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摘要：现阶段污水处理问题已经得到社会的广泛关注，但是不同技术在污水处理中的效果存在明显的效果差异。在本次研究中，本文将通过实验分析的方法，详细分析了固定化微生物技术与游离微生物技术在污水处理中的效果，通过设置不同的实验环境，观察两种技术在污水处理的性能。最终本次实验分析发现，固定化微生物技术具有更理想的污水处理能力，值得推广。
关键词：污水处理；固定化微生物；游离微生物
前言：目前生产污水的处理问题已经得到学术界的广泛关注，如何有效、快速的处理废水也成为学者研究的重点内容。与传统技术相比，固定化微生物技术在污水处理中的效果显著，并且已经在很多污水处理中得到了应用，大量经验证实污水处理技术具有稳定性的优势，污水处理效果显著。因此为进一步推广固定化微生物技术，则需要进一步了解该技术的优势，这也是本文研究的主要目的。
1.实验研究
1.1实验材料
本次实验过程中所使用的高效微生物菌群中包含多种淀粉酶、水解酶、纤维酶等，微生物数量为40-50亿个/g，实验过程中所使用的其他试剂为分析纯、化学纯。
实验中所处理的废水为本地区某企业所产出的焦化污水。
1.2实验设备
本次实验中所使用的设备包括：（1）COD快速测定仪，COD/CSB型（德国）；（2）BOD5测定仪，BSB/BSD型（美国）；（3）pH值在线监测仪，DP5000型（美国）。
1.3固定化微生物的制备
在获取某企业的含酚废水标本之后，在盐存条件下以苯酚为有机物污染物驯化污泥，通过添加Rpf（藤黄球菌复苏促进因子）复苏污泥中的微生物，并筛选出菌株。在16r/min、30℃的环境下培养24小时并分离菌株，经磷酸盐缓冲液连续洗涤三次后获得浓缩菌液。取30ml的浓缩菌液加入70mlPBS溶液中做稀释备用。取一定数量大小相近的冻干的西瓜炭，于4℃冰箱中过夜保存，使材料充分吸附菌．将吸附供试细菌的西瓜炭水凝胶加入到1.5%的灭菌海藻酸钠溶液中，再滴加3．5%的氯化钙溶液，在4℃下交联12h，得到固定化微生物。
1.4实验过程分析
为了进一步研究固定化微生物与游离微生物性能的性能，在本次实验制作两个体积为500L的反应池，在添加相同的焦化污水后，分别投入固体化微生物以及游离微生物，通过焦化污水进出水的相关数据进行检测，了解两种方法下的焦化污水的处理效果。在本次实验中，所检测的内容包括：两种技术的污水净化效果、不用pH值下两种技术的污水处理效果、不同温度下的污水处理效果、重复使用性能以及降解时间等。
1.5分析方法
为更全面的分析固定化微生物与游离微生物技术的处理效果，本文通过克氏定氮法测量焦化污水处理后的相关数据，通过提取一定量的载体，在滤干后用蒸馏水冲洗2遍，并在105℃的环境下烘干直至质量无变化，之后用克氏定氮法分析固定化微生物的含氮量变化情况。
2.实验结果分析
2.1污水净化效果
根据本次的实验研究数据可发现，在分别使用固定化微生物与游离微生物技术进行废水的处理后，废水的质量有显著提高，证明两种技术在废水处理中都能取得满意效果，但是相比之下，固定化微生物技术的处理效果更满意，详细实验结果如表1所示。
表 1 实验处理结果
从实验的数据可以发现，固定化微生物技术对废水的处理结果更满意。
2.2不同pH值对处理效果的影响
在本次实验中认为，在废水处理中经常会遇到废水pH值异常的情况，此类废水的处理难度更大，因此为了能够更好的判断不同pH值下废水的处理效果，本文对固定化微生物处理技术以及游离微生物处理技术的效果进行分析。根据表2的实验数据可以发现，在不同pH值情况下，固定化微生物技术处理效果整体优于游离微生物技术。
表 2 不同pH值下两种技术的污水处理效果
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从表2的数据可以发现，无论是固定化微生物技术还是游离微生物技术，两种技术在废水处理中的理想pH值均为8-10左右，一旦超出这个范围内，其处理效果都有明显下降，虽然从数据上来看，在“pH值6-8”、“pH值10-13”时固定化微生物技术还能保持着84.91%与80.73%的去除率，但是污水处理效果已经大打折扣；相比之下，游离微生物技术的去除效果则有明显下降。同时从其中的数据中可以发现，当pH值为4-6时，微生物会出现明显的失活现象，导致处理系统的崩溃，但是随着pH值逐渐恢复正常，则整个污水处理系统可以恢复正常运行。造成这一现象的原因可能为：固定化微生物技术为微生物提供了一个良好的载体，这对于微生物而言是一个良好的缓冲环境，并且载体的冰壁作用在一定程度上能够有效保护微生物，加快浓度梯度的出现，所以当pH值明显异常的情况下，依然有部分微生物存活并发挥着处理废水的功能；相比之下游离微生物则没有这种保护条件，在pH值明显变化的情况下会快速失去活性，而影响了废水处理效果[1]。也有研究认为，当污水中的pH值过高或者过低的情况下，会导致氢离子等物质的异常，进而影响微生物细胞表面电荷平衡以及细胞胶体性能，不利于提高细胞活性，最终影响了污水杂质去除效果[2]。所以为了取得满意效果，在污水处理过程中，应该将pH值维持在7-10左右，在该水平下固定化微生物处理技术有更强的处理效果，有助于提高废水净化效果。
