微生物固定化技术

范文一：微生物固定化技术

固定化微生物技术是将特选的微生物固定在选证的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。这种技术应用于废水处理，有利于提高生物反应器内微生物(尤其是特殊功能的微生物) 的浓度，有利于微生物抵抗不利环境的影响，有利于反应后的固液分离，缩短处理所需的时间。

利用固定化微生物技术提高废水处理效率的工艺方法也被称作" 生物增效" ，其适用的领域非常广泛，例如:化粪池、隔油槽、排水管、城市污水处理厂以及工业废水…等。一般而言，针对特殊污染源，来自天然环境的微生物消耗很快、效率低下，即使有快速的繁殖能力仍不足以负荷。因此，生物增效的作业过程还是依循自然的方式，向目标添加定制的、具有已知降解能力的微生物制剂(固定化微生物) ，处理效果则有明显的提升。

现在所研究的生物吸附剂的固定化方法主要有以下几种: 1吸附法

吸附法一般依靠生物体与载体之间的作用，包括范德华力、氢键、静电作用、共价键及离子键，两者间的屯电位，在微生物体和载体的相互作用中起重要作用。常用的吸附载体有活性炭、木屑、多孔玻璃、多孔陶瓷、磁铁矿、硅藻土、硅胶、纤维素、聚氨醋泡沫体、离子交换树脂等。它是一种简单易行、条件温和的固定化方法，但用它固定的生物体不够牢靠，容易脱落。

2交联法

交联法又称无载固定化法，是一种不用载体的工艺，通过化学、物理手段使生物体细胞间彼此附着交联。化学交联法它一般是利用醛类、胺类等具有双功能或多功能基团的交联剂与生物体之间形成共价键相互联结形成不溶性的大分子而加以固定，所使用的交联剂主要有戊二醛、聚乙烯酞胺、表氯醇等等。物理交联法在是指在微生物培养过程中，适当改变细胞悬浮液的培养条件(如离子强度、温度、pH 值等) ，使微生物细胞之间发生直接作用而颗粒化或絮凝来实现固定化，即利用微生物自身的自絮凝能力形成颗粒的一种固定化技术。

3包埋法

在微生物的固定化方法中，以包埋法最为常用。它的原理是将生物体细胞截留在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的网络中，通过聚合作用或通过离子网络形成，或通过沉淀作用，或通过改变溶剂、温度、pH 值使细胞截留。凝胶聚合物的网络可以阻止细胞的泄露，同时能让基质渗入和产物扩散出来。

包埋材料可以分为两大类:

(l)天然高分子多糖类，如海藻酸盐、琼脂、明胶等I'3l ，其中以海藻酸钠和卡拉胶应用最多，它们具有固化方便，对微生物毒性小及固定化密度高等优点，但是它们抗微生物分解性能较差，机械强度低，但是可使用交联剂进行稳定化处理，但活力和传质性能又会下降。

(2)合成高分子化合物，如聚丙烯酞胺、聚乙烯醇(PvA)娜l 等。这类交联剂的突出优点是抗微生物分解性能好，机械强度高，化学性能稳定。但是聚合物网络的形成条件比较剧烈，对微生物细胞的损害较大，而且成形的多样性和可控性不好。

固定化微生物技术目前国内外还没有一个统一的分类标准，方法也多种多样，主要有载体结合固定化（吸附法）、交联固定化、包埋固定化和共价结合法，各种固定化方法和载体都各有特点, 见表1。其中，微生物细胞的固定化方法以包埋法和吸附法最为常用。包埋法是将微生物封闭在天然高分子多糖类或合成高分子凝胶的网络中，从而使微生物固定化；其特点是可以将固定化微生物制成各种形状(球状、块状、圆柱状、膜状、布状、管状等) ，但包埋法制得的固定化微生物对传质有一定的影响。吸附法是将微生物细胞附着于固体载体上，微生物细胞与载体之间不起化学反应，并且具有操作简单、固定化条件温和、细胞活性损失小、载体可以反复使用等优点，所以被广泛应用和深入研究。

范文二：固定化微生物技术

固定化微生物技术及其在污水处理中的应用

前言:固定化微生物技术是20世纪70年代在固定化酶技术的基础上上发展起来的。固定化微生物技术是指用物理或化学方法将游离微生物细胞、动植物细胞、细胞器或酶限制或定位在某一特定空间范围内，保留其固有的催化活性，并能被重复和连续使用技术[1]。，固定化微生物技术的本质是采用生物活性高分子载体固定、诱导和驯化出难降解有机物有特异性的特殊菌群，使微生物依据有机物的降解速度和次序分级排列，实现难降解有机物的高效去除;加之载体的高分子效应的影响，创造出适宜微生物生存的微环境，提高微生物的耐受性。该技术的应用，为污水处理提供了一条新的技术途径，具有广阔的应用前景。

1、微生物固定化方法

固定化微生物技术的方法分类多种多样，目前在国内外尚无一个统一的分类标准。固定化微生物的制备方法大致可以分为包埋法、吸附法、共价结合法和交联法 [ 2] 以及新近发展的无载体固定化方法[ 3] 。

1.1包埋法

包埋法是将微生物限定在凝胶的微小格子或微胶囊等有限空间内,同时能让基质渗入和产物扩散出来。凝胶聚合物的网络可以阻止细胞的泄漏,同时能让底物渗入和产物扩散出来。包埋法对微生物活性影响小、颗粒强度高,是目前制备固定化微生物最常用、研究最广泛的固定化方法[4]。

1.2吸附法

吸附法在固定化微生物技术处理污水中是研究最早、应用较广泛、技术也较成熟的方法。在大多数生物膜反应器启动的早期，所应用的都是吸附法的原理。固定化微生物方法可分为物理吸附和离子吸附两类[5]。该方法操作简单,微生物固定过程对细胞活性的影响小,条件温和。但这种方法结合的细胞数量有限,反应稳定性和重复性差,所固定的微生物数目受所用载体的种类及其表面积的限制[6]，同时微生物与载体之间吸附强度也不够牢固，故载体的选择是关键。

1.3 共价结合法

共价结合法是利用微生物细胞表面功能团与固相载体表面基团之间形成化学共价键相连来固定细胞, 因此结合紧密, 稳定性好, 但是基团结合时反应激烈, 操作复杂、难控制。

1.4 交联法

交联法是通过微生物与具有两个或两个以上的官能基团的试剂反应，使微生物菌体相互连接成网状结构，而达到固定微生物的目的[7]。使用该方法,微生物细胞间的结合强度高,稳定性好,经得起温度和pH 值等的剧烈变化。但是由于在形成共价键的过程中，往往会对微生物细胞的活性造成较大的影响，而且适用于此类固定化的交联剂大多比较昂贵，因而其在应用中受到一定的限制。 reduction in property value. Find warning signals, timely reporting or warning, develop and implement measures against customer transfers and other acts leading to loss or increase the difficulty of clearing. Personal credit business of late, agencies should be timely collection, if necessary, ask the right institutions to bring proceedings. Non-approved by head office, agencies at all levels shall not without the following: give

1.5无载体固定化

无载体固定化法又称为自固定化法，这种方法是一种全新的概念。在自絮凝颗粒形成过程中，同时形成了微生物的适宜生态环境，使之有利于微生物代谢之间的协调或者说有利于微生物之间生物信息的传递[8]。这种方法与其他的固定化方法相比，具有传质扩散阻力小，细胞颗粒整体活性高，固定化方法简单等优势，将在污水处理领域得到广泛的应用[9]。此法一般不需使用人工载体或包埋剂，但所需固定化时间长且受环境因素的影响大。升流式厌氧污泥床(UASB)反应器和厌氧折流板反应器(ABR)中，颗粒污泥的形成即属于微生物的自身固定化过程[10]。

