生物炭固定化微生物技术在去除水中污染物的应用研究进展

张太平，肖嘉慧，胡凤洁

华南理工大学环境与能源学院，广东 广州 510006

中国实行人口计划生育之前，人口爆发增长，随着人口增长、城市化和工业化的快速发展，水环境污染与水资源短缺已成为人们日益关注的问题。造成水污染的原因包括生活污水、工业废水、农业尾水排放等方面，对生态环境与人类健康构成了严重威胁（陈永焦，2010）。研发水污染控制技术，从源头上解决水污染问题是目前面临的主要任务。生物炭吸附和固定化微生物技术被认为是两种可行的、成本效益高、生态友好的水污染治理技术。

生物炭源于亚马逊河流域的terra preta黑土，土壤中的有机物在缺氧环境中闷烧产生的碳使土壤变黑（Marris，2006）。因此，厌氧或缺氧的条件下，木质原料、农业秸秆等废弃的原材料经一定的高温裂解获得的富含碳的固体材料，具有比表面积大、孔隙结构发达、芳香化程度高等特点（Frankel et al.，2016；程扬等，2018）。生物炭的制备方法多种多样，包括常规碳化或缓慢热解、快速热解、快速碳化和气化（Manyà，2012）。生物炭可作为一种生物燃料，是仅次于煤炭和石油燃料的第三大一次能源，也可作为农业土壤改良剂，提高土壤养分保持和持水的能力，改善土壤环境，并将碳储存在土壤中，从而减少温室气体（GHG）的排放（Akolgo et al.，2018）。在催化方面，生物炭表面的官能团显示出催化性能，其中含—SO3H基团的生物炭是一种广泛应用于各种化学反应的非金属催化剂（Liu et al.，2015）。此外，生物炭也是一种具有良好吸附性的吸附剂，在去除水中污染物的方面有许多研究（Tan et al.，2015），如去除水中重金属（王向前等，2016）、有机染料、酚类物质（张娱等，2019）、硝酸盐和抗生素（徐家伊等，2019）等污染物。

固定化微生物技术始于1959年，是以树脂作为载体吸附固定大肠杆菌（Escherichia coli）（Hattori et al.，1959）。固定化微生物技术是一种利用物理或化学手段将游离微生物限定在特定区域内、使微生物高度密集且保持较高的生物活性、能反复使用的新型生物工程技术。固定的微生物最常见的是真菌或细菌（Girijan et al.，2019）。固定化微生物技术现在广泛应用于水环境的治理，在重金属的去除、有机污染物的降解和生物脱氮等方面有大量的研究，也取得了重大进展（黄真真等，2015）。

在1967年，Parkhurst et al.（1967）发现在炭床内的微生物有利于降低有机物含量，这首次肯定了微生物在活性炭上生长的有利性。之后，含炭材料经常被用作降解有机污染物的微生物固定化载体，其中，生物炭作为一种新型载体接种微生物进行固定化在最近几年兴起，并应用于废水处理。本文将回顾和分析已发表的关于生物炭固定化微生物技术应用于去除水中污染物的研究。内容主要包括：（1）介绍固定化方法、固定化载体以及生物炭作为载体在固定化微生物技术中的应用；（2）生物炭固定化微生物技术在去除水中污染物的应用及其作用机制和影响因素；（3）对生物炭固定化微生物技术的未来研究提出问题并进行了展望。

1 固定化技术及生物炭在固定化技术中的应用

1.1 微生物固定化方法及其应用

与酶的固定化方法一样，迄今为止没有理想且通用的固定化所有类型微生物的方法。必须针对特定的细胞、产物性质，选择合适的固定化方法。固定化微生物技术可分为三类：吸附法、交联法和包埋法（居乃琥，2011）409，其中用的最多的方法为吸附法和包埋法。

