隨著經濟的發展和社會進步，治理環境污染己成為世界各國面臨的一個重大問題。二十世紀七十年代發展起來的固定化微生物多孔載體技術已成為環境生物 工程的一重要分支，它是一種產能型的廢水處理技 術，具有效率高。費用低。占地和剩余污泥量少等特 點：非常引人注目[1?2。無機載體固定化微生物效 果差，有機高分子載體，由于生物親和性好：固定牢， 結構可調控，固定化效果好，特別受到人們的關 注[3!4]。聚丙烯酰胺是固定化微生物應用較廣的 一種高分子材料，通常以其凝膠形式將微生物固 定[5]，但凝膠內殘留的丙烯酰胺單體會導致微生物 中毒失活，本項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載體，固定化微 生物具有無毒、生物富集量高，固定化效果好等優 點。
1實驗部分1.1固定化微生物試驗將取自成都三瓦窯污水處理廠的活性污泥（厭 氧微生物)去除雜質并加定量基質進行馴化。基質 組成為，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。
固定化微生物實驗裝置如圖1所示，500 ml固 定化瓶內裝入厭氧微生物、基質和APM載體[;]，集 氣瓶為500 ml錐形瓶，內裝有Na0H水溶液，量筒 刻度為500 ml，整個裝置放入恒溫生物室內。固定 化瓶厭氧消化反應產生的沼氣排入集氣瓶內，沼氣 中的C0z被Na0H溶液吸收，余下的氣體絕大部分 為CH-根據排出的溶液體積，便可計算出產出甲 烷的體積。產出的甲烷越多，說明固定化微生物的 效果越好。
萬方數據1.3載體孔徑分布用 Macromeritics Auto Pore 9200 型壓束孔率儀 測定。
2結果與討論2.1胺解試劑與APM載體產甲烷量的關系表1所列數據為胺解時間8I不同胺解試劑制 備的APM載體，在相同條件下（載體10 g，基質溶 液250 ml,厭氧微生物50 ml,溫度35 °C，下同）固定 化微生物產甲烷量與胺解試劑的關系。由表1可 知，產甲烷量隨時間增長而增加，胺解試劑不同，胺 解時間相同的四種APM載體的產甲烷量無明顯變 化。說明APM載體能固定厭氧微生物，固定化效 果受胺解試劑的影響不大。
表1胺解試劑對產甲烷量的影響Tab. 1 Effect of aminate regent on the produee of CH4甲院/mlEDATTATPAPPA22225242442628272863435333483837373710444544431465626564188583818222130123127124261821751731773436135334935140479473475474EDA為乙二胺，TTA為三乙烯四胺，TPA為四乙烯五胺，PPA為多乙烯多胺2.2APM載體產甲烷量與胺解時間的關系胺解實質上就是多孔丙烯酸酯共聚物中的酯基00IIII(—C一0CH3，轉化成酰胺基（一C一NHR，胺 解時間越長，轉化程度越高。胺解對APM載體孔 結構有明顯的影響。其一，共聚物中酯基轉化變成 酰胺基后，共聚物中氫鍵作用加強，骨架剛性增加， 孔結構更加穩定，孔度增加)其二，基團體積，酰胺基 較酯基大導致共聚物中孔度下降，胺解時APM載 體孔結構的影響是由這兩方面綜合作用的結果。研 究表明，胺解時間小于4小時，APM載體孔度隨胺-胺解時間：1 —10h3/7 A2—2hII f4 3一4 hf/010203040時間/天解時間增加而增加，大于4小時時則下降，孔度較大 的載體固定化微生物效果更好。圖2所示為胺解時 間與產甲烷量的關系。由圖2可知，產甲烷量隨時 間增加而增加，在20天內增加幅度較小，20天后增 加幅度較大。胺解4小時的產甲烷量高最高，胺解 時間長(10小時）的產甲烷量明顯下降，這是由于孔 度下降所致。