2、固定化载体

不同的固定化方法对固定化载体有不同的要求，理想的固定化载体应具有对微生物细胞无毒、传质性能好、性质稳定、使用寿命长、价格低廉等特点。新型固定化载体的开发研究也是固定化技术研究的重要组成部分。

目前常用的载体大致可分为三类:无机载体，如多孔玻璃、硅藻土、活性炭、石英砂等;有机载体，如琼脂、聚乙烯醇凝胶( PVA ) 、聚丙烯酰胺( ACAM) 凝胶等;以及将有机载体与无机载体结合组成的复合载体。则可结合它们各自的优点, 改进材料的性能。复合载体在降低成本、提高废水处理效果等方面具有明显的优势。

3、固定化微生物技术在污水处理中的应用

3.1高浓度氨氮污水的处理

随着人们生活水平的提高，现在生活污水氨氮浓度越来越高，传统的处理工艺很难使得氨氮达标，利用固定化微生物技术可以大大提高氨氮的去除率。微生物去除氨氮需经过好氧硝化、厌氧反硝化两个阶段。曹国民等[11]以PVA为载体，采用单级生物脱氮新技术，即利用一种固定化细胞膜两侧，分别与好氧的氨氮废水、缺氧的乙醇碳源接触，使固定于膜中的硝化菌将氨氧化为亚硝氮和硝氮，随后被同膜中的反硝化菌还原为氮气。该方法氨氧化的速率为单独使用硝化菌的2 倍。叶正方等[12]采用功能化大孔载体FPUFS，以载体结合法固定化高效微生物菌群B350，所得固定化B350置于曝气池中构成一个有效容积为1500L的固定化微生物—曝气生物滤池(I-BAF)污水处理系统。进水氨氮为451mg/L的污水经处理后达0.285mg/L。

3.2 含难降解有机物废水的处理

用常规的生物处理方法处理含难降解有机物废水时，处理效率较低，主要是由于降解这类物质的微生物世代期较长，而且难以在常规生物处理的构筑物中大量存在。利用固定化微生物技术可有目的地选择优势菌群培养，并将其固定到载体上,增加微生物的浓度，可以高效地处理这类物质[13]。Jo-Shu Chang[14]以聚丙烯酰胺、海藻酸钙做载体固定假单胞菌，对自配含氮染料废水进行脱色处理，结果表明与游离细胞系统相比，长时间运行也能保持较高的反应效率，且重复使用性好，更适合实际工业应用.

4、结语

reduction in property value. Find warning signals, timely reporting or warning, develop and implement measures against customer transfers and other acts leading to loss or increase the difficulty of clearing. Personal credit business of late, agencies should be timely collection, if necessary, ask the right institutions to bring proceedings. Non-approved by head office, agencies at all levels shall not without the following: give

固定化微生物技术以其独特的优点在污水处理领域中引起了普遍的关注，进行了广泛的研究与应用，但要实现其实用化或工业化，还需进一步研究解决。开发适合于固定化微生物细胞的高效生化反应器亦是一个有待解决的问题;污水中含有的污染物是一个十分复杂的混合体系，单一菌种无法达到较满意的效果，因此应该进一步加强混合微生物固定化体系的研究与开发,筛选、构建高效、廉价、抗逆性强的高性能微生物,在反应器中建立混合菌群组成的微生态环境，使各种固定化微生物发挥协同作用，拓宽可处理污染物的种类,提高处理效率;可以看出，伴随着微生物技术和生物技术的发展，固定化微生物技术将成为污水处理的主流技术。

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, 固定化微生物技术在环境治理中的应用01-26 09:45

范文三：固定化微生物技术处理废水

固定化微生物技术处理废水齐水冰广东省环境保护局攻关项目第一作者齐水冰 1976年生

现为广东工业大学环境工程系在读硕士生

2002年第 21卷第 3期

Shanghai　Environmental　Sciences 1引言

固定化微生物技术是用化学或物理的手段

使其保持活性并可反

复利用的方法 70年代后期

近年来则成为各国学者研究的热

点

与水溶

液分离较难

保持了效率高

能纯化和保持高效菌种的优点在实际应用过程中

何种载体

才能降低固化的成本是该技术在污水处理中得到广

泛应用的关键

及比较成熟的固定方法和影响因素

包埋

法载体结合法

将游离细胞截留在形成的高分子材料

内

但底物仍能渗入与细胞发生反应

微生物

本身不参与水不溶性胶网格或微胶囊的形成

应用广泛

并对大分子底物不适用聚丙

烯酸酯

蛋白质等

结果表明

能高效降解浓度在 1000mg/L 以上的含酚废

水 2.2交联法

交联法是使用双功能或多功能的试剂与酶分子进行分子间的交联固定化方法

所以酶的活性中心构造可能受到影响

此外

限制了其应用陈陶声等 [2]

报道

来

吸附枯草芽孢杆菌的再用戊二醛交联

用于连续水解造纸废水中悬浮微

纤维的胶态淀粉 2.3吸附法

又称载体结合法

化学或离子结合

这种方法操作简单

但所结合的微生物量有限

美国宾州大学培养从活性污泥

中分离出的优势菌丝孢酵母和假单胞菌

再以化学手段结合到玻璃珠上

使固定酶活性可达游离细胞的

90%[3]

具有足够的机械

固定化微生物技术处理废水

Microorganism　Immobilization　Technology　Used　in　Wastewater　Treatment

齐水冰罗建中乔庆霞

广州 510080

着重介绍了常用固定化方法影响因素等3方面的

内容

稳定性好有广阔的应用前景能否开

发出成本低

且能使固定微生物保持较长时间的强度和活度的载体及固定化方法

关键词

固定化微生物技术处理废水

齐水冰

具有惰性具备一定的容量

载体包括 2大类

硅藻土石英砂等

聚乙烯醇凝胶

海藻酸钠

A C A M

无机载体常用于吸附法无机载体常与包埋载体结合扩大孔径

吸附法中微生物与载体结合不

牢固

吸附数量不多

很少单独使用

而包埋载

体品种很多

3. 1天然高分子载体

天然高分子载体有琼脂

角叉莱胶等传质性好

在厌氧条件下易被生物分解但机械性

能与化学稳定性差

以提高其稳定性

同时也应尽量避免冷冻 [4]