吸附法又称载体结合法，是通过物理吸附、化学或离子结合等方法，将微生物吸附固定于非水溶性载体。生物载体与微生物的粘附可能有两种方式，一种是与细菌细胞之间的物理吸附作用，二种是与细菌细胞外分泌物之间的交联粘附作用。Wang et al.（2015）从石油污染海水中筛选出具有石油降解性能的ODB-1、ODB-2和ODB-3 3个菌株，随后将细菌固定在3种生物载体（膨胀石墨、膨胀珍珠岩和竹炭）上。研究发现 ODB-1通过胞外多糖与生物载体具有较强的结合作用，而 ODB-2和ODB-3则通过直接物理吸附作用与生物载体结合。在培养6 d后，柴油总去除率达85%以上。Deng et al.（2016）研究了用氢氧化钠和过氧化氢溶液处理过的花生壳粉吸附固定Mycobacterium gilvum CP13用于芘（PYR）生物修复，研究发现即使在50 mg·L−1的高 PYR浓度下，改性花生壳粉固定化细菌也能显著提高PYR的生物降解率。

包埋法主要是通过将目标微生物包埋在具有多孔结构载体的内部中或利用一些高分子有机物在形成凝胶状态时将微生物包埋在其内部进行固定化。其中，采用海藻酸钙固定化微生物是一种常用的包埋法，当海藻酸钠悬液与Ca2+接触时，两者之间发生离子性交联而形成高聚物的网架，其中60%的水和微生物细胞便被海藻酸钙凝胶所包围。Wang et al.（2019）使用海藻酸钙固定化土著菌和外源菌进行了三环（菲）和四环多环芳烃（荧蒽）的生物降解研究。并且研究发现，在沉积物浆态反应器中，固定化土著菌对三环和四环多环芳烃的去除率分别为63.16%和56.94%，均高于固定化外源菌的去除率。Ting et al.（2013）研究海藻酸钠固定化EM菌对金属的去除，结果发现固定化EM菌和未固定 EM 菌的海藻酸钠珠有相似的金属去除效果，这表明海藻酸钠是生物吸附剂中的核心基质。

交联法是通过物理或化学的方式，利用双功能或多功能试剂，使得微生物的细胞膜与载体表面基团发生反应而交联固定，通过共价键形成稳定的网状结构的一种方式。其中，最常用的交联剂是戊二醛，它很易与伯胺发生缩合反应形成Schiff碱（居乃琥，2011）409。郑建永等（2017）利用聚乙烯亚胺/戊二醛交联法固定化重组酯酶大肠杆菌 E.coli BL21细胞，结果发现，当底物浓度为300 mmol·L−1时，固定化细胞重复使用 15批次后，其相对酶活仍能保留在80%以上。但是，交联剂对于微生物的活性有着很大的损伤，且一般价格较高，因此在大多情况下与吸附法和包埋法结合使用。

1.2 固定化载体的选择

任何成功的固定化过程中载体材料都担任至关重要的角色，而合适的载体材料应具有良好的稳定性、生物相容性和不能干扰生物分子等特点（王里奥等，2004）。目前，有3种主要类型的固定载体材料：有机聚合物载体、无机载体和复合载体（Datta et al.，2013）。

有机聚合物载体可以分为天然高分子载体和合成有机高分子载体。天然高分子凝胶载体的特点是无毒，但是它们存在着机械强度较低、易降解、传质差、寿命短等缺点，例如海藻酸钠（Sarma et al.，2010）、琼脂、明胶、纤维素（Chandran et al.，2011）等；合成聚合物凝胶载体一般强度较高，但是会使微生物的活性受到限制，物质传递效果也较弱，例如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇（Liu et al.，2009）、壳聚糖（Jóźwiak et al.，2017）、聚氨酯泡沫等。Li et al.（2019）建立了一种高效、稳定的聚氨酯泡沫固定化细胞（Alcaligenes sp.DN25）体系去除氰化物。结果发现固定化细胞的表观速率常数（k）较高，这表明吸附和生物降解的协同作用显著提高了氰化物的去除率。王俊峰等（2014）将聚乙烯醇和海藻酸钠作为包埋剂对Acinetobacter sp.NG3进行包埋固定化研究，在最佳处理条件下对抗生素废水COD去除率达85%以上。

