的負面影響。在電子廢棄物與醫療垃圾的處置過程中，固定化微生物經生物降解與轉化得以實現，具有安定并消除有害化工物質之功效。相較于傳統物理與化學的穩定化手段，采用固定化微生物進行廢棄物處理的優點主要體現在環保、能耗較低以及經濟效益方面。這一技術在提升處理效率方面所產生的影響不容忽視[4]。

5 土壤修復與重金屬去除

5.1 土壤中有機污染物的生物降解

在土壤修復領域，固定化微生物技術對于有機污染物的生物降解具有突出成效。土壤中存留著石油烴、多環芳烴以及農藥殘余等有機污染物，長期而言，此舉將對生態環境產生不良影響。固定化微生物技術在污染物的生物降解過程中起著關鍵作用，這依賴于特定微生物的代謝活動，有機污染物得以分解。例如，某些微生物具備分解石油烴的特性，將其化作無礙的氣體與潤澤的水滴；另外，部分微生物專門應對降解多環芳烴等繁雜有機物。這一技術的優點體現在其高效且環保的特點。與慣用的物理或化學修復手段相比，利用固定化微生物進行土壤修復，成本得以降低，可減輕對土壤構造的損毀，并且成功規避了二次污染的可能性。固定化微生物技術有望通過調整微生物種類及修復條件實現優化，提高土壤恢復的靶向性與速率，使其更適宜應對繁復與多元的土壤污染狀況。

5.2 重金屬污染土壤的生物修復

在受到重金屬污染的土壤中，固定化微生物技術的重要性日益凸顯。重金屬污染種類繁多，如鉛、汞、鎘等，使環境與人類健康遭受到巨大侵害。借助穩固微生物方法，可在一定程度上保持土壤中重金屬污染物的穩定。固定化微生物依賴生物吸附、生物轉化與生物沉淀三種機制來實現其功能，有助于減少土壤內重金屬的活躍程度及其對生物的易感性。例如，某些微生物具備將土壤內汞元素轉變為較低揮發性形態的能力，從而降低了對生態環境的負面影響。另一些微生物則擅長通過生物吸附方式生存，有效束縛土壤中的鉛與鎘等有害金屬。與化學穩定化及物理固化等久遠手段相比，固定化微生物在治理重金屬污染土壤方面表現出低成本、無二次污染以及有益于土壤生態環境的特性。借助篩選特定微生物菌株及改善修復環境，關于重金屬污染土壤的生物修復，有望進一步提高其效能。固定化微生物技術在治理重金屬污染土壤中的運用，對于優化土壤狀況大有裨益，還為環境可持續發展提供了重要支持[5]。

6 結語

固定化微生物技術在環境工程中的應用表明，該技術在環境保護和污染治理方面具有顯著優勢。其不僅提高了污染處理的效率，還促進了環境工程向更環保、更經濟的方向發展。未來，該技術的進一步研究與應用將是環境工程領域的重要發展方向。