C 8H 8O

聚合度可从 80到

750不易被降解

二价以上的为水不溶性

是海藻酸钠

经氯化钙溶液钙化后形成固定凝胶的重要依据 3.2合成有机高分子载体

合成有机高分子聚合物有 A C A M 聚乙酰

几丁酯

一般强度较好

包埋后对细胞活性有影响

粒度均一性和内部孔的结构

价廉

被认为是目前最有效的固定化载体之一

传质阻力大

实际常以 PV A 为主要包埋骨架

闵航 [5]等以 PVA 为主要包

埋材料的混合载体以处理有机

废水 0.15%海藻酸钠 0.3%碳酸钙

中野 [6]报道

加入少量粉末活性炭可提高凝胶强度

难降解组分突然进入

处理系统的情况下 3.3载体的混合使用

实际中常将几种载体混合使用

Pai [7]用含 1%活性炭

1%湿菌体的海藻酸钙凝胶

效果比较理想

粉末活性炭

用于降解五氯酚

联合固定化体系更有

效

戊二醛

以海藻酸钠包埋固定

使固定细胞的机械强度

陈敏 [10]提出聚乙烯醇包埋活性炭与微生物

的固定化技术

结果表明固定微生物对废水温度

混合载体法有效地缓解了实际

固定化细胞成球难活性易丧失等难题

2m g /

100m g /

表 1各种固定化细胞载体的性能比较

Tabel 1

Comparison　of　the　characteristics　of　kinds　of　immobilized　microorzganism　carrier

性能

压缩强度

耐曝气强度

扩散系数 10

-6cm 2/s

3068较差无易

较便宜

角叉莱胶

0.8

一般 3.73

6.67

60好较强难

贵

PVA-硼酸 2.75好 3.42

固定化微生物技术处理废水齐水冰

4影响因素

4.1pH 值

p H 是影响固定化的主要因素之一

Mallick [12]等对 pH

有机酸及二价阳离子等因素的影响进行了研究

干质量 pH 在 6藻对

无机污染物的去除率最佳

徐容 [13]的研究表明

的吸附受 p H 的影响较大 5时

在 pH>5后

最佳 pH 值为 5另有研究表明

Nitrobacter　agilis

装入流化床处理含 NO 2-的废水 [14]

但系统对酸碱度比较敏感

即使调节 p H

也不能恢复活性用固定化藻菌系统

处理含酚废水

8. 5p H 对固定化小珠强度也有影响

小珠强度越差 10时

H 小珠可稳定 30d 左右

温度高不利于颗粒形状的保持

环境温度应保持不高于 2

0偏高的环境温度

可能导致硬化不彻底而造成颗粒强度降低

当

温度降到

20经过 6d 的观察测定

但温度对提高包埋颗粒的最高 T O C 降解率及其出现时间有影响作

用

35对

固定化硝化菌而言

20氨氮的去

除效果较好

28固定化硝化菌硝化

速率很高牛志卿 [18]利用紫色非硫光合细菌降解活性艳红 X-3B 后指出

45自然细胞最适温度为 30

45固定化细胞最适温度一般和完整细胞一样

在 pH 为 7.0的条件下

40热稳定性也一样

以后 6

4.3载体及菌体浓度

载体浓度直接影响固定化细胞的性能

固定化小球的强度越大使操作的难度增加对微生物的生长也有影响

Botrvococcus　braunnii 发现其生长速率略低于悬浮自由藻大小约为悬浮藻的 2.5倍一般处理效率亦较高

对不同的载体和不同的处理对象

刘双江 [21]以不同的包埋剂和包埋量结果表明 20以海藻酸钠制备的固定化细胞放氢量

杨基础 [22]在不同海藻酸钠浓度下固定双歧杆菌发现细胞的回收率有所增加而体系的粘度大幅度增加

5结语

固定化微生物技术处理废水

稳定性强能纯化并保持高效菌种故有广阔的应用前景

需繁杂的提酶过程

所以实际应用尚不多

廉价固定化微生物载体的开发

固定化微生物体系的选择

6参考文献

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责任编辑

杨泽生 200119

年均 S O 2浓度值 40

g /m 3

230

年均 TSP 浓度值 60

g/m 3

g /m 3

g/m 3g/m 3

120

年

均 P b 浓度值 0.5

g/m 3

WH O 的标准总体上比中国国家 2

级标准

商业交通居民

混合区

农村地区

P M 10

最严

其次为 T S P

W H O 推荐的标准明显低于中国标准

代替为 N O 2

据专家

分析这 2项指标

和 W H O

推荐的标准大致相当

世界卫生组织推荐的大气环境质量标准

随着我国环境保护工作的不断深入

本刊计划在第 3季度中

现向国内外广泛征集涉及

农业面源污染控制的稿件省级项目带头人和学科带头人的投稿农村生活和生产污染控制研究农药使用及污水灌溉污染控制标准

低毒和低残留化学农药的研制及推广

禽畜渔养殖业污染控制技术研究农业产业结构调整研究及案例有机农业

生物

安全

农业面源污染控制管理政策研究等

稿约

来稿请注明

稿酬从优

范文四：微生物固定化技术的研究与应用

2011年39卷第20期广州化工

·3·

专论与综述

微生物固定化技术的研究与应用

申婷婷，李小明，岳

秀，柳

娴，郑

12伟，曹建兵

（1湖南大学环境科学与工程学院，湖南长沙410082；2湘西自治州花垣县环境保护局，湖南花垣416000）

摘

要：微生物固定化技术因其独特的优越性成为了环境保护及水处理领域的研究热点。从微生物固定化技术的发展和应用

角度，重点阐述了微生物固定化技术的基本方法，固定化机理，固定化特性及固定化技术的优越性；并简述了微生物固定化技术的应用领域、存在的问题及未来发展方向。

关键词：微生物固定化技术；固定化机理；应用；发展

Investigation and Application of Microorganisms Immobilization Technology *

SHEN Ting －ting 1，LI Xiao －ming 1，YUE Xiu 1，LIU Xian 1，ZHENG Wei 1，CAO Jian －bing 3

（1College of Environmental Science and Engineering ，Hunan University ，Hunan Changsha 410082；2Xiangxi

Autonomous Prefecture ，Huayuan Environmental Protection Bureau ，Hunan Huayuan 416000，China ）Abstract ：Microorganisms immobilization technology became a key research topic in the field of environmental pro-tection and water treatment due to its unique superiority．From the aspect of application and development of microorgan-isms immobilization technology ，the basic methods of its classification ，mechanism ，superiority ，characteristics ，and the immobilized granulation process were elaborated in the present work．Moreover ，the application field ，the existing prob-lems and future development direction of microorganisms immobilization technology were also presented concisely．

Key words ：microorganisms immobilization technology ；immobilization mechanism ；application ；development

微生物固定化技术（Microorganisms immobilization technolo-gy ）直接从固定化酶技术衍生而来，为完善和提高游离微生物体

往往存在菌体自然沉系性能而发展起来的。因在游离体系中，

在应用中不可避免地产生菌体流失和固液分离难等问降困难，

题，必须借助于离心机或化学凝聚剂，增加了处理费用，从而严重影响了其在生产中的推广应用，从而促进了微生物固定化技术的研究与发展。

微生物固定化技术是从20世纪60年代开始迅速发展起来

它是通过一定的技术手段将菌体固定在载体上，的一项新技术，

避免菌体流失，提高菌体利用率，从而达到简化处理工艺，提高处理效率的目的。当时微生物固定化技术主要用于工业发酵，直到20世纪70年代以后，由于水污染日趋严重，迫切需要一些能持续快速高效的污水处理技术，从而促进了该技术在污水处

［1－3］

。20世纪80年代初，理方面的应用与发展国内外开始应用

固定化生物技术来处理工业废水和难以被生物降解的有机污染

取得了阶段性进展。近年来，微生物固定化技术的研究受到物，

了国内外学者的青睐，成为了开发污水处理新技术的新热点。如今微生物固定化技术已经成为环境保护及水处理领域的研究

［4］

热点，并充分显示了其独特的优越性。因此微生物固定化技术

的研究具有重要的理论价值和现实意义。

1微生物固定化技术的基本方法

微生物固定化技术的基本方法大致可分为六大类：吸附法、

共价结合（偶联）法、交联法、包埋法、无载体固定法和截流［4－5］

。法

Fig．1

图1微生物固定化方法分类

The classification of microorganisms immobilization technology

基金项目：国家自然科学基金项目（No ：51078128）。作者简介：申婷婷（1974－），女，博士研究生，主要研究方向为水污染控制与工程。通讯作者：李小明（1966－），男，博士生导师，教授。

