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多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)是環(huán)境中普遍存在的一類重要的持久性有機污染物，其濃度水平與污染特征、環(huán)境化學(xué)行為與健康效應(yīng)、污染控制與修復(fù)等方面引起了極大關(guān)注。PAHs主要是化石燃料和生物質(zhì)不完全燃燒的產(chǎn)物。土壤PAHs污染來源廣泛，包括大氣干濕沉降、污水灌溉、化肥及農(nóng)藥施用、秸稈燃燒等。土壤是各種污染物的匯，同時在一定條件下可轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌h(huán)境介質(zhì)的二次污染源。PAHs排放量大，具有半揮發(fā)性、低溶解性、難生物降解性，常常在土壤中長期存在、大量積累。我國2004年16種PAHs排放量約11.4萬t，占全球總排放量的22%，是世界上釋放PAHs最多的國家。排放的絕大部分PAHs則沉積在我國境內(nèi)。自20世紀(jì)70年代以來，我國土壤PAHs污染的范圍不斷擴大、污染日益嚴(yán)重，其濃度水平已從μg˙kg-1量級上升到mg˙kg-1量級，其檢出率從不到20%上升到80%以上。文獻將土壤PAHs濃度水平與污染程度劃分5種情況:0～200μg˙kg-1為無污染、200～600μg˙kg-1為輕污染、600～1000μg˙kg-1為污染、>1000μg˙kg-1為重污染。據(jù)此，我國已報道PAHs濃度水平的土壤中有78%受到PAHs污染，其中32%為重污染。通過土壤-植物系統(tǒng)遷移，PAHs對農(nóng)產(chǎn)品安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅;經(jīng)食物鏈進入人體，進而影響到人類健康。因此，綠色修復(fù)土壤PAHs污染已成為國內(nèi)外環(huán)境和土壤界共同關(guān)注的熱點問題之一。

PAHs污染土壤修復(fù)技術(shù)主要有化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)(植物修復(fù)、微生物修復(fù))、化學(xué)-生物相結(jié)合的修復(fù)等。微生物修復(fù)主要指采取強化措施以促進微生物對土壤中有毒有害物質(zhì)的降解、轉(zhuǎn)化和去除，包括強化土著微生物降解(生物刺激)和投加外源高效降解微生物(生物強化)2種方式。微生物修復(fù)是研究最早、最深入、也是應(yīng)用最廣泛的一種生物修復(fù)技術(shù)，包括原位處理、生物接種、生物堆肥和生物反應(yīng)器等。作為一種綠色高效的修復(fù)技術(shù)，固定化微生物修復(fù)有機污染土壤正受到越來越多的關(guān)注。一方面，固定化微生物具有微生物密度大、反應(yīng)速度快、耐環(huán)境沖擊，顯著提高修復(fù)效率的優(yōu)點;另一方面固定化微生物技術(shù)具有操作簡單、要求低、成本低廉的特點。該技術(shù)有望克服投加到修復(fù)現(xiàn)場中的游離高效降解微生物與土著菌的惡性競爭或難以適應(yīng)環(huán)境的問題，實現(xiàn)高效降解菌有效修復(fù)PAHs污染土壤。固定化微生物技術(shù)是從固定化酶技術(shù)發(fā)展起來，始于20世紀(jì)60年代，80年代開始興起發(fā)展。固定化微生物技術(shù)在廢水處理中已有較多報道，但其在土壤修復(fù)特別是PAHs污染土壤修復(fù)的研究則剛剛開始。在國內(nèi)，2006年蘇丹等提出了用固定化微生物修復(fù)受PAHs污染的非流體介質(zhì)(如土壤)的新技術(shù)，論述了其在非流體介質(zhì)中PAHs污染物原位修復(fù)的可行性和需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題;也有學(xué)者概述了固定化微生物在污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用。最近，國際上有關(guān)固定化微生物技術(shù)修復(fù)有機污染土壤逐漸增多。為此，本文從固定化微生物技術(shù)的修復(fù)原理、微生物固定化載體的選擇、高效降解菌的篩選、固定化方法及影響因素等方面，評述了近幾年國內(nèi)外有關(guān)固定化微生物技術(shù)修復(fù)有機污染土壤的最新進展，并探討了今后的發(fā)展方向，以期為我國開展固定化微生物技術(shù)修復(fù)有機污染土壤的研究提供參考。