圖2胺解時間與產甲烷量的關系 Fig. 2 Relationship between the aminate time and the pro?duce of CH42.3APM載體產甲烷量與粒徑的關系圖3所示為相同條件下制得的APM載體的粒 徑與產甲烷量的關系。圖3可知，10天內幾種粒徑 的APM載體產甲烷量無明顯差異；10天以后，產甲 烷量隨時間增加而顯著增加，三種粒徑的載體產甲 烷量差異越來越明顯，粒徑小的APM載體產甲烷 量大，粒徑大的APM載體產甲烷量少。這是因為 APM載體具有多孔結構，同樣條件下制備的APM 載體，粒徑小的比表面積較大，相同條件下，具有較 大比表面積的APM載體附著的微生物較多，消化 反應產生的甲烷量也就較多。但是粒徑較小的載 體，在動態條件下操作損失較大，靜態條件下的阻力 較大。40!60目的APM載體能較好地滿足本項研 究要求。
2.4APM載體產甲烷量與孔度的關系圖4所示為粒徑相同孔度不同的APM載體與 產甲烷量的關系。由圖4可知，產甲烷量隨載體孔 度增加而增加，因為厭氧微生物固定于APM載體 上，不僅吸附于表面，而且也存在于載體孔隙內部， 孔度較大的APM載體的比表面較大，附著的微生 物量就較多，單位時間內產甲烷量就多。但是孔度 大到一定程度時，APM載體的孔會塌縮，導致比表 面積反而下降，微生物附著量反而會減少，產甲烷量 必然下降。只有當孔度適當時，才能獲得最佳固定 化效果。
圖4孔度與產甲烷量的關系 Fig. 4 Relationship between the particle size of porosity of APM and the produce of CH42%幾種載體產甲烷量的比較圖5所示為幾種載體產甲烷量的比較，由圖5 可知，20天前幾種載體產甲烷量變化不大，20天以 后幾種載體產甲烷量有顯著差異，APM載體產甲焼 量最高，其次是未胺解的多孔丙烯酸酯共聚物 (PM)，活性碳(GAC)產甲烷量最低。因為共聚物具 有多孔結構，孔徑較大，且孔相互連通，微生物富集 量大、固定牢、活性高，活性碳有較大比表面積，但孔 徑較小，多為微孔，微生物難于進入微孔內，富集量 低，活性小；微生物帶弱負電，APM載體帶弱正電， 活性碳和PM載體不帶電，微生物與載休間作用力， 前者較后兩者強，固定化微生物效果APM載體最 好。
2.6微生物存在于APM載體孔內的實驗驗證 將APM載體從固定化瓶內取出，用清水反復 漂洗，最大限度地除去附著于載體表面的微生物菌 群，此時的載體由黑色轉變成接近固定化前的顏色 (淺黃色，然后再把漂洗后的APM載體置于盛有固定厭氧微生物，固定效果與胺解時間（即胺解程 度)有關，而胺解試劑的影響不明顯。胺解時間4小 時的APM載體固定化效果良好。
2)固定化微生物載體產甲烷量受APM載體粒 徑影響顯著，粒徑40!60目，孔度38%左右的 APM載體固定化效果優良。
.1010203040時間/天圖5幾種載體產甲烷量的比較 Fig. 5 Relationship between different kinds of carrier and produnce of CH4基質的固定化瓶內重復實驗，結果如圖6所示，15 天前，產甲烷量，漂洗前（曲線1)后（曲線2)無明顯 變化，15天以后，產甲烷量隨時間增加而增加，在15 !40天間，產甲烷量漂洗后的APM載體更高，說明 微生物存在于APM載體孔內，漂洗后生物活性不 會下降。
圖6載體漂洗前后生物活性的比較 Fig. 6 Comparison on the produnce of CH4 before elution and after elution圖7是固定化微生物載體的掃描電鏡照片，由 圖7可知，微生物不僅附著于載體表面，而且也存在 于孔內，形成致密的生物膜，其生物相組成包括絲 菌、球菌和桿菌等。固定于載體上豐富的菌群，有利 于交叉營養，協同代謝等。
3結論1，多孔丙烯酰胺共聚物(APM載體)能有效地(a)(b)
圖7固定化微生物載體表面(a)和截面(b)電鏡照片 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優于多孔 聚丙烯酸酯共聚物(PM)和活性碳(GAC)載體，微生 物不僅存在于載體表面，也存在于孔內，-(M載體 孔徑多為10!100nm;經180天試驗后的APM載 體，其結構未發現任何變化。