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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(lèi)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、污染控制與修復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(lái)源廣泛，包括大氣干濕沉降、污水灌溉、化肥及農藥施用、秸稈燃燒等。土壤是各種污染物的匯，同時(shí)在一定條件下可轉變?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(cháng)期存在、大量積累。我國2004年16種PAHs排放量約11.4萬(wàn)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。自20世紀70年代以來(lái)，我國土壤PAHs污染的范圍不斷擴大、污染日益嚴重，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(wú)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(guò)土壤-植物系統遷移，PAHs對農產(chǎn)品安全構成嚴重威脅;經(jīng)食物鏈進(jìn)入人體，進(jìn)而影響到人類(lèi)健康。因此，綠色修復土壤PAHs污染已成為國內外環(huán)境和土壤界共同關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。

PAHs污染土壤修復技術(shù)主要有化學(xué)修復、生物修復(植物修復、微生物修復)、化學(xué)-生物相結合的修復等。微生物修復主要指采取強化措施以促進(jìn)微生物對土壤中有毒有害物質(zhì)的降解、轉化和去除，包括強化土著(zhù)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。微生物修復是研究最早、最深入、也是應用最廣泛的一種生物修復技術(shù)，包括原位處理、生物接種、生物堆肥和生物反應器等。作為一種綠色高效的修復技術(shù)，固定化微生物修復有機污染土壤正受到越來(lái)越多的關(guān)注。一方面，固定化微生物具有微生物密度大、反應速度快、耐環(huán)境沖擊，顯著(zhù)提高修復效率的優(yōu)點(diǎn);另一方面固定化微生物技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、要求低、成本低廉的特點(diǎn)。該技術(shù)有望克服投加到修復現場(chǎng)中的游離高效降解微生物與土著(zhù)菌的惡性競爭或難以適應環(huán)境的問(wèn)題，實(shí)現高效降解菌有效修復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(lái)，始于20世紀60年代，80年代開(kāi)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，但其在土壤修復特別是PAHs污染土壤修復的研究則剛剛開(kāi)始。在國內，2006年蘇丹等提出了用固定化微生物修復受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污染物原位修復的可行性和需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題;也有學(xué)者概述了固定化微生物在污染土壤修復中的應用。最近，國際上有關(guān)固定化微生物技術(shù)修復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，評述了近幾年國內外有關(guān)固定化微生物技術(shù)修復有機污染土壤的最新進(jìn)展，并探討了今后的發(fā)展方向，以期為我國開(kāi)展固定化微生物技術(shù)修復有機污染土壤的研究提供參考。

1 固定化微生物技術(shù)的修復原理

固定化微生物技術(shù)主要是指通過(guò)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域內，以提高微生物細胞的濃度，使其保持較高的生物活性并反復利用的方法。固定化微生物技術(shù)最初主要應用于生物反應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用受到越來(lái)越多的關(guān)注，一系列的細菌或真菌被固定于載體材料上用來(lái)處理廢水中的重金屬、營(yíng)養物質(zhì)、酚類(lèi)等污染物。近年來(lái)，研究者開(kāi)始關(guān)注應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污染土壤修復中的應用則剛剛開(kāi)始，其主要的作用原理歸納總結如下: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(zhù)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(cháng);②同時(shí)，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(zhù)微生物馴化的重要場(chǎng)所，聯(lián)合外源微生物進(jìn)一步修復PAHs污染土壤。具體過(guò)程見(jiàn)圖1所示。因此，固定化載體-微生物構建起了降解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量和活性，同時(shí)也增加了微生物細胞的穩定性，增強了其耐環(huán)境沖擊的能力，加快了微生物降解PAHs的反應啟動(dòng)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(wú)機顆粒上形成生物膜是一種普遍的自然現象，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(zhù)增強微生物的環(huán)境適應能力和污染物去除能力，大大提高土壤修復效果，是一項潛在的土壤修復技術(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，結果表明，酵母菌經(jīng)過(guò)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部酵母菌密度明顯增加所致。同時(shí)，微生物作為一種含有多種官能團的蛋白質(zhì)結構，經(jīng)固定化后其官能團與載體之間發(fā)生共價(jià)鍵或范德華力等作用，主鏈結構得到加固，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。用固定化真菌修復芘、苯并[a]芘污染土壤的實(shí)驗表明，固定化技術(shù)顯著(zhù)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(zhù)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(zhù)基質(zhì)，同時(shí)很多載體如植物殘體，可以作為固定化微生物生長(cháng)的介質(zhì)，促進(jìn)酶的產(chǎn)生。而在載體內產(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(huì )，同時(shí)，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(zhù)菌對PAHs降解過(guò)程中的作用及關(guān)系的研究非常少;同時(shí)，更多關(guān)注模擬PAHs污染土壤的修復效果，而對于實(shí)際PAHs污染土壤的修復效果幾乎為空白。近年來(lái)，研究者對固定化真菌和細菌修復我國東北污灌區PAHs污染土壤進(jìn)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(jìn)而影響土壤中PAHs的修復效果。由于土壤環(huán)境本身的非均質(zhì)和復雜性，固定化微生物技術(shù)修復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關(guān)注的焦點(diǎn)。

