固定化微生物技術(shù)在富營養(yǎng)化水體修復(fù)中的應(yīng)用

孫 霞，劉 揚(yáng)，王 芳，譚 嵐，張 虎

(1.山東江河濕地生態(tài)研究院，山東 濟(jì)南 271100;2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038;3.湖南百舸水利建設(shè)股份有限公司，湖南長沙 410007)

隨著我國工業(yè)化和城市化進(jìn)程加快，大量含氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的工業(yè)廢水和生活污水排入江河、湖泊等水體，導(dǎo)致水生態(tài)平衡遭受嚴(yán)重破壞。水利部發(fā)布的《中國水資源公報》顯示，在2018年所調(diào)查的121個湖泊中，中營養(yǎng)湖泊占26.5%，富營養(yǎng)湖泊占73.5%;而2009年調(diào)查的71個湖泊中，中營養(yǎng)湖泊占33.8%，輕度和中度富營養(yǎng)湖泊分別占38.0%和26.8%。水質(zhì)也有所下降，劣Ⅴ類水體面積占比由2009年的 14.0%上升到 2018年的16.1%，人類的清潔優(yōu)質(zhì)水資源日益受到威脅。因此如何改善水質(zhì)和富營養(yǎng)化狀況，成為熱點問題。

目前處理(修復(fù))富營養(yǎng)化水體的方法主要有物理、化學(xué)及生物法，其中以降解污染物為目標(biāo)的微生物技術(shù)由于無二次污染、運行成本低、對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)勢得到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。然而微生物技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用受2個主要因素限制:一是缺乏長期的操作穩(wěn)定性，二是微生物細(xì)胞的分離回收和再利用困難。而固定化微生物技術(shù)，即用物理或化學(xué)方法將游離微生物細(xì)胞限定在某一空間區(qū)域內(nèi)，保持其生物活性，進(jìn)而可重復(fù)循環(huán)利用的技術(shù)，可以有效克服這些缺點［1-2］。與游離微生物相比，固定化微生物技術(shù)具有生物負(fù)載量大、穩(wěn)定性高、對環(huán)境耐受性強(qiáng)、不易被流水沖刷等優(yōu)勢［3-4］。近年來，許多學(xué)者針對不同的污水性質(zhì)，采用不同的固定化體系進(jìn)行大量研究，如將蠟狀芽孢桿菌(Bacillus cereus)固定到海藻酸鈣載體中以降解石油廢水中的酚類化合物［5］，用藻酸鹽凝膠固定微藻(Isochrysis galbana)吸附水中的 Cr(Ⅲ)［3］，將氨氧化菌固定化到海藻酸鈣載體中以去除氨氮，且固定化細(xì)胞具有更好的保存、循環(huán)和生物降解能力［6］。總體而言，固定化微生物技術(shù)顯示了較強(qiáng)的水處理效果。

雖然目前關(guān)于固定化微生物技術(shù)的文獻(xiàn)很多，尤其是對工業(yè)廢水污染物的生物降解報道非常豐富，但對富營養(yǎng)化水體中氮磷污染物的處理鮮見全面的綜述。為此，筆者重點對富營養(yǎng)化水體修復(fù)中固定化載體的選擇、固定化微生物細(xì)胞的種類以及適用的固定化技術(shù)進(jìn)行綜述，試圖確定該技術(shù)在富營養(yǎng)化水體修復(fù)中面臨的挑戰(zhàn)和今后的研究方向。

1 固定化載體

載體材料的選擇是影響微生物固定化效果的重要因素之一，是固定化技術(shù)能否投入實際應(yīng)用的關(guān)鍵。良好的載體材料應(yīng)具備低廉易得、對微生物無毒、不被生物降解、傳質(zhì)性能良好、能為微生物提供充分的生存空間、易于處理和再生等特性［7］。