1 固定化微生物技術(shù)的修復(fù)原理

固定化微生物技術(shù)主要是指通過物理或化學(xué)的方法將分散、游離的微生物固定在某一限定空間區(qū)域內(nèi)，以提高微生物細(xì)胞的濃度，使其保持較高的生物活性并反復(fù)利用的方法。固定化微生物技術(shù)最初主要應(yīng)用于生物反應(yīng)器中增加微生物分泌氨基酸、有機酸、抗生素等有用物質(zhì)或用作生物催化劑。有關(guān)固定化微生物技術(shù)在廢水污染治理中應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注，一系列的細(xì)菌或真菌被固定于載體材料上用來處理廢水中的重金屬、營養(yǎng)物質(zhì)、酚類等污染物。近年來，研究者開始關(guān)注應(yīng)用固定化微生物技術(shù)處理海水石油污染、降解環(huán)境中PAHs等有機污染物。Lin等利用海藻酸鈣凝膠包埋法固定Phanerochaete ysosporium和粉末活性炭，制得的微生物固定化材料用于降解五氯酚，該復(fù)合材料起生物催化劑、污染物吸附富集劑、微生物固態(tài)代謝底物等3種作用。

固定化微生物技術(shù)在PAHs污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用則剛剛開始，其主要的作用原理歸納總結(jié)如下:①利用載體材料提供的有利微環(huán)境作為緩沖體系，屏蔽土著微生物的競爭作用和不利土壤條件的侵害作用，從而保證接種的高效降解微生物的良好生長;②同時，固定化載體作為吸附劑還可以有效地富集土壤中的PAHs，提高其在載體上的生物有效濃度;③此外，微生物及其分泌的胞外酶也被富集固定在載體上，增加了PAHs與高效降解微生物的接觸效率;④富集有高濃度PAHs的微生物固定化材料可成為土著微生物馴化的重要場所，聯(lián)合外源微生物進一步修復(fù)PAHs污染土壤。具體過程見圖1所示。因此，固定化載體-微生物構(gòu)建起了降解PAHs的土壤微環(huán)境，大大加快了PAHs的去除。固定化技術(shù)不僅大大增加了接種微生物的數(shù)量和活性，同時也增加了微生物細(xì)胞的穩(wěn)定性，增強了其耐環(huán)境沖擊的能力，加快了微生物降解PAHs的反應(yīng)啟動速度，從而增強了微生物去除土壤中PAHs的效率。另外，固定化材料還可以起到疏松劑的作用，加快氧氣的輸送，因而加速有機污染物的礦化作用。

土壤微生物吸附在土壤有機、無機顆粒上形成生物膜是一種普遍的自然現(xiàn)象，堆肥處理中活性污泥等有機質(zhì)都攜帶大量的微生物，對污染物去除有重要的作用。研究表明，固定化技術(shù)顯著增強微生物的環(huán)境適應(yīng)能力和污染物去除能力，大大提高土壤修復(fù)效果，是一項潛在的土壤修復(fù)技術(shù)。以聚乙烯醇、活性炭、海藻酸鈉為固定化載體，采用物理法和化學(xué)法包埋固定酵母菌，用于苯并[a]芘污染土壤的修復(fù)，結(jié)果表明，酵母菌經(jīng)過混合固定化包埋后，降解效果明顯好于游離菌，這是由于固定化載體內(nèi)部酵母菌密度明顯增加所致。同時，微生物作為一種含有多種官能團的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，經(jīng)固定化后其官能團與載體之間發(fā)生共價鍵或范德華力等作用，主鏈結(jié)構(gòu)得到加固，不易流失和被破壞，能耐pH變化、有機污染物濃度的變化、生物毒性物質(zhì)等的沖擊，不易失活。用固定化真菌修復(fù)芘、苯并[a]芘污染土壤的實驗表明，固定化技術(shù)顯著增強微生物耐環(huán)境沖擊性，在土壤pH4或9，溫度15℃或40℃以及重金屬Cd或Pb存在下，對固定化真菌降解芘和苯并[a]芘的影響很小，而游離菌對芘和苯并[a]芘的降解則顯著降低，表明固定化對脅迫環(huán)境具有屏蔽作用。很多研究表明，微生物固定化可以提高微生物次級代謝產(chǎn)物酶的活性，增強對污染物的去除能力。其主要機制是固定化載體不僅作為微生物附著基質(zhì)，同時很多載體如植物殘體，可以作為固定化微生物生長的介質(zhì)，促進酶的產(chǎn)生。而在載體內(nèi)產(chǎn)生的酶吸附在載體中，增加了其與吸附在載體表面有機污染物接觸的機會，同時，載體存在的眾多孔道，也為酶的傳遞提供了更多的可能。