·4·

广州化工

表1各种微生物固定技术特性比较

The characteristics of various microorganisms immobilization technologies

吸附法易弱高低适中低能小

介质截留法

适中强强低大低能小

无载体固定法

适中强低适中大高―较大

2011年39卷第20期

Table 1

性能制备的难易结合力菌体活性固定化成本适用性稳定性载体的再生空间位阻

交联法适中强低适中小高不能较大

共价键法

难强低高小高不能较大

包埋法适中适中适中低大高不能大

1．1吸附法

吸附法的原理是根据带电微生物与载体之间的静电作用得以固定（物理吸附法）或者是微生物在解离状态下的静电引力、离子键合作用而使微生物得以固定（离子吸附法）。主要的吸附剂或载体有硅胶、石英砂、活性碳、多孔陶瓷等。该法工艺简单，

［4］

易操作，但微生物附着不牢固，易脱落。

具体研究方向见图1以及各种固定化技术特性比较如表1所

［4－5］

。示

微生物固定化机理

1．2共价结合法

共价结合（偶联）法是利用微生物细胞表面的氨基、巯基、烃

基、咪唑基与载体表面的基团形成共价键，从而使它们之间的连

稳定性好，但是该法工艺较复杂，反应条件较难控接非常牢固，

［6］制。

1．3交联固定法

交联固定法是利用特殊功能的交联剂与微生物细胞表面的

使微生物得功能基团发生交联反应形成相互交织的网状结构，

以固定。但是，由于在交联过程中，发生的化学反应比较激烈，对微生物的活力影响较大，另外，交联剂价位较高如戊二醇、双

因此该方法不利于普重氮联苯胺以及六亚甲基二异氰酸酯等，

［7］

遍推广。

图2固定化微生物与载体之间的结构示意图Fig．2Schematic structure between microorganism and

immobilization

supports

1．4包埋固定法

微生物包埋固定法的特点是，是将微生物细胞直接包裹在

操作相对比较简单，而且对微生物活性影响小，固定化载体中，

［8］

该方法在目前微生物固定化技术中的应用最为广泛。使用包埋固定法时必须注意固定载体的选择，必须保证较好的传质性不容易被微生物分解，而且要强度高，稳定性好，可重复利用，能，

包埋载体经济适用。在各传统方法中，除了单独使用外，目前应用

［5］

较多的是两种方法结合运用，如吸附－交联、包埋－交联等。

1．5无载体固定化法

无载体固定化法是基于微生物自身的絮凝作用而形成的固定化体系（如颗粒污泥）。在自絮凝颗粒形成过程中，同时形成

不受固定载体的限制，适应性强，更了微生物适宜的生态环境，

只是所需固定化的时间较长，外有利于微生物代谢之间的协调，

界操作条件的变化对絮凝后的微生物影响较大，目前在环境工

［9］

程中的污水处理领域得到广泛的应用。

1．6系统截留法

Fig．3

系统截留法也就是传统生物处理中的生物膜法，是利用半透膜、中空纤维膜、超滤膜等将微生物截留在其表面，促进基质

并可选择性地控制底物和产物的扩与微生物充分有效地反应，

散，但这种方法存在膜易污染、堵塞等缺点，如何解决这个问题

［9］

并提高膜的耐受性仍需要进一步探索和研究。该六大系列的

图3微生物固定化造粒流程图

Pelletization process of microorganism immobilization

［10］

微生物固定化机理可以从以下几个方面来阐述：

（1）带电荷微生物细胞和带电荷的载体之间的静电相互作用；（2）通过氢键，疏水作用和π电子亲和力等物理作用；

（3）微生物细胞表面的氨基（NH 2）、羧基（－COOH ）或其他可反应基团与载体表面上的反应基团之间形成离子键；

（4）微生物细胞表面的氨基、羧基或苯环和载体表面上的羟基等形成部分共价键。另外，细胞表面的基团和载体也可以经

从而使它们之间形成共价键；化学修饰而接枝上去一些基团，

（5）包埋载体的孔径比细胞更小，因而将细胞保留在载体内，同时，底物可以进去，反应产物可以出来；

（6）通过微生物细胞的自絮凝特性进行固定；（7）通过中空纤维膜进行分子截留而达到固定。

固定微生物与载体之间的结构以及微生物固定化操作流程

［10］

分别如图2和图3所示。

不易控制或成型难等问题，更好地优化其机械强度、抗微生物分解以及经久耐用等特点。

4．2调节微生物固定化颗粒的密度

将各种不同密度的无机颗粒或粉末、发泡剂、无烟煤、活性二氧化硅、石榴石等加入载体中，以调节微生物固定化颗粒碳、

的粒径和密度等，同时也提高了固定化颗粒的机械强度和稳定

比如在海藻酸钠或k －卡拉胶中加入聚乙烯醇（PVA ）或光敏性，

［17］

性聚乙烯醇树脂以及二氧化硅（SiO 2）等，可有效调节微生物

以改善其在生化反应器中的流化特性和水固定化颗粒的密度，

力筛分特性。

4．3提高微生物固定化颗粒的传递性能

3．1

微生物固定化技术的优越性及其应用

固定化微生物的优越性

微生物经固定化技术固载后，其活性或性能得到改善，使单

具位体积内的生物密度增大。固定化微生物同游离菌体比较，

［10］

有以下优点：

（1）增加了连续循环反应过程的运用。可以更好的发挥持续降解性能，避免了反应过程中的流失，并且可以用较简单的方法回收利用。

（2）增加了其稳定性。固定化的菌体可以延长生物活性和稳定性，载体可以对菌体起到保护作用，以免外界体系中条件的影响，比如pH 、温度、底物浓度以及有机溶剂、有毒物质等。

（3）更适合于工业生产中的连续化、自动化、过程控制，使工艺流程得以简化，便于调节。

（4）更有利于固定化细胞与产物的有效分离，改善了后处理过程，简化了工艺流程，提高了固定化微生物的利用效率，从而大大降低了资金成本。

（5）固定化微生物可以长期批量操作，无须将菌体从反应器中移出。使菌体更加适应处理环境，性能发挥更加稳定，应用前景更为广阔。

将各种多孔性物质或者可以溶出的物质添加到载体中，可

如通过用高空隙率的聚以改善固定化微生物颗粒的传递性能，

酯短纤维（中空丝梢、棉丝、脱脂棉和绞纱等）、多孔材料（如海

海绵状物等、粉末活性炭）天然糖物质等来提高固定化微生绵、

物颗粒通透性，消除固定化微生物在颗粒中心部位的死区，使颗粒内外得到有效的疏通，利于微生物增殖和固定化微生物颗粒的通气性、通水性以及有机物的扩散传递，从而充分发挥整个微

［10］

生物固定化颗粒的效能。

4．4减少微生物固定化颗粒生物活性损失

在生物固定化过程中，固定化试剂和固定化条件是影响微生物细胞活性的关键因素。因此选择合适的载体，选择合适的操作条件尤为重要。市村国宏等将微生物包埋固定在光敏树脂中，这样可以有效避免一般光敏剂感光速度慢、固定化操作时间长等缺点，从而减少了包埋微生物活性损失。另外，有研究者采用安全无毒的有机高分子絮凝剂（如不饱和的聚酯树脂单体），先将菌体包埋成球，然后再用聚丙烯酰胺（PAM ）包埋，避开了有