目前常用的載體主要有5種類型:無機(jī)載體、有機(jī)載體、復(fù)合載體、改性載體及新型載體(表1)。

表1 固定化載體的分類Table 1 Classifications of immobilization carriers

無機(jī)載體包括活性炭、沸石、黏土等，材料廉價易得，但微生物負(fù)載量小，易脫落。有機(jī)載體包括天然及合成有機(jī)載體2類。天然有機(jī)載體具有較高的污染物去除率且更環(huán)保;合成有機(jī)載體具有更好的穩(wěn)定性和更高的機(jī)械強(qiáng)度，但可能對微生物有毒性。海藻酸鹽和聚乙烯醇(PVA)是最常用的2類有機(jī)材料，如利用海藻酸鈉(SA)固定蠟樣芽孢桿菌［8］，利用海藻酸鈣固定氨氧化菌［6］，利用 PVA 固定硝化細(xì)菌［9］等。海藻酸鹽作為載體材料的優(yōu)點是無毒性、滲透性強(qiáng)，能為固定化細(xì)胞提供非常溫和的環(huán)境，在固定化過程中微生物細(xì)胞能不受外界條件變化的影響［3］。PVA的優(yōu)勢是價格低廉、容易獲得、無毒，氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)在PVA載體孔隙中容易擴(kuò)散，使生物降解更容易完成。復(fù)合載體通常是有機(jī)載體和無機(jī)載體的組合，即將兩者的優(yōu)勢互補(bǔ)。如用PVA+SA+生物炭作為載體固定硝化細(xì)菌來處理富氨氮水體，結(jié)果顯示運行72 h時氨氮的去除率可達(dá)96.3%，酸堿穩(wěn)定性和傳質(zhì)性分別提升12.5%和 55.8%，固定化顆粒的破損率降低2.4%［10］。改性載體指在載體加工過程中添加改性物質(zhì)，或?qū)d體材料表面基團(tuán)或孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性優(yōu)化，改性后載體和微生物的結(jié)合強(qiáng)度增加，生物負(fù)載量提高且不易脫落。如用鑭/鋁改性沸石可以擴(kuò)大沸石的比表面積，避免孔道被雜質(zhì)堵塞，增強(qiáng)孔道間連通性，提高沸石對磷的吸附能力［11］。新型載體是具有表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及磁學(xué)性質(zhì)的一類載體。尤其是磁性納米材料因易于回收、可多次反復(fù)利用、應(yīng)用成本低等優(yōu)勢，受到廣泛關(guān)注。

近年來，學(xué)者們對固定化載體的研究經(jīng)歷了從單一載體到復(fù)合載體、從改性載體到新型載體的發(fā)展過程，隨著材料科學(xué)、生物技術(shù)以及水處理技術(shù)等學(xué)科的交叉發(fā)展，新型復(fù)合載體的開發(fā)應(yīng)用必將成為固定化微生物技術(shù)的主要研究趨勢。

2 固定化微生物

優(yōu)良的微生物菌劑是固定化技術(shù)的首要條件。目前，許多研究者針對不同污染物選育了大量優(yōu)勢菌株，如降解多環(huán)芳烴類有機(jī)物(PAHs)的綠膿假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、紅球菌(Rhodococcussp.)、分枝桿菌(Mycobacteriumsp.)、類芽孢桿菌(Paenibacillussp.)和白腐真菌(Phanerochaete chrysosporium)等［25］，但是針對氮、磷污染物的優(yōu)良菌種相對較少。表2列舉了部分富營養(yǎng)化水體中脫氮除磷的微生物種類。

表2 應(yīng)用于富營養(yǎng)化水體脫氮除磷的部分微生物種類Table 2 Application of immobilized microorganisms for removal of nitrogen and phosphorus from eutrophic water

傳統(tǒng)的生物脫氮理論由氨氧化菌及硝化菌完成硝化過程，繼而由反硝化菌將硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮逐步轉(zhuǎn)化為 N2O和 N2，最終將氮從水體去除［34］。1983年，ROBERTSON 等［35］發(fā)現(xiàn)泛養(yǎng)硫球菌(Thiosphaera pantotropha)〔后更名為脫氮副球菌(Paracoccus denitrificans)〕能同時利用氧和硝酸鹽作為電子受體，并提出了異養(yǎng)硝化的概念。與自養(yǎng)硝化菌相比，異養(yǎng)硝化菌具有生長速率快、需氧濃度低、耐酸性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點［36］。隨后，研究者發(fā)現(xiàn)大多數(shù)異養(yǎng)硝化菌也具有好氧反硝化功能［37-38］，于是既具有異養(yǎng)硝化能力又具有好氧反硝化能力的微生物被分離出來，使硝化和反硝化能夠同時進(jìn)行。目前已報道的異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌主要包括副球菌屬(Paracoccus)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、產(chǎn)堿桿菌屬 (Alcaligenes)、芽孢桿菌屬(Bacillus)、紅球菌屬 (Rhodococcuus)等細(xì)菌，曲霉屬(Aspergillus)、黑粉菌屬 (Ustilago)、紅酵母屬(Rhodotorula)等真菌，鏈霉菌屬(Streptomyces)等放線菌以及古菌等［39-40］。