目前，有關(guān)固定化微生物修復(fù)PAHs污染土壤的研究大多集中在滅菌土壤上，而對于非滅菌土壤中投加的外源菌和土著菌對PAHs降解過程中的作用及關(guān)系的研究非常少;同時，更多關(guān)注模擬PAHs污染土壤的修復(fù)效果，而對于實際PAHs污染土壤的修復(fù)效果幾乎為空白。近年來，研究者對固定化真菌和細(xì)菌修復(fù)我國東北污灌區(qū)PAHs污染土壤進行了一些探索。研究表明，不同的固定化載體和不同的固定化菌影響土壤中PAHs可萃取濃度(生物有效性)和降解率，進而影響土壤中PAHs的修復(fù)效果。由于土壤環(huán)境本身的非均質(zhì)和復(fù)雜性，固定化微生物技術(shù)修復(fù)PAHs污染土壤的主要難題在于固定化載體的選擇以及適合于土壤修復(fù)的優(yōu)勢菌種的篩選，這也成為PAHs污染土壤固定化微生物修復(fù)關(guān)注的焦點。

2 微生物固定化載體的選擇

載體材料的性質(zhì)是影響固定化微生物活性、穩(wěn)定性及污染物去除效果的重要因素。雖然不同種類的細(xì)菌及同種細(xì)菌在不同環(huán)境條件下對載體材料的要求都有所區(qū)別，但應(yīng)用于廢水處理中的固定化載體一般都具有無毒、帶表面官能團、傳質(zhì)效應(yīng)好、有較大比表面積、具有機械剛性、性能穩(wěn)定、不溶于水、抗生物分解、壽命長、可重復(fù)使用、價格低廉、易獲取、易制備等共性。目前廢水處理應(yīng)用中的微生物固定化載體材料主要有無機載體、天然高分子凝膠載體和有機合成高分子凝膠載體、復(fù)合載體材料及一些新型載體材料。表1為不同類型載體材料的代表物質(zhì)以及其優(yōu)缺點。另外，一些新材料如納米材料被引進固定化領(lǐng)域，取得不錯的效果，為微生物載體選擇拓展了新領(lǐng)域。

由于土壤體系的復(fù)雜性和獨特性，土壤修復(fù)對載體材料要求的側(cè)重點與水體不同。土壤原位修復(fù)中一般不考慮固定化微生物載體的回收，固定化微生物載體施加進入土壤后即成為土壤中的一部分，因此，土壤修復(fù)對載體材料的環(huán)境友好性的要求更加嚴(yán)格，尤其需要考慮載體材料對土壤污染物遷移轉(zhuǎn)化行為的影響。另外，載體材料在水體及土壤修復(fù)中所承擔(dān)的功能也是有所區(qū)別的。應(yīng)用于水體的載體材料主要是作為微生物的附著劑，從而提高微生物的穩(wěn)定性和局部密度，要求載體具有一定的強度和抗微生物分解能力。而土壤修復(fù)中的載體材料不僅是微生物的附著劑，同時，載體提供的微環(huán)境還是一個良好的緩沖體系，可以屏蔽土壤不利條件的侵害;最重要的是，載體必須為外源微生物提供充足的營養(yǎng)，提高土壤微生物的密度和活性，所以，應(yīng)用于土壤修復(fù)中的載體材料應(yīng)具有一定的可生物降解性。因此，固定化微生物技術(shù)修復(fù)污染土壤中，選擇合適的載體材料至關(guān)重要。