减少了微生物菌体活性的损失。角野立夫毒的丙烯酰胺单体，

等则通过在固定化载体中添加酯类或絮凝剂等来降低聚丙烯酰

［18］

胺包埋过程中的微生物活性损失。

4．5改善微生物固定化颗粒的强度

3．2固定化微生物的应用领域

近年来，微生物固定化技术的研究非常活跃，发展较快，已

环境保护，新能源开发以应用到许多工业部门如食品发酵工业，

及生物传感器等，并取得了深入发展，显示出了强大的优越性。主要涉及到以下几个方面：在食品发酵工业中用于生产乙醇、啤

［11］

酒、酸奶等；在环境保护中用于环境监测和工业废水的处理；在新能源开发中用于生产氢气、甲烷、生化电池、微生物电池等；固定化微生物还可作为分子识别元件，用于制作各种生物传感器。而随着固定微生物技术的不断成熟、完善，逐渐向高效低能耗、低成本、简单化、安全自动化、无污染等方向发展，在能源危机、资源短缺、环境污染日趋严重的情况下，由此将推动其在废

［10］

具有更加深远的意义。水处理方面更加深入和广泛的应用，

［12－16］

。尤其在废水处理方面，具有很大的应用前景

日本研究学者在PVA 包埋的过程中，添加酪蛋白、铝盐、铜

盐、铁盐等来提高微生物固定化颗粒的强度，而且活性下降［10］

小；岳奇贤等研究表明，加适量的活性炭、碳酸钙、氢氧化钙粉末，可以提高凝胶颗粒的压缩强度；添加二氧化硅，不仅可以定向调节固定化微生物颗粒的密度，而且还可以提高固定化微生

［10，18］

。物颗粒的压缩强度

因此，从微生物固定化技术的发展和应用成果来看，虽然微

但依然在改善固定化生物固定化技术正逐步走向完善和发展，

颗粒的成型效果，调节固定化颗粒的密度，改善固定化微生物颗

减少固定化微生物活性损失以及提高固定化微粒的传递性能，

生物颗粒的强度方面需进一步优化，提高固定化体系性能。

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（下转第13页）

4微生物固定技术的未来发展方向

传统固定化技术的研究目前虽然已经非常深入，但在固定方法和使用过程中，不同程度地存在着这样或那样的缺点，所以新技术的研究与开发一直是固定化技术的重要任务，有待从以下几个方面加以改善。

4．1改善微生物固定化颗粒的成型效果

在聚苯烯酰胺、聚乙烯醇（PVA ）、光聚合树脂等中加入少量多糖物质，可以很好地解决它们在作为固定化载体存在的成型

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檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵

（上接第5页）

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范文五：微生物肥料的包埋固定化研究_韩梅

植物营养与肥料学报 2012, 18(4) :999－1005Plant Nutrition and Fertilizer Science

收稿日期 :2011－12－15接受日期 :2012－04－06

基金项目 :国家现代农业产业技术体系建设专项 (CARS －14－土壤肥料 ) ; 国家科技支撑计划粮食丰产科技工程 (2011BAD16B12) 资助。作者简介 :韩梅 (1964— ) , 女 , 辽宁昌图人 , 副教授 , 主要从事微生物肥料应用基础及农畜废弃物的资源化利用研究。

Tel :024－88487155, E-mail :hanmei1126@126. com 。

*通讯作者 Tel :024－88487155, E-mail :hanxiaori@163. com

微生物肥料的包埋固定化研究

韩梅 , 李天华 , 彭帅 , 魏冉 , 韩晓日

(沈阳农业大学土地与环境学院 , 土壤肥料资源高效利用国家工程实验室 ,

农业部东北玉米营养与科学施肥观测试验站 , 沈阳 110866)

摘要 :为了克服单种材料包埋的不足 , 提高微生物肥料包埋颗粒的综合性能 , 本研究以海藻酸钠 (SA ) 配合聚乙烯醇 (PVA ) 为包埋剂 ,

并添加适宜辅料 , 对复合菌体 (根瘤菌–解磷菌–解钾菌 ) 进行包埋固定化 , 以包埋操作及颗粒综合性能等为指标 , 筛选出较优的包埋材料组成为 :SA3. 0%－PVA (2. 5% 3. 0%) －辅料 (SiO 24. 0%－CaCO 30. 3%) 。在此条件下 , 操作性和成球性较好 , 所得包埋颗粒呈规则球形 , 直径为 3mm 4mm , 机械强度为

53. 4 59. 6g /g, 包埋率为 91. 4% 94. 3%, 经过 72h 增殖培养颗粒的活菌数达到 1011

cfu /g, 增殖 500余倍 , 活菌释

放率达到 90%以上。

关键词 :微生物肥料 ; 包埋 ; 固定化 ; 海藻酸钠 (SA ) ; 聚乙烯醇 (PVA ) 中图分类号 :S144

文献标识码 :A

文章编号 :1008－505X(2012) 04－0999－07

Immobilization of microbial fertilizer in small spherical particles

by embedding

HAN Mei , LI Tian-hua , PENG Shuai , WEI Ran , HAN Xiao-ri

(College of Land and Environment Science , Shenyang Agricultural University /National Engineering Laboratory of High Efficient Use on Soil and Fertilizer Resources /

Experiment Station of Northeast Maize Nutrition and Fertilization , Ministry of Agriculture , Shenyang 110866, China )

Abstract :In order to overcome the deficiencies of embedded particles of microbial fertilizers with the single material and to further improve comprehensive performances of them , the sodium alginate (SA ) with polyvinyl alcohol (PVA ) and appropriate auxiliary materials was used as main embedding materials in this study．The immobilization was studied by embedding the composite bacteria including rhizobia , phosphate and potassium dissolving bacteria into some small spherical particles．The embedding operation and grain comprehensive performances were acted as indexes in this study．The optimum embedding material concentrations and ratios are SA 3. 0%－PVA (2. 5%－3. 0%) , and auxiliary materials (SiO 24. 0%－CaCO 30. 3%) ．Under the conditions , operability and sphericity are both better , the embedded particles are in regular spheres which diameters are from 3mm to 4mm , mechanical strengths are from 53. 4g /gto 59. 6g /g, and the embedded rates of bacteria are from 91. 4%to 94. 3%．The number of viable bacteria in particles reaches 1011cfu /gwhich is increased 500times more than that of fresh embedded particles after 72h proliferation culture , and the releasing rate of viable bacteria is more than 90%to total viable bacteria in particles．

Key words :microbial fertilizer ; embedding ; immobilization ; sodium alginate (SA ) ; polyvinyl alcohol (PVA )

