微生物固定化技術(shù)是生物工程中的一項新興技術(shù),，其利用物理或化學(xué)手段將微生物限制或定位于限定的空間區(qū)域,，使之成為水不溶性,，但仍能保留生物活性且在適宜的條件下還可以增殖。微生物被固定化后具有密度高,、反應(yīng)速度快,、耐毒害能力強、產(chǎn)物分離容易,、能實現(xiàn)連續(xù)操作,、可以大大提高生產(chǎn)能力等優(yōu)勢，因此近幾年微生物固定化技術(shù)得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,。
1 微生物固定化技術(shù)的分類方法
一般將微生物固定化方法分為載體結(jié)合法,、交聯(lián)法、載體分離法,、系統(tǒng)截留法和聯(lián)合固定化技術(shù),。
1.1 載體結(jié)合法
載體結(jié)合法是基于微生物與載體之間通過物理吸附、離子結(jié)合,、共價結(jié)合及生物特異性吸附等作用將微生物固定在非水溶性載體上的方法。
1.2 交聯(lián)法
交聯(lián)法又稱為無載體固定化法,，可分為化學(xué)交聯(lián)法和物理交聯(lián)法,。其中物理交聯(lián)法是利用微生物自身作用進行微生物固定化的方法，即所謂的自身固定化,。此法一般不需使用人工載體或包埋劑,，但所需固定化時間長且受環(huán)境因素的影響大,。
1.3 載體分隔法
載體分隔法是指依靠載體對生物催化劑的物理阻擋來實現(xiàn)生物催化劑的固定化。載體分隔法又可分為包埋法和微膠囊法,。將生物催化劑限制在聚合網(wǎng)絡(luò)中的方法稱為包埋法,；微膠囊固定化法是指通過乳化作用將生物催化劑包埋在各種多聚物制成的半透性微膠囊內(nèi)的方法。
1.4 系統(tǒng)截留法
系統(tǒng)截留法是利用各種半透膜（如滲析膜,、超濾膜等）將生物催化劑以可溶形式限定在一定的空間范圍內(nèi),，或?qū)⑦^濾、離心,、沉淀后的生物催化劑返回到生物反應(yīng)器中循環(huán)使用的方法,。
1.5 聯(lián)合固定化技術(shù)
聯(lián)合固定化最初是指把外來酶結(jié)合于固定化完整細胞上。后來,，又發(fā)展到將兩種酶,、兩種微生物細胞或生物催化劑（酶、細胞）與底物或其他物質(zhì)聯(lián)合固定在一起,。與普通的固定化酶或固定化細胞相比,，聯(lián)合固定化生物催化劑可以充分利用酶和細胞各自的特點，把不同來源的酶和整個細胞的生物催化性質(zhì)結(jié)合到一起,。
2 微生物固定化技術(shù)在廢水處理中的研究與應(yīng)用
2.1 處理氨氮廢水
微生物去除氨氮需經(jīng)過好氧硝化,、厭氧（缺氧）反硝化兩個階段。硝化菌,、脫氮菌的增殖速度慢,，要想提高去除率，必須有較長的停留時間和較高的細菌濃度,，而用固定化細胞技術(shù)就可解決這個問題,。Nilsson 用海藻酸鈣固定假單細胞反硝化菌Pseudomonas denitrificans，用填充床對含20 mg/L 硝酸鹽的地下水進行兩個月的連續(xù)脫氮試驗,，脫氮效果良好,，反硝化速度為66 mg/（h·kg），容積負荷（以N 計）達到3.6 kg/（m3·d）,。中村裕紀(jì)用聚丙烯酸胺包埋法固定硝化菌和脫氮菌,，用好氧硝化與厭氧反硝化兩段工藝進行合成廢水的脫氮試驗，其結(jié)果表明：與懸浮生物法相比,，低溫下硝化速度（以N計）加快了6～7 倍,，約為0.5 kg/（m3·d）；脫氮速率提高了3 倍,，約為l.5 kg/（m3·d）,；停留時間由原來的7 h（硝化4 h，反硝化3 h）縮短為4 h（硝化2 h，反硝化2 h）,，即處理裝置容積可減少約50%左右,。周定等將脫氮細胞包埋于PVA（聚乙烯醇）中，結(jié)果表明在低溫,、低pH 的條件下,，固定化細胞能夠保留比未包埋細胞更高的脫氮活性，減輕溶解氧對脫氮的抑制作用,，脫氮微生物在固定化載體中可以增殖,。