微生物親和性、吸附能力、被富集污染物的生物有效性是評價固定化載體材料可行性的3個關(guān)鍵參數(shù)?，F(xiàn)階段應(yīng)用于土壤中的固定化材料大多以聚乙烯醇、海藻酸鈉和活性炭為主，而對于其它固定化材料的研究則很少。植物殘體是一類廣泛存在于環(huán)境中的天然有機質(zhì)，是土壤有機質(zhì)組分的主要來源，含有豐富的C、N等營養(yǎng)元素，對微生物和酶都具有很強的親和性;植物殘體腐殖化過程向土壤釋放的各種溶解性有機質(zhì)，其中很多是高環(huán)PAHs降解的共代謝底。向土壤添加植物殘體材料等天然有機質(zhì)可明顯改善土壤理化性質(zhì)，促進土壤微生物活性和數(shù)量，增強PAHs去除，是一種潛在的固定化載體材料。用甘蔗渣、木屑、麥稈等常見的植物殘體固定微生物，可實現(xiàn)較高的酶產(chǎn)量和污染物去除能力。近年來，利用植物殘體類天然有機質(zhì)固定微生物去除水中PAHs等有機污染物已見報道，Gentili等用殼質(zhì)角素和殼聚糖作為載體材料固定紅球菌屬(Rhodococcus corynebacterioides)修復(fù)原油污染海水，發(fā)現(xiàn)固定化細(xì)菌對海水污染物的去除比游離菌提高了大約30%。用甘蔗渣固定白腐真菌(Phanerochaete ysosporium)大大提高了錳過氧化酶的活性和水體蒽的去除率。此外，稻稈、松針粉]等都被證明是有效的固定化載體材料。有關(guān)利用天然有機質(zhì)材料固定微生物修復(fù)PAHs污染土壤的報道較少，但天然有機質(zhì)的潛在優(yōu)勢，如可以作為PAHs的天然生物吸附劑。Su等用玉米棒吸附固定真菌(Mucor sp.)修復(fù)苯并[a]芘污染土壤，發(fā)現(xiàn)固定化菌對環(huán)境適應(yīng)能力更強、反應(yīng)啟動速度更快，苯并[a]芘去除效果更好。不同化學(xué)組成的植物材料對微生物降解PAHs有不同的影響，Dzul-Puc等分別以甘蔗渣和松針粉末作為黃孢原毛平革菌(Phanerochaete ysosporium)的生長基質(zhì)，并用于苯并[a]芘污染土壤的修復(fù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，甘蔗渣組苯并[a]芘降解更快。采用植物殘體固定細(xì)菌修復(fù)PAHs污染土壤，結(jié)果表明植物殘體及其提取液可強化固定化菌和土著微生物去除PAHs。