2.2不同温度对污水处理效果的影响
在污水处理过程中，温度变化也是重点考虑的因素。现为了评价固定化微生物技术与游离微生物技术的处理效果，本文以不同温度环境为背景，对两种技术的去除率进行评估，详细结果如表3所示。
表 3 不同温度下的处理结果
从表3的数据可发现，无论是固定化微生物技术还是游离微生物技术，其理想的废水处理温度均为30℃-40℃，但不同的是，固定化微生物技术具有更理想的废水处理效果，其中在20℃-40℃的范围内，其污水处理效果维持在97%以上，满足废水处理要求。造成这一结果的原因可能为：微生物对温度的敏感性较高，10℃与60℃的温度环境不适于微生物的生长、繁殖，所以在这一温度下微生物的污水处理效果不满意；随着温度的上升，微生物在20℃-50℃环境下的活性会进一步增强，此时污水处理效果良好。而在对比固定化微生物技术与游离微生物技术的废水处理效果来看，造成两种技术在不同温度下出现废水处理效果差异的原因可能为：固定化微生物能够在更宽的温度范围内保持活动，这是因为固定化结构为保护微生物提供了必要空间，可以进一步增强微生物对温度的耐受性，进而强化污水处理效果[3]。
2.3重复使用的性能分析
在评价固定化微生物技术与游离微生物技术的可行性阶段，两种技术的经济效益应该是相关人员关注的重点内容，为判断两种技术在污水处理中的性价比情况，本文以3个月为研究界限，记录两种技术在三个月时间内的污水处理效果，详细资料见表4。根据表4的相关数据可以发现，两种技术在均未补充微生物的情况下，固定化微生物技术对于COD与 -N的去除率是十分稳定的，并且整体高于游离微生物技术。
表 4 重复性能评价结果
从表4的数据可以发现，两种技术相比，固定化微生物技术的可重复使用效果更理想，其原因可能为：在固定化微生物技术下，微生物得到有效保护，解决了游离微生物技术存在的微生物流失问题，所以可以持续的发挥净水效果，具有优势。
2.4降解时间比较
在污水处理过程中，微生物能够在更短的时间内降解污水中的杂质也是相关人员关注的重点内容，能够在更短的时间内清除杂质，则证明污水处理技术的效率更高，则推广价值更加。在本次实验过程中，针对固定化微生物技术与游离微生物技术的污水降解时间进行了比较，最终的实验结果如图1所示。
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图 1 降解时间与污水杂质去除率的关系图
从图1的相关数据可以发现，在本次实验内共添加污水5次，其中在第一次添加污水期间，固定化微生物仅在1天内就达到了95%以上的去除率，而相比之下，游离微生物技术则需要在长度6天的时间内才能达到该标准。在随后的第二次、第三次添加污水时，固定化微生物技术一天内对污水相关物质的去除率也能保持95%以上，而在相同的时间下，游离微生物的去除率约为70%。最后第四次与第五次添加污水期间，固定化微生物技术同样能够在1d内达到95%以上的去除率，而此时游离微生物技术的去除率仅为60%左右。所以根据这一结果可认为，在相同的时间内，固定化微生物技术去除污水相关物质的效率更高，与游离微生物技术相比具有满意效果。其原因可能是固定化微生物能有效维持微生物活性，提高微生物对甲醛的降解速率。
结束语：在污水处理中，固定化微生物技术的处理效果要显著优于游离微生物技术，从本文的实验结果证明，固定化微生物技术在不同温度、pH值下的处理效果更好，且降解效率高、可重复性强，提示该技术无论是经济效益还是污水处理效果都显著优于游离微生物技术。因此相关人员应该充分了解该技术的优势，能够结合本地区污水处理要求完善固定化微生物技术的应用路径，为改善环境奠定基础。
参考文献：
[1]苗月.低温污水处理用复合生物反应器中生物膜的特性[J].化学工程与装备，2020（09）：269-270.
[2]王昊，赵霞，李博文，等.微生物吸附固定化技术在污水处理中的研究进展[J].应用化工，2020，49（09）：2341-2345.
[3]张雅婷，熊慧，羊晨，等.除磷微生物固定化处理工艺的优化[J].安徽农业科学，2020，48（13）：93-95+99.