筆者用包埋有硝化細菌的微生物載體投入某生活污水廠的好氧池中，控制溫度在20～38 ℃,，pH6.0～9.0,，溶解氧在0.5 mg/L 以下，污泥沉降比SV30為15%～30%,，停留時間3～6 h,，進水COD 為400～650 mg/L，出水COD 為60～100 mg/L,，污泥回流比控制在1∶1～1∶4,，進水硝酸鹽和亞硝酸鹽的質(zhì)量濃度為150～400 mg/L。在添加硝化細菌載體工程中,，氨氮去除率達到90%以上,，明顯高于不添加的處理工程，這說明在添加硝化細菌載體的工程中,，載體有利于硝化細菌從外界污水中吸收氨氮轉(zhuǎn)化成硝基氮,，使最終出水氨氮達到國家一級A 標(biāo)準(zhǔn)。且在運行中,，硝化細菌載體的投加較方便,、抗沖擊負荷能力較強，運行管理方便,，成本較低,。
2.2 處理難降解的有機廢水
2.2.1含重金屬廢水的處理
M. Iqbal 等用一種新型經(jīng)濟的多孔載體絲瓜瓤固定黃孢原毛平革菌（Phanerochaete hrysosporium），制成吸附劑用以吸附溶液中的Pb2+,、Cu2+和Zn2+,，并與懸浮液做了對比研究。在pH 為6.0 時,，吸附1 h達平衡,，Pb2+、Cu2+和Zn2+ 3 種金屬離子的去除率分別是88.2%,、68.7%和39.6%,，相對于懸浮液,，去除率分別提高了14.6%、12.8%和16.1%,。M.Y. Arica 等將黃孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium）固定在海藻酸鈣中，用于吸附人工靜態(tài)模擬廢水中30～600 mg/L 的Pb2+和Zn2+,，對其吸附容量做了細致的研究,。結(jié)果表明，在pH 5.0～6.0,、吸附60 min 后,，加熱滅活菌對Pb2+和Zn2+的吸附容量為355、48 mg/g,，大于活菌球的282,、37 mg/g。2 種形態(tài)菌對離子的吸附也是隨初始濃度的增加而增加,，吸附符合Langmuir等溫式,。
2.2.2含氮廢水的處理
黃正等富集、培養(yǎng)硝化細菌污泥,，選用PVA 作為載體,，添加適量粉末活性炭包埋固定硝化細菌污泥，處理養(yǎng)殖廢水（NH4+-N 質(zhì)量濃度45 mg/L）,，處理24 h 后,， NH4+-N 去除率達82.5%。屈計寧等用提高基質(zhì)濃度的方式大幅度提高了硝化細菌的含量,，當(dāng)溫度為30 ℃,、pH 為6.5～8.0、DO>2 mg/L 時,，經(jīng)過12～13 周的富集培養(yǎng)1 g污泥中硝化菌數(shù)量是未經(jīng)富集處理的12～20 倍,。安立超等混合固定硝化細菌和反硝化細菌，在體積為1.0 L流化床中使用模擬廢水進行研究,。試驗表明：當(dāng)COD 處于500～1 000 mg/L 內(nèi),， pH 在8.0～8.5 之間，氣體體積流量為24～42 L/h 時脫氮速率最高,。此時,，NH4+-N 去除率達90%以上。
2.2.3印染,、造紙等廢水的處理