固定化微生物技術(shù)修復(fù)PAHs污染土壤的效果取決于降解菌與污染物的可接觸性。微生物固定化技術(shù)明顯提高局部土壤微生物的密度和活性，但同時限制微生物向固定化顆粒外部發(fā)展，由于土壤中PAHs等有機污染物遷移能力較弱，所以往往只有與固定化微生物接觸的土壤得到有效修復(fù)。因此，為保證修復(fù)效果，必須經(jīng)常翻耕土壤，并多次投加固定化微生物，造成修復(fù)成本增加、處理難度加大，嚴(yán)重限制其實際應(yīng)用。一些高吸附性能的吸附劑可被用作固定化載體材料以解決上述缺陷。高吸附性能材料可促進PAHs由土壤有機質(zhì)向固定化載體遷移，使固定化載體同時富集高濃度的微生物和土壤中的PAHs，增加PAHs與微生物的接觸，實現(xiàn)PAHs的富集-降解一體化，從而顯著促進土壤修復(fù)效果。一些研究者用活性炭固定微生物并用于環(huán)境污染修復(fù)，取得較好的效果。但活性炭生產(chǎn)成本較高，其環(huán)境影響也有待進一步研究。筆者所在課題組率先利用環(huán)境友好材料生物碳作為固定化基材，開展了固定化微生物修復(fù)PAHs污染土壤。生物碳是一類由天然生物質(zhì)限氧裂解產(chǎn)生的富炭質(zhì)材料，在自然界中廣泛存在，具有很大的比表面積，對PAHs等有機污染物有很強的吸附能力，能大量富集污染物，促使污染物由土壤向生物碳遷移，從而提高微生物與污染物接觸的幾率。另外，生物碳是一類環(huán)境友好的材料，富含C、N等營養(yǎng)元素，表面攜帶大量官能團，能顯著改善土壤理化條件，其多孔性質(zhì)有利于微生物的附著生長。利用生物碳固定微生物在農(nóng)業(yè)中已有廣泛應(yīng)用，關(guān)于其在土壤修復(fù)方面的應(yīng)用有待深入研究。

載體材料對PAHs的吸附作用及吸附態(tài)PAHs的生物有效性是影響固定化微生物對污染土壤修復(fù)效果的重要因素。植物殘體等天然有機質(zhì)對PAHs吸附主要以分配作用為主，脂肪碳和芳香碳是其吸附的主要組分。相比天然有機質(zhì)，生物碳對PAHs的吸附能力更強，吸附行為由表面吸附和分配作用所控制。生物碳制備條件尤其是裂解溫度對其吸附性能有重要的影響。一般認(rèn)為，隨制備溫度的增加，生物碳吸附能力逐漸增強，表面吸附作用貢獻增大，被吸附的PAHs生物有效性降低。吸附作用導(dǎo)致土壤PAHs向載體遷移、富集，明顯改變其遷移、轉(zhuǎn)化行為和生物有效性。傳統(tǒng)的研究認(rèn)為微生物不能直接利用顆粒吸附態(tài)的有機污染物，污染物必須首先從吸附顆粒上脫附下來進入土壤溶液才能被微生物降解，所以，吸附作用實際上降低了土壤污染物的生物有效性，使土壤成為有機污染物重要的儲存庫。但也有研究認(rèn)為，微生物可以直接利用顆粒吸附態(tài)的污染物，利用效率主要與顆粒的表面結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)及碳結(jié)構(gòu)與微生物親和性有關(guān)。Yang等研究了土壤有機質(zhì)對菲吸附作用和降解行為的影響。他們發(fā)現(xiàn)隨著土壤有機碳含量的增加(0.23%→7.1%)，土壤溶解性菲含量急劇下降[(28.63±2。15)μ

g˙L-1→(0.79±0.04)μg˙L-1]。但接種細(xì)菌(Mycobacterium vanbaalenii PYR-1)培養(yǎng)216h后，不同有機碳含量土壤中菲降解量并無顯著變化，且土壤菲殘留量都明顯的低于模型預(yù)測值(模型認(rèn)為微生物只能利用溶解態(tài)PAHs)，說明吸附態(tài)PAHs可以被微生物直接攝取利用。有研究認(rèn)為微生物主要先利用土壤溶液中的PAHs，然后對吸附態(tài)PAHs進行降解，其降解效率主要與土壤有機碳含量和土壤孔隙率有關(guān)。對木質(zhì)素、蠟質(zhì)、纖維素吸附態(tài)菲的細(xì)菌降解實驗發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)30d后，蠟質(zhì)吸附態(tài)菲和纖維素吸附態(tài)菲分別被降解49.6%±0.6%和54.7%±3.4%，大大高于19.7%和39.0%的模型預(yù)測效果，說明大約有30%的蠟質(zhì)吸附態(tài)菲和15%的纖維素吸附態(tài)菲是通過微生物直接攝取被降解的;實驗中只有1.2%±0.2%的木質(zhì)素吸附態(tài)菲被降解，說明木質(zhì)素的吸附作用顯著的降低了PAHs的生物有效性。微生物在有機質(zhì)表面附著生長是其利用吸附態(tài)污染物的關(guān)鍵步驟，蠟質(zhì)疏水表面對微生物的強親和性是蠟質(zhì)吸附態(tài)菲生物有效性較高的主要原因。因此，在固定化微生物修復(fù)PAHs污染土壤時，表面蠟質(zhì)含量或疏水性等參數(shù)是選擇載體材料的重要依據(jù)。