植物营养与肥料学报 18卷

微生物肥料可以部分替代化学肥料 , 减少其大

量施用造成的损失和浪费。微生物肥料常见的剂型

或为发酵后收获的菌液 , 或以草炭为载体制成的吸

附菌剂 , 两种剂型在制备上比较方便 , 但均存在许多

不足 , 如菌剂施入土壤后 , 菌体直接暴露在开放的、

存在许多不确定因素的土壤环境下 , 引起大量菌体

死亡 , 若使活菌数短时间内增殖到一定水平 , 不易达

到。包埋法是近些年发展起来的细胞固定化技术之

一 , 是将微生物包埋在富含营养、对外部环境相对

封闭的颗粒中 [1], 对内部的微生物来说 , 颗粒形成

了一个微环境 , 对外部环境起缓冲作用 , 颗粒的微环

境有利于微生物增殖 , 易于形成优势菌群 , 有利于人

工接种微生物的存活和与土著菌的生态竞争 [2－3]。

包埋材料主要有海藻酸钠 (SA ) 和聚乙烯醇

(PVA ) 。 SA 在加热条件下可溶于水 , 粘度较低 , 在

溶液中可与 Ca 2+、 Ba 2+、 Fe 3+等离子作用 , 通过形

成多个配位键而交联成内部孔隙大小均匀的球形颗

粒。作为交联剂 Ca 2+效果要好于其他离子 , 且成本

低 , 应用较广 [4－5], SA 包埋法主要用于药物、食品和

生物发酵 [6－7]。 PVA 在加热条件下可缓慢溶于水 ,

粘度较高 , 在溶液中能与硼酸反应 , 通过形成单二醇

型共价键而交联成多孔凝胶颗粒 , PVA 包埋法主要

用于废水处理 [8－10]。最近有报道在包埋主料中 , 适

量添加辅料 , 如 SiO 2 和 CaCO

等 , 利用辅料难溶于

水的特性 , 可以破坏部分网状结构 , 使得颗粒内部的孔隙变大 , 增加颗粒的通透性和传质性 , 提高细胞释放率 , 同时还可以提高颗粒的机械强度 [1－12]。目前 , 微生物的包埋仍以单一材料的包埋为主 , 但每种包埋法均存在包埋颗粒综合性能不够理想的问题 , 如 SA 包埋法易于操作 , 成球性好 , 但机械强度较低 , 成本较高 , 而 PVA 包埋法操作难度大 , 成球性较差 , 易粘连成片 , 且容易吸水膨胀 , 但机械强度较高 , 成本低。

本文作者在前期工作中 , 从多株肥料用菌中筛选出无拮抗的根瘤菌、解磷菌和解钾菌各 1株 , 进行了混合培养条件的优化研究 , 以及尝试了用单一种类的包埋材料包埋微生物菌体 , 在此基础上 , 本文探讨以 SA 配合 PVA 为包埋剂 , 综合二者优点 , 并添加适宜的辅料 , 对根瘤菌－解磷菌－解钾菌的复合菌体进行包埋固定化 , 以提高包埋菌剂的综合性能 , 为增加微生物肥料对农业生产的贡献提供理论指导 [13－14]。 1材料与方法

1. 1供试菌株

根瘤菌 (Rhizobium sp．) R12, 解磷菌 (巨大芽孢杆菌 Bacillum megaterium ) S7, 解钾菌 (胶质类芽孢杆菌 Bacillum mucilaginosus ) C1, 均由沈阳农业大学微生物学研究室保藏并提供。

1. 2培养基

活化培养基 :R12用 YMA 固体培养基 , S7用牛肉膏蛋白胨固体培养基 , C1用解钾菌固体培养基。液体混合培养基 :甘露醇 10g , NaCl 0. 1g , K

HPO

0. 5g , MgSO

·7H

O 0. 2g , NaCl 0. 1g , KCl

0. 2g , CaCl

·2H

O 0. 1g , Rh 溶液 4mL , CaCO 3

5. 0

g , Ca

(PO

)

5g , 蒸馏水 1000mL , pH 7. 0 7. 2,

121? 灭菌 20min 。其中 , Rh 溶液的组成 :H 3

BO 4 5. 0g , Na

MoO

5. 0g , 蒸馏水 1000mL , pH 3. 0。固体混合培养基为在液体混合培养基中添加 2%的琼脂粉 , 灭菌制成。

1. 3其他材料及试剂

包埋剂 :海藻酸钠 (SA ) 和聚乙烯醇 (PVA ) , 为化学纯试剂 , 用前取一定量分别溶于一定体积热水中 , 121? 灭菌 20min , 冷却至约 35? 使用。

交联剂 :CaCl

·2H

O , H

均为分析纯。用水稀释成一定浓度溶液 , 121? 灭菌 20min 。

辅料 :SiO

, CaCO

均为化学纯试剂 , 用时与包埋剂加在一起灭菌。

包埋颗粒制备器 :医用注射器及 8#针头

1. 4湿菌体的制备

取 R12、 S7、 C1的保藏菌种 , 分别在 YMA 固体培养基、牛肉膏蛋白胨固体培养基、解钾菌固体培养基上进行三区划线 , 28? 培养 , 待长出菌落后 , 挑取单菌落分别在各自相应的斜面培养基上划线 , 于 28? 下活化培养 3d ; 将活化后斜面培养物用 100mL 无菌水制成均匀菌悬液 , 分别接入 45mL 液体种子培养基中 , 于 28? 、 180r /min培养 3d , 制备种子 ; 按 10%的接种量 , 以 S7－R12－C1顺序接种 , 期间间隔 12h , 取种子液接入液体混合培养基 , 28? 、 180r /min培养 3d , 以 5000r /min离心 20min , 获得湿菌体。

1. 5SA －PVA 浓度及配比的初步确定

于 35? 下 , 以 SA 的 2. 5%、 3. 0%、 3. 5%和 PVA 的 1. 0%、 2. 0%、 3. 0%分别一一组合成 9个浓度配比 , 配制 10mL 溶液 , 称取湿菌体 1. 0g , 加入以上不同浓度配比的包埋剂溶液 , 于恒温磁力搅拌

0001

4期韩梅 , 等 :微生物肥料的包埋固定化研究

器上振荡混均 , 用 8#针头注射器按照一定的速度均

匀滴加到 20mL 含有 3. 0%CaCl

的饱和硼酸溶液

中 , 交联 24h , 滤出颗粒 , 先后用生理盐水和无菌水

洗涤 10次 ; 称取 1. 0g 颗粒于 YMA 培养液 , 于

28? 、 180r /min, 增殖培养 72h 。测定颗粒内活菌

数 , 剩余颗粒置于无菌水中 , 4? 保藏 , 备用。每个处

理 3次重复 , 结果取平均值。

1. 6颗粒机械强度和传质速率的测定

颗粒机械强度测定方法参照参考文献 [15]。

每个处理 3次重复 , 结果取平均值。

颗粒传质速率的测定方法参照参考文献 [16]。

每个处理 3次重复 , 结果取平均值。

1. 7颗粒活菌数、增殖倍数及包埋率的测定

称取新鲜包埋颗粒和经过增殖培养的颗粒各

1. 0g , 分别于 0. 2mol /L的柠檬酸钠溶液中 , 定容至

10mL , 以旋涡式振荡器充分振荡至颗粒完全溶解 ,

使菌体全部溶出 , 用稀释平板法于 28? 培养 3d , 菌

落计数。每个处理 3次重复 , 结果取平均值。各项

指标按下式计算。

颗粒活菌数 (cfu /g) =(一定稀释度的活菌数

? 稀释倍数 ? 菌液量 ) /颗粒重

增殖倍数 =增殖后颗粒活菌数 /增殖前颗粒活

菌数

包埋率 (%) =被包埋在颗粒中的活菌数 /总活

菌数 ? 100

1. 8SA －PVA －辅料包埋颗粒的制备与性能测试

在以上试验的基础上 , 选择包埋效果较好的 SA

－PVA 浓度及配比的组合为主料 , 添加辅料 4. 0%

的 SiO 2 和 0. 3%的 CaCO

[13], 于 35? 下配制成溶

液 , 121? 灭菌 20min , 冷却至 35? , 取湿菌体 1. 0g , 加入包埋剂溶液中 , 于恒温磁力搅拌器上混均 , 后续操作同 1. 5。每个处理均 3次重复 , 结果取平均值。考察 SA －PVA －辅料包埋过程的操作性、成球性 , 测定包埋颗粒机械强度、传质速率方法同 1. 6、 1. 7, 颗粒内活菌数、增殖倍数、包埋率方法同 1. 8, 每个处理 3次重复 , 结果取平均值。比较添加辅料前后的操作性、成球性、机械强度、传质速率、颗粒内活菌数、增殖倍数、包埋率、释放活菌数等差异。

