Abstract
本研究利用紅外線光譜對polyvinyl alcohol（簡稱PVA）膠體進行解析，並初步地提出了此一固定化膠體顆粒的化學結構。其次，針對利用添加polyethylene glycol（簡稱PEG）修飾PVA 膠體後，對顆粒之氣體穿透性、菌體脫硝活性、膠體顆粒的微觀結構、機械強度、分配係數及擴散係數等之變化情形，作進一步深入探討。在本研究中，首先利用紅外線光譜對 PVA膠體進行解析，發現圖譜中 1310cm-1位置有新的波峰生成，證明有B-O-C鍵存在；可見硼酸與PVA反應確實可以形成共價鍵。而且，當PVA溶液一滴入硼酸飽和溶液中，立即形成球狀的膠體顆粒，足見其反應速度相當地快。相反地，PVA與磷酸鹽的反應則相當慢，所以在圖譜中並未見到P-O-C鍵的波峰生成。但是，磷酸鹽確實可使膠體機械強度增強，可能是由於 PVA凝膠過程中產生氫鍵或少量的P-O-C共價鍵所致。在利用 PVA固定化菌體顆粒進行生物脫硝之程序中，由於氮氣產物不易由顆粒內排出，以致造成顆粒脹大如小氣球般且漂浮到液面，影響脫硝程序之正常操作。本研究中，試圖在PVA凝膠過程中，添加P EG以改善膠體顆粒的孔洞結構，使得顆粒上浮比率下降六倍之多；而且在重覆批次培養期間，固定化菌體顆粒的脫硝活性並未因添加 PEG而減弱。此外，由SEM照相觀察結果，發現添加 PEG 會使得顆粒的表面及內部呈現均勻的孔洞分佈。雖然在SEM照相觀察結果中，發現隨培養天數增加膠體表面孔洞逐漸變大，但是因為菌體不斷生長並填塞顆粒內孔洞之故，反而使得顆粒的機械強度逐日增加。由分配係數或擴散係數的測定結果，顯示添加 PEG並未造成顆粒分配係數明顯改變，所以在顆粒內與顆粒外溶液中基質的分配比例並未改變，證明添加 PEG並不會造成擔體化性改變，只是在結構上造成多孔洞性。再者，添加 PEG的顆粒之擴散係數增大，顯示其結構將更有助益於基質代謝產物的質傳效果。綜合以上所述，於PVA菌體固定化程序中添加PEG，可以有效改善顆粒因脹氣而上浮的缺點，並且不影響固定化菌體顆粒的脫硝活性，非常適合應用在連續式生物脫硝程序上。