3 固定化微生物及高效降解菌的篩選

固定化微生物修復(fù)技術(shù)是載體與微生物共同作用的結(jié)果，微生物性質(zhì)對土壤修復(fù)效果有重要的影響。用于PAHs污染土壤修復(fù)的微生物包括土著菌、外來高效菌和基因工程菌。表2列出了固定化微生物、固定化載體、固定化方法及其對PAHs污染土壤的修復(fù)效果的影響。不同的微生物固定化后對PAHs的降解存在很大的差異性。從表2可見，在細(xì)菌、真菌以及它們種內(nèi)和種間聯(lián)合作用條件下(以PAHs典型代表物芘為例)，單細(xì)菌對土壤中芘的去除率較差，最 佳的降解菌種是動膠桿菌(Zoogloea sp.)9號，去除率為52.7%;單真菌對芘的去除效果普遍高于單細(xì)菌，最 佳的降解菌種是鐮刀菌(Fusarium sp.)，去除率達到了69%。單種微生物對PAHs表現(xiàn)出一定的降解能力，但眾多研究表明，菌種的種內(nèi)聯(lián)合或種間聯(lián)合降解往往優(yōu)于單個菌種的降解能力。對2種細(xì)菌芽孢桿菌(Bacillus sp.)2號和動膠桿菌(Zoogloea sp.)9號聯(lián)合降解芘研究表明，兩菌聯(lián)合降解的效果好于單菌種，對芘的降解率為61.8%;而2種真菌的聯(lián)合降解效果更好，黑曲霉和鐮刀菌在對初始濃度為100mg˙kg-1芘的降解率達到了81%。由此可見，在固定化微生物修復(fù)PAHs污染土壤中，聯(lián)合菌種降解能力高于單個菌種;而在單菌種對PAHs的降解中，真菌的降解能力普遍高于細(xì)菌。然而，大部分研究結(jié)果是在土壤滅菌條件下獲得的，與現(xiàn)實不滅菌的土壤條件有差別。最近有學(xué)者研究了固定化微生物投加到不滅菌的PAHs污染土壤中的修復(fù)效果，結(jié)果表明，加入松針生物碳固定化菌后，東北污灌區(qū)污染土壤中16種PAHs的可萃取濃度和可萃取率均顯著降低，并且隨著生物碳炭化溫度升高而降低;生物碳固定化菌可以降解吸附的PAHs，篩選的高效土著菌能有效的利用生物碳固定化菌吸附的PAHs。由此可見，相對于外源菌，篩選的土著高效菌對PAHs的降解具有天然的優(yōu)勢。因此，篩選具有高降解性能的土著菌用于固定化微生物修復(fù)PAHs污染土壤是一種環(huán)境友好的選擇。

