固定化微生物技術的研究始于1959年，HAT-TORI等首次將大腸桿菌固定在樹脂載體上實現(xiàn)大腸桿菌的固定化。它是在固定化酶的基礎上發(fā)展起來的，目前固定化微生物技術的研究和應用已趨于成熟。固定化微生物技術是利用物理或化學手段將游離微生物限定在特定區(qū)域內，使其高濃度密集、保持較高生物活性且可持續(xù)使用的一種新型生物工程技術。固定化微生物技術可將選定的高效優(yōu)勢菌屬固定在載體上，使該菌屬在特定處理系統(tǒng)中具有活性高、專一性強、耐受性強(如pH、溫度、有毒有害物質)、處理效果穩(wěn)定、有毒有害物質去除速率快和固液分離效果好等優(yōu)點。同時，固定化微生物技術還可以將混合菌屬集于同一載體，使混合菌屬協(xié)同處理污染物。此外，該技術還促使處理工藝的運營管理簡單化、處理設備小型化以及反應過程的可控制化。正是由于這些獨特的優(yōu)勢，固定化微生物技術現(xiàn)已廣泛應用于環(huán)境修復、食品工業(yè)、化學分析、能源開發(fā)、醫(yī)學和制藥等多種領域，并且已在廢水領域中的重金屬去除、有機污染物降解、脫氮等方面取得重大進展。本研究綜述了固定化載體、固定化方法和固定化裝置，比較了不同固定化載體、方法，探討了固定化微生物在重金屬、有機污染物及氨氮等廢水處理中的去除機制，并展望了固定化微生物技術的發(fā)展前景，以期為實現(xiàn)固定化微生物技術的實用化、工業(yè)化提供參考。

固定化載體種類繁多，選擇理想的載體材料對固定化微生物的應用很關鍵，需要考慮載體對固定化微生物的機械強度、傳質性能、彈性、成球難易程度及其生物毒性等方面的影響。理想的載體材料應具備以下特點：(1)生物相容性良好、不易被生物分解及無生物毒害性;(2)機械強度高、傳質快、易成球、多孔且比表面積大等物理性質;(3)價格低廉、使用壽命長、存在可引入配基的官能團。就目前而言，固定化微生物技術采用的載體材料主要由3大類組成：有機載體、無機載體和新型復合載體。

1.有機載體

①天然有機高分子載體

這類載體包括海藻酸鈉(SA)、甲殼素、殼聚糖、瓊脂、卡拉膠、骨膠原以及天然多糖、蛋白質和植物纖維類物質等。它們對微生物無毒害作用且傳質性能良好，但存在機械性能低、微生物流失大、抗微生物分解性能差等缺陷。如SA的凝膠結構會被溶液中高濃度的K+、Mg2+或其他金屬離子以及磷酸鹽破壞;甲殼素、殼聚糖及瓊脂的機械強度和比表面積均較小。

②人工合成有機高分子聚合物載體

聚乙二醇、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚氨酯泡沫、聚羥基丁酸酯(PHB)、光聚合樹脂、羧甲基纖維素和硅膠等均屬于人工合成有機高分子聚合物，其中PVA在國內外的研究中較廣泛。該類載體大多具有機械強度高、化學穩(wěn)定性好、抗微生物分解性強、對微生物無毒害作用和價格低廉等優(yōu)點，但PVA因其黏性和水溶脹性大而對固定化載體的制備產生附聚作用。PAM對微生物有毒害作用，使微生物活性降低且不易成型，因而得不到廣泛應用。

2.無機載體

無機載體種類較多，如活性炭(AC)、石英砂、沸石、硅藻土、多孔陶珠、微孔玻璃、泡沫金屬等。其優(yōu)點在于機械強度高、傳質性能好、耐酸堿性、制備簡單、使用經濟、多孔、通透性好、比表面積大，能較好地吸附微生物且有利于氧氣、底物、代謝產物的擴散，不毒害微生物。存在的缺點是微生物易流化、吸附量有限且易脫落。

3.新型復合載體

新型復合載體主要包括新型載體和多種傳統(tǒng)載體的復合。新型復合載體將各種載體的特長集于一體，優(yōu)化了原有載體，為固定化微生物技術開拓了更廣闊的應用前景。

新型載體可以通過改性載體材料表面基團或孔結構得到特定性能的載體。如LIU等采用聚乙烯亞胺和戊二醛處理纖維材料，制得改性固定化載體，并用其固定釀酒酵母，發(fā)現(xiàn)這種固定化載體在木薯的糖化和發(fā)酵過程中對淀粉的利用率明顯高于游離菌，并可長期、有效地生產乙醇。VERMA等對絲瓜瓤固定化黃孢原毛平革菌進行酸化處理，實驗表明，這種處理改進了生物質的還原能力;對生物質的表面進行了清理，為Cr(Ⅵ)的吸附提供更多的活性位點;增加了表面功能基團的數量，從而提高了Cr(Ⅵ)的去除效果。

磁性載體材料也屬于新型載體的一種，在環(huán)境工程領域中的應用頗多。IVANOVA等將磁性納米顆粒分別與SA、殼聚糖及纖維素結合組成新的固定化載體，并對酵母細胞進行固定化，研究表明，這些磁性載體固定化的酵母細胞不僅顯著提高了乙醇的成產量，而且其性能穩(wěn)定可長期保存。LIN等采用磁性Fe3O4殼聚糖載體制備了可去除NOX的固定化還原菌，大大改進了目標微生物的生物還原性。張斌等以微磁載體技術為機體，成功研制除了可固定化活性污泥微生物的多孔磁性聚苯乙烯載體，并提高了目標微生物對氨氮和有機污染物的去除效果。

有機載體與無機載體組建為多功能復合載體的研究也較常見。李婷等利用PVA-SA-PHB-AC組成復合載體固定化間甲酚降解菌，發(fā)現(xiàn)經吸附改性的載體對廢水中間甲酚的耐受能力更高，可實現(xiàn)更寬濃度范圍的高效降解，且可長期穩(wěn)定使用。BAO等研究了SA/AC復合材料固定化石油烴降解菌的性能，發(fā)現(xiàn)在同等條件下，與游離菌相比，該固定化菌不僅活性高，還明顯提高了重油的生物降解率(高出游離菌的33%)。BRYASKOVA等采用PVA/正硅酸乙酯(TEOS)固定化皮狀絲孢酵母，GEORGIEVA等用PVA/TEOS/3-巰丙基三乙氧基硅烷(MPTEOS)混合載體固定化皮狀絲孢酵母，這種固定化載體不是將各載體材料簡單混合，而是PVA的羥基與有機烷氧基硅烷(TEOS、MPTEOS)的硅烷醇基形成很強的氫鍵，MPTEOS為固定化微生物提供了額外的吸附位點，使載體的機械強度更高。