苯酚是石油、造纸、医药和化工行业主要的原料或中间体,它作为最简单的酚类有机物,具有很强的毒性和生物累积性,随着工业的飞速发展,含酚废水的排放量越来越大,对生态环境造成了严重的威胁,因此迫切需要对含酚废水进行高效处理,固定化技术在含酚废水生物处理过程中因具有处理效率高、微生物不易流失和固液容易分离等特点,受到了研究者的广泛关注。本文以从活性污泥分离的高效苯酚降解菌ZS01为研究对象,首先考察了金属离子对ZS01生长和降酚效率的影响。结果表明,适量的金属离子会促进微生物的生长代谢,当Al3+、Mg2+、Fe3+和Ca2+的浓度分别为25 mg/L、90 mg/L、80 mg/L和100 mg/L时对菌株ZS01的生长和苯酚降解具有明显的促进作用;其中Fe3+的促进作用最大。而随着金属离子浓度的增加,则会对ZS01产生抑制效应。以4种不同的材料(琼脂、卡拉胶、明胶、聚乙烯醇)作为细菌ZS01的固定化载体,研究了不同载体固定化细菌对苯酚降解的影响,并对固定化细菌的表面结构、机械稳定性、存储稳定性和重复利用性分别进行了表征。结果表明,以3%琼脂为载体包埋细菌形成的固定化微球性能最佳,在60 h内对1500 mg/L苯酚的降解率可达100%;经过20次循环后,琼脂固定化微球仍保持完整形态,并且微球中细菌的相对活性还维持在130%以上;在4℃下存储30 d后,微生物依然保持较为稳定的降酚能力,琼脂固定化细菌对1500 mg/L苯酚的去除率可达90%。选择生物亲和性较强的琼脂和稳定性较强的卡拉胶耦合构建了复合强化降酚微球,根据混合微球的成球形状、流变性能和降酚性能,优化两种材料的最佳混合比例。结果表明,质量分数为2%的琼脂和2%的卡拉胶混合而成的微球具有最好的成球性能和最佳的凝胶性能,并且包埋细菌后具有最强的降酚性能。并通过比较复合材料固定化细菌和游离细菌降解苯酚的动力学参数,进一步验证了复合材料固定化细菌的优势。为了提高复合材料固定化细菌的降酚性能,在复合材料中加入了纳米磁性Fe3O4来耦合细菌ZS01,探究不同浓度Fe3O4对固定化细菌降酚性能的影响,并在Fe3O4最佳浓度的条件下,考察磁性复合载体固定化细菌的重复利用性。结果表明,Fe3O4的浓度范围在0～150 mg/L时,添加Fe3O4固定化细菌的降酚性能均高于悬浮细菌和未添加Fe3O4的固定化细菌,当Fe3O4的浓度为50 mg/L时,固定化细菌的降酚性能最佳,50 h内把1500 mg/L的苯酚全部降解,降酚性能的提高归因于Fe3O4促进了底物的传质效率和细胞的代谢降解速率。经过40次循环利用后,磁性复合载体包埋细菌的固定化微球仍保持完整形态,无破碎现象,表明磁性复合载体具有较强的机械强度,固定化细菌的相对活性虽略有下降,但仍然保持在120%以上。磁性复合载体较强的机械强度可能是由于纳米粒子的正电荷与卡拉胶生物聚合物基体硫脂键的负电荷之间的静电作用所致。最后研究纳米Fe3O4耦合的降酚强化微球和金属离子对活性污泥处理模拟含酚废水的影响。结果发现,固定化细菌和游离细菌对活性污泥处理含酚废水均有促进作用,其中固定化细菌对活性污泥的促进作用最为明显,28 h内苯酚的去除率为93%,48 h内COD的去除率为93%。在含有固定化细菌的活性污泥中添加4种金属离子(Al3+、Mg2+、Fe3+、Ca2+)均能促进活性污泥的处理效能,其中80 mg/LFe3+对活性污泥的促进作用最为明显,28 h内活性污泥对苯酚的去除率达到100%,48 h内对COD的去除率达到99.3%。由于高性能纳米材料耦合的固定化材料在模拟含酚废水处理中的高效性,为固定化微生物在实际工业废水的应用提供了理论依据和参考。