固定化微生物能否有效利用載體吸附態(tài)PAHs是修復(fù)成功的關(guān)鍵因素。微生物在載體表面附著生長可增加微生物與吸附態(tài)PAHs的接觸機會，從而促進微生物對PAHs的降解作用。研究表明，具疏水性表面的微生物更容易附著在各類載體材料的表面，故而可能是一種更加有利的選擇。直接用吸附態(tài)PAHs來篩選、馴化微生物，可望得到能高效利用吸附態(tài)PAHs的菌種，對微生物固定化技術(shù)的成功應(yīng)用有重大意義，以解決溶液馴化高效菌在固定時難以達到同樣降解效果的難題。Bastiaens等將過量的PAHs加入無機鹽培養(yǎng)基中篩選獲得分支鞘氨醇單胞菌屬(Sphingomonas sp.)，同時將PAHs吸附在一種疏水性材料膜上作為碳源篩選得到分枝桿菌屬(Mycobacterium sp.)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)分枝桿菌屬(Mycobacterium sp.)具有更強的疏水性，更易在各種不同材料表面附著生長。Vacca等分別用溶液態(tài)菲和腐殖酸吸附態(tài)菲篩選獲得菲降解菌，發(fā)現(xiàn)只有通過吸附態(tài)菲篩選獲得的微生物具有直接礦化顆粒吸附態(tài)菲的能力。不同材料吸附態(tài)PAHs作為碳源可篩選得到不同種類的微生物，F(xiàn)riedrich等用聚丙烯樹脂吸附態(tài)菲篩選得到分枝桿菌屬(Mycobacterium)，而用安伯來特樹脂吸附態(tài)菲卻得到洋蔥伯克霍爾德菌(Burkholderia sp.)，說明不同微生物對不同載體吸附態(tài)PAHs有不同的生物有效性。有關(guān)篩選、馴化高效微生物大多局限在液體環(huán)境下，馴化的環(huán)境與吸附態(tài)PAHs的降解環(huán)境條件相反，增加了微生物適應(yīng)的時間，減慢了固定化微生物的反應(yīng)速度。而采用高吸附性能材料富集PAHs作為碳源篩選得到菌種，使微生物從一開始就處于“工作”的環(huán)境，減少了微生物反應(yīng)時間，經(jīng)過“熱身”的微生物，為更快地投入降解修復(fù)打下基礎(chǔ)。因此，利用強吸附能力的材料富集PAHs作為碳源篩選菌種是固定化微生物研究的重要突破方向。

固定化微生物另一個來源是引進外來微生物，外來微生物是強化多環(huán)芳烴污染土壤修復(fù)的重要手段，特別是在自然條件下，固定化外來微生物可以加快污染物的去除。研究結(jié)果表明，在自然土壤中加入初始濃度為100mg˙kg-1的芘、苯并[a]芘，培養(yǎng)10d后，固定化單菌添加組對芘、苯并[a]芘去除率分別為49%～69%、29%～37%，明顯高于游離菌添加組;固定化混合菌添加組對芘、苯并[a]芘去除率更是高達81%和43%。作為PAHs的高效降解菌種，固定化黃孢原毛平革菌(Phanerochaeteysosporium)修復(fù)PAHs污染土壤引起了研究者的廣泛關(guān)注。研究表明，用甘蔗渣固定黃孢原毛平革菌(Phanerochaete ysosporium)大大提高了錳過氧化酶的活性和水體蒽的去除率。Dzul-Puc等分別以甘蔗渣和松針粉末作為黃孢原毛平革菌(Phanerochaete ysosporium)的生長基質(zhì)，用于苯并[a]芘污染土壤的修復(fù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，加入甘蔗渣和松針粉末都可以促進土壤中苯并[a]芘的去除，其最大去除率(BaP/干土)分別為50.12mg˙kg-1和39.94mg˙kg-1。

4 微生物固定化方法及其它影響因素

固定化載體和高效降解菌是固定化微生物技術(shù)的2個重要支撐，而固定化方式是協(xié)調(diào)2個支撐的關(guān)鍵媒介。固定化方式可以極大地影響微生物的生長和代謝，進而影響修復(fù)效果。主要的固定化方式有吸附法、包埋法、交聯(lián)法、共價結(jié)合法，微生物自身固定化以及組合固定化技術(shù)等。表3中列出了各種固定化方法的性能比較。交聯(lián)法雖然結(jié)合牢固，穩(wěn)定性好，但操作比較復(fù)雜，反應(yīng)條件激烈，容易導(dǎo)致微生物失活，故不常使用。吸附法和包埋法是應(yīng)用最廣泛的固定化方法。吸附法操作簡單，對細(xì)胞活性影響小，但固定微生物數(shù)量和強度受載體影響大，且效果不穩(wěn)定。包埋法可以實現(xiàn)高濃度的微生物固定，且微生物與載體聯(lián)結(jié)強度較高，但包埋過程剪切力會導(dǎo)致微生物細(xì)胞失活。在固定化微生物修復(fù)PAHs污染土壤中，研究者大多采用吸附法和包埋法。