染料,、造紙廢水色度高、成分復(fù)雜,、有毒有害有機物多,，用常規(guī)的物化方法處理成本高。利用微生物對染料脫色和降解被認為是行之有效的方法。王增長等利用篩選的高效優(yōu)勢脫色菌種固定在活性污泥上處理印染廢水,。試驗結(jié)果表明,，固定化脫色菌活性污泥顯示了極大的優(yōu)越性，出水CODCr<50 mg/L,，出水色度0.005～0. 05 倍,。處理后的水可回收利用。洪衛(wèi)等采用還原鐵床與固定化微生物技術(shù)相結(jié)合的工藝深度處理造紙中段廢水,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該工藝是可行的,，在進水色度平均251 倍、CODCr平均319.9 mg/L的情況下,，出水色度平均18.3 倍,、CODCr平均31.9mg/L，色度去除率為92.7% ,、CODCr去除率為90.0%,。J. S. Chang分別用聚丙烯酰胺、海藻酸鈣做載體固定假單胞菌（Pseudomonm luteola）,，對自配制含氮染料廢水進行脫色處理,，降解其中的活性艷紅。結(jié)果表明,，固定化細胞生物系統(tǒng)雖然脫色速度較慢,，但受溶解氧和pH 影響較小，長時間運行也能保持較高的反應(yīng)效率,，且重復(fù)使用性好,，更適合實際工業(yè)應(yīng)用。
2.2.4含醇類廢水的處理
王里奧等利用固定化包埋技術(shù)對高濃度甲醇廢水進行了處理試驗,，確定了海藻酸鈉和聚乙烯醇的最佳包埋條件,，并對在最佳包埋條件下制成的固定化小球進行了性能的改進。同時,，通過對固定化顆粒小球的比表面積,、傳質(zhì)性能的測定以及電鏡掃描分析了固定化小球的性能。試驗表明,，交聯(lián)時間是固定化顆?；钚缘闹饕绊懸蛩兀? 種材料均有適合微生物附著生長的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),；加入添加劑后,，PVA 固定化小球的機械性能進一步得到改善，對甲醇5 h 的去除率達到了93.78%,。
2.2.5含雜環(huán)芳烴類廢水的處理
張波等采用大孔樹脂白球固定化微生物強化SBR 工藝處理含對甲苯胺廢水,，結(jié)果表明,，在進水TOC 為434.8 mg/L，對甲苯胺為326.9 mg/L 的條件下,，強化組可在180 min 內(nèi)將TOC 和對甲苯胺基本去除完全,，去除率在98%以上，對照組則需要300 min才能達到相同的去除效果,。Jianlong Wang 等用PVA 和紗布混合載體以及單獨用PVA 凝膠固定皮氏伯克霍爾德氏菌（Burkholderia picketti）降解廢水中的喹啉,，當(dāng)初始喹啉質(zhì)量濃度在50～500 mg/L 時，喹啉降解過程符合零級反應(yīng)速率方程,。用海藻酸鈣固定該菌處理含喹啉廢水，固定化菌體的活性可保持100 h,。
3 微生物固定化技術(shù)在污水處理行業(yè)的發(fā)展趨勢
固定化細胞技術(shù)在廢水處理領(lǐng)域中具有獨特的優(yōu)勢,，但要實現(xiàn)處理廢水的規(guī)模化,，還需解決幾個問題：（1）研究開發(fā)性能穩(wěn)定,、強度高、壽命長,、費用低,、傳質(zhì)阻力小的新型固定化載體；（2）開發(fā)多種微生物共生的固定化體系,，篩選,、構(gòu)建高效、抗逆性強的高性能微生物,；（3）開發(fā)高效的廢水處理工藝,、固定化生物反應(yīng)器和固定化細胞批量生產(chǎn)裝置。相信固定化細胞技術(shù)將在廢水處理領(lǐng)域中會發(fā)揮越來越廣泛,、重要的作用,。（生物谷Bioon.com）
