随着工业经济的迅速发展,水环境污染问题日益突出,已引起全社会的广泛关注,水体中的氨氮是一种难降解的有毒害无机污染物,工业氨氮废水排放量大,组成复杂,处理难度高。生物处理技术具有处理效率高、无二次污染、成本低等优点,固定化微生物脱氮技术已经成为废水处理领域中一个重要的研究方向。本文选择廉价、无毒、生物相容性好的壳聚糖、海藻酸钠、纤维素等为原料,采用包埋法和覆膜法制备了球状固定化微生物催化剂,通过对不同材料的复合和改性制备固定化微生物,研究了固定化微生物处理模拟氨氮水和煤化工生产基地焦化水的催化性能,主要研究结果如下:壳聚糖包埋法制备壳聚糖-纤维素-多巴胺固定化微生物和壳聚糖-聚乙烯醇固定化微生物,壳聚糖覆膜法制备壳聚糖-海藻酸钠-Fe3O4固定化微生物。利用多巴胺交联聚合离子液体共溶剂法制备的固定化微生物和多巴胺改性纤维素与壳聚糖制备的固定化微生物用于氨氮的降解,在相同条件下,多巴胺改性纤维素制备的固定化微生物氨氮降解率更高,其氨氮降解率为72.46%。利用壳聚糖-3-氨丙基三乙氧基硅烷改性聚乙烯醇制备的固定化微生物,降解50mg/L的模拟氨氮水,反应120h,氨氮降解率为82.30%。利用壳聚糖-海藻酸钠-Fe3O4制备的固定化微生物和游离微生物处理氨氮浓度为50mg/L的模拟水,反应132h,氨氮降解率分别为99.50%和63.10%。综上,壳聚糖覆膜法制备的壳聚糖-海藻酸钠-Fe3O4固定化微生物较壳聚糖包埋法制备的壳聚糖-纤维素-多巴胺固定化微生物和壳聚糖-聚乙烯醇固定化微生物氨氮降解效果好。同时,考察Fe3O4含量、壳聚糖质量浓度固化成球对氨氮降解效果的影响,得到最佳条件Fe3O4含量为13%、壳聚糖质量浓度为0.2%。壳聚糖-海藻酸钠-Fe3O4磁性固定化微生物处理模拟氨氮水,进行单因素工艺条件研究,结果表明,固定化微生物适宜温度为10～40℃,适宜pH值为7～9。固定化微生物经氨氮驯化后,氨氮降解速率大幅度提高,处理浓度为100mg/L的氨氮,反应72h,降解率可达96.30%。对中间产物跟踪分析,初始浓度为50mg/L和100mg/L的氨氮在降解过程中亚硝酸盐氮的积累量分别为0.0279mg/L和0.0234mg/L,硝酸盐氮的积累量分别为1.83mg/L和1.48mg/L,说明磁性固定化微生物催化反应发生了同步硝化与反硝化。磁性固定化微生物循环处理50mg/L的模拟氨氮水,重复使用8次时氨氮降解率为94.71%,表明固定化微生物具有良好的重复使用性。利用响应面优化法对壳聚糖-海藻酸钠-Fe3O4固定化微生物处理模拟氨氮水的工艺进行优化,考察了温度、pH值和固定化微生物添加量对氨氮降解效果的影响,优化最佳工艺参数为:温度30℃、pH值7、固定化微生物添加量300g/L。在反应器温度为30℃,氨氮水样的pH值为7,固定化微生物添加量为300g/L的条件下,考察苯酚对固定化微生物降解氨氮的影响及苯酚的降解情况,结果表明苯酚对氨氮的降解产生一定的抑制作用,苯酚浓度增大,微生物活性降低,抑制作用增强,氨氮降解率降低。反应144h,浓度为50mg/L、100mg/L、150mg/L和200mg/L的苯酚都能达到国家排放标准。壳聚糖-海藻酸钠-Fe3O4固定化微生物处理氨氮浓度为41.21mg/L煤化工生产基地的焦化水,反应72h,氨氮降解率达94.22%,在相同条件下,游离微生物对氨氮的降解率仅为41.93%。游离微生物和固定化微生物处理工业焦化水,对中间产物亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的分析结果表明,游离微生物和固定化微生物降解氨氮过程中亚硝酸盐氮的积累量分别为0.3mg/L和0.027mg/L,硝酸盐氮的积累量分别为3.59mg/L和0.575mg/L,反映出固定化微生物处理焦化水较游离微生物效果好。磁性固定化微生物重复循环使用处理焦化水,使用5次氨氮的降解率均高于95%。表明磁性固定化微生物可有效地降解焦化水中的氨氮,为磁性固定化微生物降解煤化工生产的焦化水提供了实验依据。