有學(xué)者分別用物理法和化學(xué)法包埋固定酵母菌修復(fù)苯并[a]芘污染土壤，結(jié)果表明，物理法效果普遍優(yōu)于化學(xué)法，物理包埋法苯并[a]芘半衰期為5.66～8.49d，化學(xué)法為6.56～9.32d，比游離菌組有不同程度降低(7.40～12.03d)。為克服單一固定化技術(shù)的缺陷，組合固定化技術(shù)被關(guān)注。吸附-包埋聯(lián)合固定化技術(shù)是一種重要的組合固定技術(shù)，首先將微生物與載體材料充分混合，使微生物盡可能的附著在載體材料上，然后用海藻酸鈉等凝膠劑將混合液包埋固定。吸附-包埋聯(lián)合固定化技術(shù)不僅實現(xiàn)高濃度的微生物固定和較高的固定化強度，同時由于吸附過程載體材料提供的微環(huán)境和營養(yǎng)物質(zhì)，很好地解決了包埋過程微生物失活的問題。

除了固定化方法對固定化微生物性能有影響之外，固定化過程中各種條件參數(shù)也影響其環(huán)境修復(fù)效果。固定化時間和載體用量是固定化過程中2個重要的參數(shù)，對固定化顆粒韌性、微生物活性、微生物與載體結(jié)合強度都有顯著的影響。莢榮等研究發(fā)現(xiàn)，固定化時間是影響固定化白腐真菌F17對多種染料降解效果的主要因素，菌絲與載體結(jié)合2d，白腐真菌對染料金橙G和剛果紅具有最 佳脫色率。Tao等比較了海藻酸鈉濃度對包埋固定化效果的影響，發(fā)現(xiàn)在3%海藻酸鈉添加濃度下得到的固定化細(xì)菌(Sphingomonas)顆粒在塑形、強度、韌性、通透性等方面均有較好的表現(xiàn)。

5 結(jié)論與展望

固定化微生物技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢和巨大的應(yīng)用潛力在廢水處理領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但其在土壤修復(fù)中的研究則剛剛起步，其實用化傾向即大規(guī)模實際應(yīng)用特征非常明顯。要實現(xiàn)其規(guī)?；瘧?yīng)用還有許多問題急需解決:①獲得適宜于土壤的固定化載體，應(yīng)用于土壤修復(fù)的微生物固定化載體應(yīng)具有環(huán)境友好、性能穩(wěn)定、成本低廉、微生物親和性好、污染物吸附能力強的特點;植物殘體類的天然有機質(zhì)、生物碳類的炭質(zhì)材料以及農(nóng)業(yè)有機廢棄物等具有明顯的優(yōu)勢，是潛在的載體選擇。②高效降解菌的篩選，采用疏水性表面的微生物更容易附著在各類載體材料的表面，直接用吸附態(tài)PAHs來篩選、馴化微生物，可望得到能高效利用吸附態(tài)PAHs的菌種或菌群。因此，利用吸附態(tài)PAHs作為碳源篩選獲得能直接降解吸附態(tài)PAHs的高效降解菌是微生物固定化技術(shù)成功應(yīng)用于土壤修復(fù)的另一個突破口。③采用合適的固定化方法，固定化方法應(yīng)實現(xiàn)固定化微生物的高濃度、高活性、與載體結(jié)合強度高、性能穩(wěn)定以及增強吸附固定作用等要求。吸附法和包埋法是應(yīng)用廣泛的固定化方法，但都存在一定的缺陷，吸附-包埋聯(lián)合固定化技術(shù)可能是未來的一個重要選擇。④固定化微生物的穩(wěn)定性、持久性、安全性還有待進一步研究，同時，固定化微生物施入土壤后的激活以及調(diào)控機制還需要更多的探索。⑤與其他修復(fù)技術(shù)的聯(lián)合使用，如用表面活性劑促進PAHs從土壤有機質(zhì)中解吸出來，增加其流動性，提高其生生物可利用性。