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、穩定性及污染物去除效果的重要因素。雖然不同種類(lèi)的細菌及同種細菌在不同環(huán)境條件下對載體材料的要求都有所區別，但應用于廢水處理中的固定化載體一般都具有無(wú)毒、帶表面官能團、傳質(zhì)效應好、有較大比表面積、具有機械剛性、性能穩定、不溶于水、抗生物分解、壽命長(cháng)、可重復使用、價(jià)格低廉、易獲取、易制備等共性。目前廢水處理應用中的微生物固定化載體材料主要有無(wú)機載體、天然高分子凝膠載體和有機合成高分子凝膠載體、復合載體材料及一些新型載體材料。表1為不同類(lèi)型載體材料的代表物質(zhì)以及其優(yōu)缺點(diǎn)。另外，一些新材料如納米材料被引進(jìn)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。

由于土壤體系的復雜性和獨特性，土壤修復對載體材料要求的側重點(diǎn)與水體不同。土壤原位修復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(jìn)入土壤后即成為土壤中的一部分，因此，土壤修復對載體材料的環(huán)境友好性的要求更加嚴格，尤其需要考慮載體材料對土壤污染物遷移轉化行為的影響。另外，載體材料在水體及土壤修復中所承擔的功能也是有所區別的。應用于水體的載體材料主要是作為微生物的附著(zhù)劑，從而提高微生物的穩定性和局部密度，要求載體具有一定的強度和抗微生物分解能力。而土壤修復中的載體材料不僅是微生物的附著(zhù)劑，同時(shí)，載體提供的微環(huán)境還是一個(gè)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(yíng)養，提高土壤微生物的密度和活性，所以，應用于土壤修復中的載體材料應具有一定的可生物降解性。因此，固定化微生物技術(shù)修復污染土壤中，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(jià)固定化載體材料可行性的3個(gè)關(guān)鍵參數?，F階段應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(lèi)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(lái)源，含有豐富的C、N等營(yíng)養元素，對微生物和酶都具有很強的親和性;植物殘體腐殖化過(guò)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(jìn)土壤微生物活性和數量，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(jiàn)的植物殘體固定微生物，可實(shí)現較高的酶產(chǎn)量和污染物去除能力。近年來(lái)，利用植物殘體類(lèi)天然有機質(zhì)固定微生物去除水中PAHs等有機污染物已見(jiàn)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)修復原油污染海水，發(fā)現固定化細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(guò)氧化酶的活性和水體蒽的去除率。此外，稻稈、松針?lè )踋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.)修復苯并[a]芘污染土壤，發(fā)現固定化菌對環(huán)境適應能力更強、反應啟動(dòng)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?lè )勰┳鳛辄S孢原毛平革菌(Phanerochaete ysosporium)的生長(cháng)基質(zhì)，并用于苯并[a]芘污染土壤的修復，結果發(fā)現，甘蔗渣組苯并[a]芘降解更快。采用植物殘體固定細菌修復PAHs污染土壤，結果表明植物殘體及其提取液可強化固定化菌和土著(zhù)微生物去除PAHs。