微生物對氮磷的同步去除是富營養(yǎng)化水體處理的主要目標(biāo)，但在實際脫氮除磷過程中存在硝化菌和聚磷菌菌齡不同、碳源需求競爭等諸多矛盾。1980 年代，OSBORN 等［41］和 BORTONE 等［42］相繼發(fā)現(xiàn)某些反硝化菌在硝酸鹽存在情況下具有吸磷功能，之后學(xué)者們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)某些聚磷菌可以利用亞硝酸鹽作為最終電子受體進(jìn)行吸磷，一些兼具脫氮和除磷特性的反硝化聚磷菌被分離出來，使得脫氮除磷同步進(jìn)行成為可能。已報道的反硝化聚磷菌有不動桿菌屬(Acinetobacter)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、芽孢桿菌屬(Bacillus)、氣單胞菌屬(Aeromonas)、副球菌屬(Paracoccus)、寡營養(yǎng)單胞菌屬(Stenotrophomonas)、莫拉氏菌屬(Moraxella)和腸桿菌屬(Enterobacter)等［43-45］。

發(fā)揮多種微生物的協(xié)同代謝優(yōu)勢，可實現(xiàn)多種污染物同時降解。如固定光合細(xì)菌(photosynthetic bacteria，PSB)處理污水，對氨氮、總氮和總磷的去除率最高分別達(dá)91.30%、73.51%和 84.88%［46］;固定生絲微菌屬(Hyphomicrobium)為主的反硝化菌群處理高濃度含氮廢水，對硝態(tài)氮的去除率可達(dá)92%［47］;用 PVA 固定 EM 菌(effective microorganisms)處理合成廢水，對COD和總氮的去除率分別可達(dá) 93%和 73%［48］;用 SA固定蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)及光合細(xì)菌(PSB)，對磷和氮的去除率分別為84%和95%，且使用固定化菌藻球凈化養(yǎng)殖廢水比單獨使用菌類或藻類效果更好［32］。

固定化微生物細(xì)胞的生物降解作用受微生物的菌齡、表面結(jié)構(gòu)、表面電荷、疏水性等自身因素［49］以及pH值、營養(yǎng)物質(zhì)組成及濃度、無機(jī)離子濃度等環(huán)境因素［50］影響。固定化微生物細(xì)胞必須具有高生物催化活性、細(xì)胞的長期穩(wěn)定性、重復(fù)利用的可能性以及固定化過程中活性的低損失性等特性。

3 微生物固定化方法

3.1 吸附法(adsoption)

吸附法是微生物細(xì)胞直接和載體接觸，然后通過物理吸附、化學(xué)鍵吸附、離子交換吸附等方式黏附和定植于載體［51］。該法被認(rèn)為是固定化方法中最簡單、傳統(tǒng)的方法［52］，具有反應(yīng)溫和、簡單快速、不需要化學(xué)添加劑、載體可重復(fù)利用等優(yōu)點［53］。但由于微生物與載體之間的結(jié)合作用力較弱，微生物細(xì)胞易從載體上脫落［52］。為了防止脫落，選擇合適有效的吸附載體是該法的關(guān)鍵［51］，載體的質(zhì)地、比表面積、表面電荷等都是判斷載體吸附性能的重要依據(jù)。此外，細(xì)胞的胞外聚合物以及pH值、流速、溫度等外界環(huán)境都是影響吸附性能的重要因素。

無機(jī)吸附材料如活性炭、硅藻土、膨潤土、沸石、蛭石等，由于具有較大的孔隙度和比表面積、成本低、易獲得等優(yōu)勢，受到廣泛關(guān)注。朱曦等［28］分別以沸石、火山石、陶環(huán)、核桃殼、牡蠣殼為吸附載體處理養(yǎng)殖廢水，結(jié)果表明沸石對細(xì)胞負(fù)載量最大，牡蠣殼作為吸附載體降解氨氮和COD的能力較強(qiáng)。吳露等［54］比較膨潤土、紅壤和爐渣3種吸附載體的除磷特性，結(jié)果顯示，膨潤土吸附量最低，而爐渣吸附量最高。由于膨潤土、紅壤等無機(jī)吸附材料表面沒有帶電荷的官能團(tuán)，主要依靠物理吸附，所以存在飽和吸附容量小、易脫落等問題。而爐渣的飽和吸附量及吸附速度優(yōu)于膨潤土和紅壤，主要原因是爐渣的Ca、Fe等金屬離子氧化物的含量明顯高于膨潤土和紅壤。載體材料中金屬氧化物和菌體細(xì)胞及水中的離子形成離子交換吸附，使結(jié)合力增強(qiáng)，載體材料的磷吸附能力與Ca、Mg、Al和Fe等金屬氧化物含量呈正相關(guān)［55］。研究發(fā)現(xiàn)，金屬氧化物和金屬有機(jī)框架化合物(MOFs)形成的復(fù)合材料展現(xiàn)出良好的吸附除磷性能。LI等［56］合成了一種中空磁性 Fe3O4@NH2-MIL-101(Fe)(比表面積為825.15 m2·g-1)，在pH值為7條件下吸附50 min，能夠?qū)⑺w磷質(zhì)量濃度由0.60降至 0.045 mg·L-1，實現(xiàn)了對磷的快速選擇性吸附。

