随着经济的发展和社会进步，治理环境污染己成为世界各国面临的一个重大问题。二十世纪七十年代发展起来的固定化微生物多孔载体技术已成为环境生物 工程的一重要分支，它是一种产能型的废水处理技 术，具有效率高。费用低。占地和剩余污泥量少等特 点：非常引人注目[1?2。无机载体固定化微生物效 果差，有机高分子载体，由于生物亲和性好：固定牢， 结构可调控，固定化效果好，特别受到人们的关 注[3!4]。聚丙烯酰胺是固定化微生物应用较广的 一种高分子材料，通常以其凝胶形式将微生物固 定[5]，但凝胶内残留的丙烯酰胺单体会导致微生物 中毒失活，本项研究是用聚丙烯酯共聚物胺解制成 的多孔聚丙烯酰胺共聚物——APM载体，固定化微 生物具有无毒、生物富集量高，固定化效果好等优 点。
1实验部分1.1固定化微生物试验将取自成都三瓦窑污水处理厂的活性污泥（厌 氧微生物)去除杂质并加定量基质进行驯化。基质 组成为，3. ) % 葡萄糖、2. 5 %NaHC03、1.5 %MgS04 、7H20、1.0 %NH4Cl、0. 2 % KH2P04、0. 2 % K2HP04 、3H20、0. 1% CaC。、2H20、3. 5 x l〇 7 3 FeS04 ? 7H20 等。
固定化微生物实验装置如图1所示，500 ml固 定化瓶内装入厌氧微生物、基质和APM载体[;]，集 气瓶为500 ml锥形瓶，内装有Na0H水溶液，量筒 刻度为500 ml，整个装置放入恒温生物室内。固定 化瓶厌氧消化反应产生的沼气排入集气瓶内，沼气 中的C0z被Na0H溶液吸收，余下的气体绝大部分 为CH-根据排出的溶液体积，便可计算出产出甲 烷的体积。产出的甲烷越多，说明固定化微生物的 效果越好。
万方数据1.3载体孔径分布用 Macromeritics Auto Pore 9200 型压束孔率仪 测定。
2结果与讨论2.1胺解试剂与APM载体产甲烷量的关系表1所列数据为胺解时间8I不同胺解试剂制 备的APM载体，在相同条件下（载体10 g，基质溶 液250 ml,厌氧微生物50 ml,温度35 °C，下同）固定 化微生物产甲烷量与胺解试剂的关系。由表1可 知，产甲烷量随时间增长而增加，胺解试剂不同，胺 解时间相同的四种APM载体的产甲烷量无明显变 化。说明APM载体能固定厌氧微生物，固定化效 果受胺解试剂的影响不大。
表1胺解试剂对产甲烷量的影响Tab. 1 Effect of aminate regent on the produee of CH4甲院/mlEDATTATPAPPA22225242442628272863435333483837373710444544431465626564188583818222130123127124261821751731773436135334935140479473475474EDA为乙二胺，TTA为三乙烯四胺，TPA为四乙烯五胺，PPA为多乙烯多胺2.2APM载体产甲烷量与胺解时间的关系胺解实质上就是多孔丙烯酸酯共聚物中的酯基00IIII(—C一0CH3，转化成酰胺基（一C一NHR，胺 解时间越长，转化程度越高。胺解对APM载体孔 结构有明显的影响。其一，共聚物中酯基转化变成 酰胺基后，共聚物中氢键作用加强，骨架刚性增加， 孔结构更加稳定，孔度增加)其二，基团体积，酰胺基 较酯基大导致共聚物中孔度下降，胺解时APM载 体孔结构的影响是由这两方面综合作用的结果。研 究表明，胺解时间小于4小时，APM载体孔度随胺-胺解时间：1 —10h3/7 A2—2hII f4 3一4 hf/010203040时间/天解时间增加而增加，大于4小时时则下降，孔度较大 的载体固定化微生物效果更好。图2所示为胺解时 间与产甲烷量的关系。由图2可知，产甲烷量随时 间增加而增加，在20天内增加幅度较小，20天后增 加幅度较大。胺解4小时的产甲烷量高最高，胺解 时间长(10小时）的产甲烷量明显下降，这是由于孔 度下降所致。