固定化微生物技術(shù)修復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(shí)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。因此，為保證修復效果，必須經(jīng)常翻耕土壤，并多次投加固定化微生物，造成修復成本增加、處理難度加大，嚴重限制其實(shí)際應用。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(jìn)PAHs由土壤有機質(zhì)向固定化載體遷移，使固定化載體同時(shí)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(shí)現PAHs的富集-降解一體化，從而顯著(zhù)促進(jìn)土壤修復效果。一些研究者用活性炭固定微生物并用于環(huán)境污染修復，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(jìn)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(kāi)展了固定化微生物修復PAHs污染土壤。生物碳是一類(lèi)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(lèi)環(huán)境友好的材料，富含C、N等營(yíng)養元素，表面攜帶大量官能團，能顯著(zhù)改善土壤理化條件，其多孔性質(zhì)有利于微生物的附著(zhù)生長(cháng)。利用生物碳固定微生物在農業(yè)中已有廣泛應用，關(guān)于其在土壤修復方面的應用有待深入研究。

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。吸附作用導致土壤PAHs向載體遷移、富集，明顯改變其遷移、轉化行為和生物有效性。傳統的研究認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(lái)進(jìn)入土壤溶液才能被微生物降解，所以，吸附作用實(shí)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構、化學(xué)性質(zhì)及碳結構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)現隨著(zhù)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]。但接種細菌(Mycobacterium vanbaalenii PYR-1)培養216h后，不同有機碳含量土壤中菲降解量并無(wú)顯著(zhù)變化，且土壤菲殘留量都明顯的低于模型預測值(模型認為微生物只能利用溶解態(tài)PAHs)，說(shuō)明吸附態(tài)PAHs可以被微生物直接攝取利用。有研究認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(jìn)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)菲的細菌降解實(shí)驗發(fā)現，培養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%的模型預測效果，說(shuō)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(guò)微生物直接攝取被降解的;實(shí)驗中只有1.2%±0.2%的木質(zhì)素吸附態(tài)菲被降解，說(shuō)明木質(zhì)素的吸附作用顯著(zhù)的降低了PAHs的生物有效性。微生物在有機質(zhì)表面附著(zhù)生長(cháng)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PAHs污染土壤時(shí)，表面蠟質(zhì)含量或疏水性等參數是選擇載體材料的重要依據。