研發(fā)高效載體材料是吸附法推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。近年來，鑭系元素改性吸附材料［11］、酸堿改性吸附材料(Zr-APT)［57］、磁性納米吸附材料［58］、人工合成吸附材料［59］等改性和新型吸附材料不斷研發(fā)并應(yīng)用于富營養(yǎng)化水體除磷，在吸附容量和吸附速度等方面都表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。

3.2 包埋法

包埋法分為凝膠包埋(entrapment)和微囊包埋(encapsulation)。凝膠包埋是將微生物固定在載體材料內(nèi)部，使菌體細(xì)胞免受外界環(huán)境因子的侵害［51］，是一種不可逆的固定化方法。該法由于操作簡單、固定化微球強(qiáng)度高，是目前最常用、研究最廣泛的一類固定化技術(shù)。但由于包埋過程中微生物要忍耐交聯(lián)階段的低溫，微生物細(xì)胞的活性會受到影響［60］，凝膠包埋會造成傳質(zhì)阻力大，所以適用于底物及產(chǎn)物都是小分子的反應(yīng)系統(tǒng)，且該方法透氣性不好，不適于好氧微生物的固定化［61］。常用作包埋載體的材料如海藻酸鹽、PVA、瓊脂、卡拉膠、聚丙烯酰胺等，它們都具有多孔結(jié)構(gòu)，這使得污染物和代謝產(chǎn)物很容易進(jìn)入載體內(nèi)部［53］。

微囊包埋是將微生物固定在半透膜的微膠囊中，固定化細(xì)胞可在核心空間內(nèi)自由漂浮，外層 (外殼)由半透膜包裹，形成直徑幾毫米的微囊結(jié)構(gòu)［62］。半透膜允許小分子營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物自由進(jìn)出。而微生物細(xì)胞被包裹在膜內(nèi)，可防止外溢且保護(hù)其不受外界環(huán)境條件的影響。該技術(shù)的優(yōu)點是不需要對核心材料進(jìn)行化學(xué)改性或修飾，這意味著固定化微生物的活性不受損失［63］。

包埋固定化技術(shù)自20世紀(jì)70年代開始應(yīng)用于富營養(yǎng)化水體治理，獲得了很好的脫氮除磷效果。WANG等［64］用PVA+SA包埋硝化細(xì)菌置于人工濕地中，連續(xù)實驗結(jié)果表明該包埋顆粒對氨氮的去除率為85%，對COD的去除率為73%。唐艷葵等［65］對SA+PVA包埋反硝化聚磷菌群(DNPAOs)的脫氮除磷性能進(jìn)行探討，結(jié)果發(fā)現(xiàn)包埋小球上的菌種多樣性較好，固定化體系平均除磷效率為 95.3%，COD去除率為74.9%，氨氮去除率為95.2%。

包埋載體材料的好壞直接決定固定化效率、固定化微生物活性及穩(wěn)定性等，是影響固定化效果的關(guān)鍵因素。因此許多研究者在包埋載體中加入改性劑，如添加活性炭、累托石、膨潤土等，以提高包埋材料的傳質(zhì)性能、機(jī)械強(qiáng)度以及包埋微生物的密度、催化活性，從而提高包埋體系的污染物去除能力。龐朵等［66］用SA+PEG作為包埋材料固定異養(yǎng)硝化菌去除水中氨氮時發(fā)現(xiàn)，加入適量活性炭后包埋小球的機(jī)械強(qiáng)度和小球內(nèi)的活菌數(shù)明顯提高。