图2胺解时间与产甲烷量的关系 Fig. 2 Relationship between the aminate time and the pro?duce of CH42.3APM载体产甲烷量与粒径的关系图3所示为相同条件下制得的APM载体的粒 径与产甲烷量的关系。图3可知，10天内几种粒径 的APM载体产甲烷量无明显差异；10天以后，产甲 烷量随时间增加而显着增加，三种粒径的载体产甲 烷量差异越来越明显，粒径小的APM载体产甲烷 量大，粒径大的APM载体产甲烷量少。这是因为 APM载体具有多孔结构，同样条件下制备的APM 载体，粒径小的比表面积较大，相同条件下，具有较 大比表面积的APM载体附着的微生物较多，消化 反应产生的甲烷量也就较多。但是粒径较小的载 体，在动态条件下操作损失较大，静态条件下的阻力 较大。40!60目的APM载体能较好地满足本项研 究要求。
2.4APM载体产甲烷量与孔度的关系图4所示为粒径相同孔度不同的APM载体与 产甲烷量的关系。由图4可知，产甲烷量随载体孔 度增加而增加，因为厌氧微生物固定于APM载体 上，不仅吸附于表面，而且也存在于载体孔隙内部， 孔度较大的APM载体的比表面较大，附着的微生 物量就较多，单位时间内产甲烷量就多。但是孔度 大到一定程度时，APM载体的孔会塌缩，导致比表 面积反而下降，微生物附着量反而会减少，产甲烷量 必然下降。只有当孔度适当时，才能获得最佳固定 化效果。
图4孔度与产甲烷量的关系 Fig. 4 Relationship between the particle size of porosity of APM and the produce of CH42%几种载体产甲烷量的比较图5所示为几种载体产甲烷量的比较，由图5 可知，20天前几种载体产甲烷量变化不大，20天以 后几种载体产甲烷量有显着差异，APM载体产甲焼 量最高，其次是未胺解的多孔丙烯酸酯共聚物 (PM)，活性碳(GAC)产甲烷量最低。因为共聚物具 有多孔结构，孔径较大，且孔相互连通，微生物富集 量大、固定牢、活性高，活性碳有较大比表面积，但孔 径较小，多为微孔，微生物难于进入微孔内，富集量 低，活性小；微生物带弱负电，APM载体带弱正电， 活性碳和PM载体不带电，微生物与载休间作用力， 前者较后两者强，固定化微生物效果APM载体最 好。
2.6微生物存在于APM载体孔内的实验验证 将APM载体从固定化瓶内取出，用清水反复 漂洗，最大限度地除去附着于载体表面的微生物菌 群，此时的载体由黑色转变成接近固定化前的颜色 (浅黄色，然后再把漂洗后的APM载体置于盛有固定厌氧微生物，固定效果与胺解时间（即胺解程 度)有关，而胺解试剂的影响不明显。胺解时间4小 时的APM载体固定化效果良好。
2)固定化微生物载体产甲烷量受APM载体粒 径影响显着，粒径40!60目，孔度38%左右的 APM载体固定化效果优良。
.1010203040时间/天图5几种载体产甲烷量的比较 Fig. 5 Relationship between different kinds of carrier and produnce of CH4基质的固定化瓶内重复实验，结果如图6所示，15 天前，产甲烷量，漂洗前（曲线1)后（曲线2)无明显 变化，15天以后，产甲烷量随时间增加而增加，在15 !40天间，产甲烷量漂洗后的APM载体更高，说明 微生物存在于APM载体孔内，漂洗后生物活性不 会下降。
图6载体漂洗前后生物活性的比较 Fig. 6 Comparison on the produnce of CH4 before elution and after elution图7是固定化微生物载体的扫描电镜照片，由 图7可知，微生物不仅附着于载体表面，而且也存在 于孔内，形成致密的生物膜，其生物相组成包括丝 菌、球菌和杆菌等。固定于载体上丰富的菌群，有利 于交叉营养，协同代谢等。
3结论1，多孔丙烯酰胺共聚物(APM载体)能有效地(a)(b)
图7固定化微生物载体表面(a)和截面(b)电镜照片 Fig. 7 SEM photographs on the outer surfac^(a) and cross -section(b) of APM3)固定化效果，多孔丙烯酰胺共聚物优于多孔 聚丙烯酸酯共聚物(PM)和活性碳(GAC)载体，微生 物不仅存在于载体表面，也存在于孔内，-(M载体 孔径多为10!100nm;经180天试验后的APM载 体，其结构未发现任何变化。