包埋颗粒活菌释放率测定分别称取制备 5d 的包埋颗粒 1. 0g , 于 9mL 灭菌生理盐水的试管中 , 28? 下 60r /min振荡 3h 4h , 系列稀释 , 在固体混合培养基上涂布 , 28? 培养 3d , 菌落计数。然后将颗粒从试管中取出 , 无菌水清洗 , 转移到有少量无菌水的试管中 , 4? 保藏。依此方法分别在 10、 15、 20、 30d 时测定释放活菌数。每个处理 3次重复 , 结果取平均值。

活菌释放率 (%) =颗粒释放出的活菌数 /颗粒中总活菌数 ? 100

2结果与分析

2. 1SA －PVA 浓度及配比的初步确定

表 1 表 3为以 SA 和 PVA 混合材料为包埋剂按照一定的浓度及配比对复合菌体包埋的颗粒基本性能。由表 1可以看出 , 操作性、成球性和机械强度同时较好的 SA －PVA 浓度及配比有 4个组合 : SA3. 0%－PVA2. 0%, SA3. 0%－PVA3.0%, SA3. 5%－PVA1.0%, SA3. 5%－PVA2. 0%。此外 , 从表 1还可以看出 , SA 对成球性和操作性的影响大于 PVA , PVA 对机械强度的影响大于 SA , 因此 , 成球性和操作性主要决定于 SA , 机械强度主要决定于 PVA 。颗粒的传质性在一定程度上代表菌体在颗粒内移动的难易程度 , 是否可以占据和利用颗粒内部有效空间 , 以及菌体从包埋颗粒内释放到颗粒外的难易程度等 , 因此 , 与颗粒菌剂的实际应用效果关系较为密切。

表 2可见 , 5min 前颗粒的传质速率均为 0, 5 min 后颗粒的传质速率开始上升 , 5 15min 期间颗粒的传质速率上升较快 , 15min 后上升幅度减缓 , 至 30min 全部达到最大值 1. 0。颗粒的传质性随着 SA 和 PVA 浓度的升高而下降 , 且 PVA 浓度低者不管 SA 浓度高低 , 颗粒的传质速率均较高 , 可见颗粒的传质性主要取决于 PVA 的浓度。总之 , 所设的各处理在传质性方面基本能满足实际需要。

表 3可见 , 在 4个不同浓度配比中 , 包埋颗粒在 YMA 培养液经过 28? 、 180r /min、 72h 的增殖培养后 , SA3. 0%－PVA3. 0%中的活菌数较新鲜包埋颗粒中活菌数增加 580. 8倍 , 单位质量颗粒中的活菌数达到 64? 1010cfu /g, 说明 SA3. 0%－PVA3. 0%形成的颗粒内部微环境更有利于菌体的生长繁殖 , 且其包埋率也最高 , 达到 93. 5%。总之 , SA 和 PVA 的浓度及配比对于颗粒的基本性能影响较大 , 二者的浓度及配比应适中。初步确定 SA3. 0%－PVA3. 0%作为基本浓度及配比做进一步的包埋。 1001

植物营养与肥料学报 18卷

表 1SA －PVA 包埋颗粒的操作性、成球性和机械强度

Table 1The operability , sphericity and mechanical strength of embedded particles with SA －PVA

SA 浓度 Concentr．of SA (%)

PVA 浓度

Concentr．of PVA

(%)

操作性

Operability

成球性

Sphericity

机械强度 Mechanical strength (g /g)

2. 51. 0难 Difficult 差 , 易粘连 Bad , easy adhesion 27. 6c 2. 52. 0难 Difficult 差 , 易粘连 Bad , easy adhesion 33. 4b

2. 53. 0难 Difficult 较差 , 易粘连 A little bad , easy adhesion 47. 7a

3. 01. 0较难 A little difficult 较好 , 少量粘连 A little good , a little adhesion 36. 0c 3. 02. 0易 Easy 较好 , 无粘连 A little good , no adhesion 43. 8b 3. 03. 0易 Easy 好 , 无粘连 Good , no adhesion 54. 3a 3. 51. 0易 Easy 好 , 无粘连 Good , no adhesion 40. 2c 3. 52. 0易 Easy 好 , 无粘连 Good , no adhesion 49. 5b 3. 53. 0易 Easy 较差 , 有拖尾现象 A little bad , tailing 58. 6a 注 (Note ) :同列数据后不同字母表示处理间差异达到 5%显著水平 Values followed by different letters are significant among different treatments at the 5%level．

表 2SA －PVA 包埋颗粒的传质性

Table 2The mass transfer performance of embedded particles with SA －PVA

SA 浓度 Concentr．of SA (%)

PVA 浓度

Concentr．of PVA

(%)

颗粒的传质速率 (mm 3/min)

The mass transfer rate of embedded particles

5min 10min 15min 20min 25min 30min

2. 51. 00a 0. 42a 0. 73a 0. 87a 0. 99a 1. 00a 2. 52. 00a 0. 37b 0. 69b 0. 83b 0. 94b 1. 00a

2. 53. 00a 0. 33b 0. 65c 0. 74c 0. 91c 1. 00a

3. 01. 00a 0. 39a 0. 69a 0. 84a 0. 95a 1. 00a 3. 02. 00a 0. 33b 0. 67b 0. 76b 0. 89b 1. 00a 3. 03. 00a 0. 27c 0. 61c 0. 72c 0. 89b 1. 00a 3. 51. 00a 0. 37a 0. 66a 0. 78a 0. 90a 1. 00a 3. 52. 00a 0. 31b 0. 61b 0. 72b 0. 87b 1. 00a 3. 53. 00a 0. 26c 0. 59b 0. 70c 0. 86b 1. 00a 注 (Note ) :同列数据后不同字母表示处理间差异达到 5%显著水平 Values followed by different letters are significant among different treatments at the 5%level．

2. 2SA －PVA －辅料的包埋颗粒性能

2. 2. 1操作性、成球性和机械强度由表 4可以看出 , 辅料的添加提高了包埋颗粒的机械强度 , 但对操作性和成球性影响不大。在添加辅料的 3个处理中 , SA3. 0%－PVA3. 0%－辅料的包埋颗粒较 SA3. 0%－PVA3. 0%的包埋颗粒机械强度提高 9. 8%, 当将 PVA 降至 2. 5%时包埋颗粒机械强度较 SA3. 0%－PVA3. 0%仅下降了 1. 7%, 可见 , 添加辅料可以适当降低 PVA 的浓度 , 而几乎在不影响其他性能的情况下颗粒机械强度得到很大提高 , 而 PVA 浓度为 2. 5%时 , 颗粒仍具有较好的机械强度。一般地 , 机械强度在 50g /g以上均可满足实际需要。 2. 2. 2传质性由表 5可以看出 , 添加适量的辅料可以明显提高颗粒的传质性。添加辅料的颗粒在 5 min 时的传质速率分别为 0. 27和 0. 33, 而未加辅料的颗粒此时的传质速率为 0, 直到 10min 才有传质

2001

4期韩梅 , 等 :微生物肥料的包埋固定化研究

表 3SA －PVA 包埋颗粒的活菌数、包埋率和培养 72小时后的增殖量

Table 3The number of viable bacteria and embedded rate of embedded particles with SA －PVA , and their proliferation amount after 72h cultivation