3.3 共價結(jié)合法(covalent binding)

共價結(jié)合法是利用細(xì)胞表面的官能團(tuán)和載體表面的反應(yīng)基團(tuán)形成化學(xué)共價鍵，從而固定微生物的方法。該法被認(rèn)為是一種比較經(jīng)濟(jì)的方法［67］，也是一種不可逆的方法［68］。通過共價結(jié)合使固定化微生物和載體間結(jié)合力強(qiáng)，不易脫落，穩(wěn)定性好［69］，但是該方法操作和控制較復(fù)雜，反應(yīng)條件激烈，對微生物細(xì)胞的損傷較大。共價結(jié)合法主要應(yīng)用于酶固定，在細(xì)胞固定上應(yīng)用較少［53］。

3.4 交聯(lián)法(cross linking)

交聯(lián)法又稱無載體固定法，該固定化方法不利用載體，主要依靠菌體間或通過交聯(lián)劑使微生物細(xì)胞相互結(jié)合，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。常用的交聯(lián)劑有戊二醛、甲苯二異氰酸酯和聚乙烯亞胺等。交聯(lián)固定法具有微生物間結(jié)合強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、細(xì)胞密度大、抗外界干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，但是該固定過程化學(xué)反應(yīng)劇烈，對細(xì)胞活性影響大，且交聯(lián)劑大多昂貴，因此在水處理實際應(yīng)用中受到一定限制。鄭建永等［27］采用聚乙烯亞胺和戊二醛交聯(lián)法對大腸桿菌的固定化工藝進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)與游離細(xì)胞相比，固定化細(xì)胞的酶活性、酸堿穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和操作穩(wěn)定性均有一定程度提高，表明該固定化工藝具有潛在的工業(yè)化應(yīng)用價值。

3.5 聯(lián)合固定化法(compound immobilization method)

聯(lián)合固定化法是將2種或2種以上的固定化方法結(jié)合，構(gòu)成新的微生物固定化系統(tǒng)，如包埋-交聯(lián)法、吸附-包埋法、吸附-包埋-交聯(lián)法等，該技術(shù)彌補(bǔ)了單一固定化方法的不足，在微生物處理性能和處理效果等方面是單一固定化方法的數(shù)倍。鄭華楠等［10］用SA和PVA包埋固定硝化細(xì)菌，添加蘆葦生物炭作為吸附材料，利用吸附-包埋固定化方法處理富氨氮水體，結(jié)果顯示2種方法聯(lián)合使用有利于基質(zhì)的運輸和擴(kuò)散，酸堿穩(wěn)定性和傳質(zhì)性分別提升12.5%和55.8%，固定化顆粒的破損率降低2.4%，72 h內(nèi)氨氮的去除率達(dá) 96.3%。李廷梅等［70］用吸附-包埋法處理河水中氨氮，反應(yīng)24 h后總氮的去除率均在90%以上，說明該方法可有效應(yīng)用于河道水質(zhì)凈化系統(tǒng)。朱倩等［9］用PVA和SA包埋硝化細(xì)菌處理水體中氨氮，加入交聯(lián)劑戊二醛后，載體的化學(xué)穩(wěn)定性和微生物的負(fù)載量都有所提升，氨氮的去除率可達(dá)90%以上。