3 固定化微生物及高效降解菌的篩選

固定化微生物修復技術(shù)是載體與微生物共同作用的結果，微生物性質(zhì)對土壤修復效果有重要的影響。用于PAHs污染土壤修復的微生物包括土著(zhù)菌、外來(lái)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(jiàn)，在細菌、真菌以及它們種內和種間聯(lián)合作用條件下(以PAHs典型代表物芘為例)，單細菌對土壤中芘的去除率較差，最 佳的降解菌種是動(dòng)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表現出一定的降解能力，但眾多研究表明，菌種的種內聯(lián)合或種間聯(lián)合降解往往優(yōu)于單個(gè)菌種的降解能力。對2種細菌芽孢桿菌(Bacillus sp.)2號和動(dòng)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(jiàn)，在固定化微生物修復PAHs污染土壤中，聯(lián)合菌種降解能力高于單個(gè)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菌。然而，大部分研究結果是在土壤滅菌條件下獲得的，與現實(shí)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污染土壤中的修復效果，結果表明，加入松針生物碳固定化菌后，東北污灌區污染土壤中16種PAHs的可萃取濃度和可萃取率均顯著(zhù)降低，并且隨著(zhù)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(zhù)菌能有效的利用生物碳固定化菌吸附的PAHs。由此可見(jiàn)，相對于外源菌，篩選的土著(zhù)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(zhù)菌用于固定化微生物修復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是修復成功的關(guān)鍵因素。微生物在載體表面附著(zhù)生長(cháng)可增加微生物與吸附態(tài)PAHs的接觸機會(huì )，從而促進(jìn)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(zhù)在各類(lèi)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(lái)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)的成功應用有重大意義，以解決溶液馴化高效菌在固定時(shí)難以達到同樣降解效果的難題。Bastiaens等將過(guò)量的PAHs加入無(wú)機鹽培養基中篩選獲得分支鞘氨醇單胞菌屬(Sphingomonas sp.)，同時(shí)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.)，結果發(fā)現分枝桿菌屬(Mycobacterium sp.)具有更強的疏水性，更易在各種不同材料表面附著(zhù)生長(cháng)。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)現只有通過(guò)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(lèi)的微生物，Friedrich等用聚丙烯樹(shù)脂吸附態(tài)菲篩選得到分枝桿菌屬(Mycobacterium)，而用安伯來(lái)特樹(shù)脂吸附態(tài)菲卻得到洋蔥伯克霍爾德菌(Burkholderia sp.)，說(shuō)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，增加了微生物適應的時(shí)間，減慢了固定化微生物的反應速度。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(kāi)始就處于“工作”的環(huán)境，減少了微生物反應時(shí)間，經(jīng)過(guò)“熱身”的微生物，為更快地投入降解修復打下基礎。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(gè)來(lái)源是引進(jìn)外來(lái)微生物，外來(lái)微生物是強化多環(huán)芳烴污染土壤修復的重要手段，特別是在自然條件下，固定化外來(lái)微生物可以加快污染物的去除。研究結果表明，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(guò)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?lè )勰┳鳛辄S孢原毛平革菌(Phanerochaete ysosporium)的生長(cháng)基質(zhì)，用于苯并[a]芘污染土壤的修復，結果發(fā)現，加入甘蔗渣和松針?lè )勰┒伎梢源龠M(jìn)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(gè)重要支撐，而固定化方式是協(xié)調2個(gè)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(cháng)和代謝，進(jìn)而影響修復效果。主要的固定化方式有吸附法、包埋法、交聯(lián)法、共價(jià)結合法，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)法雖然結合牢固，穩定性好，但操作比較復雜，反應條件激烈，容易導致微生物失活，故不常使用。吸附法和包埋法是應用最廣泛的固定化方法。吸附法操作簡(jiǎn)單，對細胞活性影響小，但固定微生物數量和強度受載體影響大，且效果不穩定。包埋法可以實(shí)現高濃度的微生物固定，且微生物與載體聯(lián)結強度較高，但包埋過(guò)程剪切力會(huì )導致微生物細胞失活。在固定化微生物修復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苯并[a]芘污染土壤，結果表明，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(zhù)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(shí)現高濃度的微生物固定和較高的固定化強度，同時(shí)由于吸附過(guò)程載體材料提供的微環(huán)境和營(yíng)養物質(zhì)，很好地解決了包埋過(guò)程微生物失活的問(wèn)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(guò)程中各種條件參數也影響其環(huán)境修復效果。固定化時(shí)間和載體用量是固定化過(guò)程中2個(gè)重要的參數，對固定化顆粒韌性、微生物活性、微生物與載體結合強度都有顯著(zhù)的影響。莢榮等研究發(fā)現，固定化時(shí)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)現在3%海藻酸鈉添加濃度下得到的固定化細菌(Sphingomonas)顆粒在塑形、強度、韌性、通透性等方面均有較好的表現。

5 結論與展望

固定化微生物技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢和巨大的應用潛力在廢水處理領(lǐng)域得到了廣泛應用。但其在土壤修復中的研究則剛剛起步，其實(shí)用化傾向即大規模實(shí)際應用特征非常明顯。要實(shí)現其規?；瘧眠€有許多問(wèn)題急需解決:①獲得適宜于土壤的固定化載體，應用于土壤修復的微生物固定化載體應具有環(huán)境友好、性能穩定、成本低廉、微生物親和性好、污染物吸附能力強的特點(diǎn);植物殘體類(lèi)的天然有機質(zhì)、生物碳類(lèi)的炭質(zhì)材料以及農業(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(zhù)在各類(lèi)載體材料的表面，直接用吸附態(tài)PAHs來(lái)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)成功應用于土壤修復的另一個(gè)突破口。③采用合適的固定化方法，固定化方法應實(shí)現固定化微生物的高濃度、高活性、與載體結合強度高、性能穩定以及增強吸附固定作用等要求。吸附法和包埋法是應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(lái)的一個(gè)重要選擇。④固定化微生物的穩定性、持久性、安全性還有待進(jìn)一步研究，同時(shí)，固定化微生物施入土壤后的激活以及調控機制還需要更多的探索。⑤與其他修復技術(shù)的聯(lián)合使用，如用表面活性劑促進(jìn)PAHs從土壤有機質(zhì)中解吸出來(lái)，增加其流動(dòng)性，提高其生生物可利用性。