SA 浓度 Concentr．of SA (%)

PVA 浓度

Concentr．of

PVA

(%)

新鲜包埋颗粒中的活菌数

The number of viable bacteria

embedded in the fresh particles

(? 108cfu /g)

包埋率

Embedded

rate

(%)

增殖后颗粒中的活菌数

The number of viable bacteria

in particles after proliferation

(? 1010cfu /g)

增殖倍数 Proliferation multiples (times )

3. 02. 08. 1c 87. 5d 2. 1c 24. 9c 3. 03. 011b 93. 5a 64a 580. 8a 3. 51. 013a 92. 9b 4. 8b 35. 9b 3. 52. 08. 5c 89. 3c 0. 75d 7. 5d 注 (Note ) :同列数据后不同字母表示处理间差异达到 5%显著水平 Values followed by different letters are significant among different treatments at the 5%level．

表 4SA －PVA －辅料包埋颗粒的操作性、成球性和机械强度

Table 4The operability , sphericity and mechanical strength of embedded particles with SA －PVA－auxiliarymaterials

包埋材料 Embedding material

操作性

Operability

成球性

Sphericity

机械强度 (g /g) Mechanical strength

SA 3. 0%－PVA3. 0%易 Easy 好 Good 54. 3b

SA 3. 0%－PVA3. 0%－(SiO 2 4. 0%－CaCO

0. 3%) 较易 A little easy 好 Good 59. 6a

SA 3. 0%－PVA2. 5%－(SiO 2 4. 0%－CaCO

0. 3%) 较易 A little easy 较好 A little good 53. 4c

SA 3. 0%－PVA2. 0%－(SiO 2 4. 0%－CaCO

0. 3%) 较易 A little easy 较好 A little good 48. 9d

注 (Note ) :同列数据后不同字母表示处理间差异达到 5%显著水平 Values followed by different letters are significant among different treatments at the 5%level．

表 5SA －PVA －辅料包埋颗粒的传质性

Table 5The mass transfer performance of embedded particles with SA －PVA －auxiliary materials

包埋材料 Embedding material

颗粒的传质速率 (mm 3/min)

The mass transfer rate of embedded particles

0min 5min 10min 15min 20min 25min 30min

SA3. 0%－PVA3.0%0a 0c 0. 27c 0. 67c 0. 75b 0. 89b 1. 00a

SA3. 0%－PVA3.0%－(SiO 2 4. 0%－CaCO

0. 3%) 0a 0. 27b 0. 49b 0. 78b 0. 88a 0. 99a 1. 00a

SA3. 0%－PVA2.5%－(SiO 2 4. 0%－CaCO

0. 3%) 0a 0. 33a 0. 64a 0. 70a 0. 87a 1. 00a 1. 00a

注 (Note ) :同列数据后不同字母表示处理间差异达到 5%显著水平 Values followed by different letters are significant among different treatments at the 5%level．

出现 ; 加辅料的两个处理的颗粒传质速率达到或接近最大值所需时间仅为 25min , 未加辅料的颗粒传质速率达到最大值需要 30min , 达到最大值相差 5min , 且 SA3. 0%－PVA2.5%－辅料的传质性最好。 2. 2. 3颗粒活菌数、包埋率、增殖倍数由表 6可以看出 , 新鲜包埋的颗粒活菌数在 109cfu /g左右 , 经过 72h 的增殖培养后 , 活菌数提高到 1011cfu /g, 这方面是液体剂型和吸附剂型菌剂很难达到的 , 而活菌数是微生物肥料的重要指标之一。从表中数据可见 , 添加辅料有利于菌体增殖 , SA3. 0%－PVA3. 0%增值倍数由无辅料的 580. 8提高到有辅料的 598. 0, 同时 , 包埋率也从 93. 5%提高到 94. 3%。 2. 2. 4活菌释放率包埋颗粒释放的活菌数直接影响微生物肥料的实际效果。从图 1可以看出 , 三条 3001

植物营养与肥料学报 18卷

曲线变化趋势一致 , 在每个时间点上添加辅料的 2个处理的活菌释放率均高于未加辅料的 SA3. 0%－PVA 3. 0%, SA 3. 0%－PVA3. 0%－辅料的包埋颗粒活菌释放率最高。可见 ,

添加辅料对菌体释放起到较大作用 , 其原因可以推测是由于辅料的添加 , 改善

网状结构的通道 , 更有利于菌体通过通道释放出颗粒的缘故。这个结果与传质性结果一致 ,

传质性越好 ,

包埋颗粒释放菌体越多。表 6

SA －PVA －辅料包埋颗粒的活菌数、包埋率和培养 72小时后的增殖量

Table 6

The number of viable bacteria and embedded rate of embedded particles with SA －PVA －auxiliary materials ,

and their proliferation amount after 72h cultivation 包埋材料 Embedding material

新鲜包埋颗粒中的活菌数

The number of viable bacteria embedded in fresh particles

(? 109cfu /g)

包埋率 Embedded rate (%) 增殖后颗粒中的活菌数 The number of viable bacteria in particles after proliferation

(? 1011cfu /g)

增殖倍数 Proliferation times SA3. 0%－PVA3.0%1. 1a 93. 5b 6. 4a 580. 8b SA3. 0%－PVA3.0%－(SiO 24. 0%－CaCO30. 3%) 1. 0ab

94. 3a

6. 1b

598. 0a

SA3. 0%－PVA2.5%－(SiO 24. 0%－CaCO30. 3%)

0. 9b 91. 4c 4. 8c 526. 3c

注 (Note ) :同列数据后不同字母表示处理间差异达到 5%显著水平 Values followed by different letters are significant among different treatments at the 5%

level．

图 1

包埋颗粒的活菌释放率

Fig．1

The rate of releasing viable bacteria of embedded

particles with SA －PVA

讨论与结论

综合各项测试指标 , 本研究中包埋复合菌体的

材料组成为 SA 3. 0%－PVA(2. 5% 3. 0%) －辅料 (SiO 24. 0%－CaCO30. 3%) 时较为适宜 , 所得包埋颗

粒呈规则球形 ,

直径约为 3mm 4mm , 见图 2。本研究得到的包埋颗粒经过增殖培养有效活菌数达到 4. 8? 1011cfu /g以上 ,

活菌数较胡小加等 [11]

用 SA 包埋植物促生菌所得的包埋颗粒提高了

图 2

包埋颗粒成球情况

Fig．2

The state of embedded particles

倍。王里奥等 [16]

分别用 SA 和 PVA 将活性污泥包

埋成颗粒 ,

SA 球和 PVA 球的颗粒传质速率达到最大值所需时间分别为 25min 和 45min , 本文 SA －

PVA －辅料的包埋颗粒 , 其传质性与 SA 球接近 , 远好于 PVA 球。由于具有较高的活菌数和较好的传质性 , 本文的包埋颗粒释放的活菌数 30d 时达到 1011cfu /g, 较胡小加等细菌包埋颗粒释放的活菌数提高了 2个数量级。

综上所述 , 利用混合材料包埋微生物制成颗粒菌剂 , 在综合性能方面 , 较单一材料的包埋可以有较

4001

4期韩梅 , 等 :微生物肥料的包埋固定化研究

大改善。以适宜材料对微生物包埋固定化 , 对于解决人工接种微生物施于土壤后的存活和与土著菌竞争问题 , 是一项切实可行的有效措施。今后在微生物肥料颗粒菌剂的基础或应用基础研究中 , 可以从微观角度做进一步深入探讨。

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