4 固定化微生物技術(shù)在富營養(yǎng)化水體處理中的應(yīng)用

目前已有膜處理、離子交換、吸附處理、電解處理、化學(xué)沉淀等多種污(廢)水氮磷的去除方法［71］。學(xué)者們針對固定化微生物技術(shù)開展了很多探索，該技術(shù)顯示出顯著的脫氮除磷效果。如張煥杰等［26］將分離篩選的高效反硝化菌——斯氏假單胞菌(Pseudomonas stutzeri)用PVA+SA為載體包埋固定，開展人工濕地模擬污水試驗，結(jié)果顯示pH值、溫度、DO等外界條件波動對固定化反硝化菌的脫氮效果均小于游離反硝化菌，因此固定化技術(shù)可削弱環(huán)境因素對人工濕地的脫氮效果。佘夢林等［33］用SA包埋固定具高效聚磷作用的嗜麥芽寡養(yǎng)單胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)，處理 10 mg·L-1的含磷廢水，12 h可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)(TP質(zhì)量濃度＜0.5 mg·L-1)，處理時間比用游離菌縮短一半。除了應(yīng)用單菌外，也有研究者將2種高效單菌復(fù)配以達(dá)到同時脫氮除磷。如周躍龍等［72］將高效脫氮菌及除磷菌進(jìn)行復(fù)配，利用PVA進(jìn)行包埋固定，在模擬河流中對氨氮和總磷的降解率分別達(dá)82.7%和79.27%。尹莉等［73］對硝化菌、反硝化菌、除磷菌、COD降解菌等復(fù)合菌包埋固定，在模擬裝置中考察污染物的去除效果，反應(yīng)72 h時對氨氮、總氮和總磷的去除率分別為97%、60%和58%，固定化復(fù)合菌、粉狀菌和液態(tài)菌3種菌劑相比較，固定化復(fù)合菌的效果最好，且整體成本最低。反硝化聚磷菌的發(fā)現(xiàn)使脫氮和除磷同步進(jìn)行成為可能。慕慶峰等［74］以海藻酸鈣作為壁材，用微囊包埋法固定反硝化聚磷菌——惡臭假單胞菌(Pseudomonas putida)并應(yīng)用于濕地水體中，6 h時氨氮質(zhì)量濃度由5.38 mg·L-1降至檢測限以下，硝態(tài)氮去除率達(dá)98.4%，磷去除率達(dá)97.46%，同步脫氮除磷的效果非常顯著。

5 固定化微生物技術(shù)在富營養(yǎng)化水體修復(fù)過程中面臨的挑戰(zhàn)

5.1 缺乏性能優(yōu)良的固定化載體

載體是固定化技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵因素，固定化技術(shù)在實際應(yīng)用中2個瓶頸:一是當(dāng)前所用的載體價格普遍較高，運行成本較高;二是目前研發(fā)的固定化載體半衰期較短，水修復(fù)過程中需要頻繁更換載體，給運行管理帶來不便。因此盡快研發(fā)低廉高效、制備簡單、壽命長、傳質(zhì)阻力小、生物相容性好的載體材料，是該技術(shù)面臨的亟待解決的挑戰(zhàn)之一。目前研究資料顯示，基于納米材料的新型載體，如磁鐵礦(Fe3O4)納米粒子及其復(fù)合磁性納米材料［75］、氧化石墨烯及其衍生物［76］，由于具有成本低、穩(wěn)定性強(qiáng)、重復(fù)利用率高等優(yōu)勢，成為水處理工業(yè)化應(yīng)用中極具前景的載體材料，需要深入探究其在富營養(yǎng)化水體凈化中的應(yīng)用效果。

5.2 缺乏對固定化微生物的系統(tǒng)研究

富營養(yǎng)化水體是一個復(fù)雜的混合體系，污染物成分多種多樣，因此需要建立高效的固定化微生物體系，這種體系是使用復(fù)合菌劑，還是使用單一高效菌分級處理?固定化材料、固定化方式、固定化條件等對微生物的活性、穩(wěn)定性、負(fù)載量、氧和底物的傳質(zhì)速度等都會產(chǎn)生影響，固定化前后這些指標(biāo)會發(fā)生多大程度的變化?在富營養(yǎng)化水體凈化實際應(yīng)用過程中，如何解決固定化微生物的不穩(wěn)定性和高敏感性?這一系列問題目前尚缺乏系統(tǒng)研究，也是固定化微生物技術(shù)未來需要攻克的重點。

5.3 缺乏適用于富營養(yǎng)化水體修復(fù)的固定化反應(yīng)器

當(dāng)前，研究者們將固定化微生物技術(shù)和污(廢)水處理工藝相結(jié)合，研發(fā)了多種固定化反應(yīng)器，如填充床反應(yīng)器用于處理紡織工業(yè)廢水［77］，生物膜反應(yīng)器用于處理制藥廢水［78］和生活污水［79］，流化床反應(yīng)器用于處理印染廢水［80］等，都表現(xiàn)出顯著的污水處理優(yōu)勢，得到越來越廣泛的應(yīng)用，但應(yīng)用于修復(fù)富營養(yǎng)化天然水體的固定化反應(yīng)器研究進(jìn)展緩慢，因此盡快開發(fā)出適合原位修復(fù)的高效生化反應(yīng)器，也是該技術(shù)的重要研究方向。

總之，雖然固定化微生物技術(shù)在實際應(yīng)用中還存在一定的不足，但只要確定好方向，通過不斷改善和創(chuàng)新，許多不足會逐步解決，該技術(shù)必將會在工業(yè)化、規(guī)模化水處理領(lǐng)域廣泛推廣應(yīng)用。