工业废水对生态环境和人们的健康有长期潜在的威胁。生物处理单元由于在技术、成本、运行效果和管理等方面有诸多优点成为工业废水处理中的重要环节,尤其是随着微生物固定化技术的发展,该技术用于处理多种工业废水逐渐引起人们的关注。采用传统的活性污泥法时,常因为废水水质水量复杂多变、可生化性低且伴有生物毒性等原因,导致出水水质不稳定,而随着微生物固定化技术的发展,工业废水的处理拥有了新的方向。固定化载体的选择是该技术成功实现的重要环节,传统载体在结构性能方面存在的一些问题阻碍了该技术在工业废水处理中的应用,因此寻求一种生物相容性好,可吸附,比表面积大,挂膜速度快,物理性能优异的载体材料非常重要。氧化石墨烯由于其特殊的性能被广泛研究,同时考虑到载体的生物相容性和传质性能,本实验选择天然载体材料及氧化石墨烯材料来制备固定化载体。本文使用海藻酸钠和氧化石墨烯制备气凝胶载体,同时利用实验室现有的异养硝化真菌Penicillium sp.L1制备并优化菌丝球,考察了两种载体固定化微生物处理废水的性能和影响因素,不仅为微生物固定化载体提供了新的选择,也为工业废水的处理积累了经验。以Penicillium sp.L1为研究对象,制备并优化L1菌丝球。实验结果表明:(1)最佳优化条件为pH=7、接种量为60颗、再培养时间为3 d。优化后的L1菌丝球有规则的网状结构和均匀、发达的网孔,菌丝体结构粗壮完整。(2)菌丝球固定化系统(IS-MP)在模拟废水中有更高的氨氮降解速率(12 h的氨氮降解率:实验组85.67%;对照组69.19%),降解优势在混合废水中更加突出。(3)在摇瓶中以2:1(模拟废水:焦化废水)的比例配制混合废水研究IS-MP对焦化废水的处理能力,实验结果表明,IS-MP的处理效果优于游离细菌。(4)IS-MP的最佳接种量为90颗。使用氧化石墨烯(GO)和海藻酸钠(SA)制备并优化GO-SA载体,并对其性能进行相关研究。实验结果表明:(1)GO-SA最佳配比为1:10,提高GO含量可以有效的提高载体的强度,同时也略微提高负载微生物后的水处理效果。(2)GO-SA载体的密度为0.97 g/cm~3,比表面积约14.41m~2/g,在结构上多孔、堆叠、粗糙,有良好的微生物吸附附着能力和生物相容性。(3)GO-SA载体对氨氮的吸附符合准二级动力学方程和Freundlich等温模型(1/n=1.767)。吸附量和吸附率随初始氨氮浓度的升高而增大。(4)在模拟废水中,氧化石墨烯/海藻酸钠固定化系统(IS-GO/SA)在低温时拥有比游离细胞更高的微生物生长速率和污染物去除速率,同时对废水中pH的改变也有一定的缓冲能力。(5)在摇瓶中以2:1(模拟废水:焦化废水)的比例配制混合废水研究IS-GO/SA对焦化废水的处理能力,实验结果表明,IS-GO/SA的处理效果优于游离细菌,且与IS-MP相比也有较大优势。(6)GO-SA具有一定脱除废水色度的能力,并能在恶劣环境中为微生物提供更多的保障。(7)IS-GO/SA的最佳接种量为15个。使用GO-SA载体固定化混合菌群FG-06,在移动床膜生物反应器(MBBR)中研究对混合废水的处理效果。实验结果表明:(1)环境温度降低会导致COD去除率下降,曝气量的增加会显著提高反应器的氨氮降解率,进水水质显著影响着反应器对废水中各污染物的去除率。(2)在同等条件下,IS-GO/SA出水明显优于活性污泥系统(ASS)。(3)仅生物处理单元,反应器总体的氨氮和COD去除效果不理想,苯酚保持99%以上的去除率。(4)IS-GO/SA在最佳条件下氨氮降解率为97.1%,COD去除率为91.9%。