无机载体的种类较多，如沸石、陶瓷（Martín et al.，2000）、二氧化硅、玻璃（Castorena et al.，2008）、活性炭（Dash et al.，2008）、木炭等。无机载体具有利于物质输送的大孔结构、机械强度大、对微生物无毒性等特性，但是无机载体对游离菌的吸附能力有限，而且多孔玻璃、多孔陶瓷等需要经过高温烧结，存在能耗高、耗原料等缺点。其中，活性炭作为固定化载体能够吸附高浓度的底物，并逐渐释放出来供微生物降解，从而起到微生物缓冲作用。Ng et al.（2004）采用活性炭吸附固定微生物的颗粒去除硫化氢（H2S）。研究发现，固定化细菌对H2S的去除是物理和化学吸附以及生物降解的相互作用。Qiao et al.（2010）研究了竹基活性炭固定化Paracoccus sp.KT-5对吡啶的降解性能。结果发现，与自由悬浮细胞相比，固定化细胞对吡啶降解率效率显著提高。

复合载体是有机载体和无机载体的复合而成，它们在性能上得到互补，有助于改善载体适用性（Song et al.，2012）。活性炭纤维是继粉状活性炭和粒状活性炭（GAC）之后的第3种类型的活性炭，它与前两种相比，不仅具有单位质量的吸附容量大的特点，而且吸附和脱附速度都偏快（Ma et al.，2013）。有研究以海藻酸钙（CA）和活性炭纤维（ACF）为复合材料设计了一种新型的复合基质，用于固定Pseudomonas oleovorans DT4来降解四氢呋喃（THF）。结果发现用CA-ACF固定化细胞在填料床反应器中连续流处理含THF废水54 d后，THF的去除率达到90%，这是CA-ACF颗粒的吸附与生物降解协同作用的结果（Chen et al.，2013）。

1.3 生物炭作为微生物固定化载体的应用

生物炭具有理想固定化载体的许多特性，具有比表面积大、多孔结构、明显的生物和化学稳定性等特点（Manyà，2012），正逐渐成为一种有前途的微生物固定化的载体材料。从微生物的角度来看，生物炭的孔隙空间和孔表面性质是决定其物理栖息地质量的主要因素，尤其是孔隙的连通性，其决定了对微生物生命至关重要的含水、含营养溶液的可及性（Schnee et al.，2016）有大量的研究表明，生物炭相比于其他载体而言更加适宜微生物的生长，它可保持微生物的细胞活性，从而提高微生物的降解效率，同时生物炭比表面积越大，其固定化的微生物量越多（齐丹等，2016；Schwede et al.，2017；Huang et al.，2020a）。同时，生物炭可作为导电材料可以促进 DIET（微生物种间直接电子传递），从而提高甲烷生成率（Wang et al.，2018）和增强微生物在铁（0）存在下对硝酸盐的厌氧生物转化（Oh et al.，2016）。有其他研究发现，生物炭的比表面积越大，其微生物的活性不一定越强，在两种生物炭中接种真菌探究其对微生物定殖的潜在影响，相比木材生物炭，芒生物炭具有更大的孔隙和更高的连通性，但却发现木材生物炭中分离出的微生物数量更丰富，增殖速度快，其主要原因在于腐生真菌对木材生物炭有更强烈定殖作用，微生物对木材生物炭的偏好胜过芒生物炭（Schnee et al.，2016）。因此，在固定化微生物技术中，要根据微生物的偏好选择适宜的生物炭作为载体是十分重要的。

直接从生物质热解中获得的生物炭的表面官能团和孔隙率有限，所以在热处理过程中产生的生物炭通常经过改性以调节其性质。通过氧化、胺化、磺化和复合调整表面功能，丰富的官能团（如C=O、酚羟基、羧基和氨基）、金属纳米粒子和无机纳米结构都可以引入生物炭表面，来调节生物炭的表面功能性和孔隙率，以提高其最终应用的适用性（Liu et al.，2015；Xiao et al.，2018）。Li et al.（2017）利用吸附法固定化微生物，通过正交试验确定最佳固定化参数。研究发现，通过MgCl2改性的生物炭的比表面积远高于未改性的生物炭，羧基和羟基等官能团含量也增多，有利于微生物的快速固定化，提高载体与微生物的结合强度。

此外，人们越来越关注使用环保材料作为支持，而生物炭的低成本和简单的生产使其比其他固定化载体具有更大的优势（Pandey et al.，2020）。与此同时，生物炭固定化微生物材料可以反复多次使用，从而节省成本。生物炭固定化微生物技术适用于土壤修复（Zhang et al.，2019；刘玉玲等，2020；Sun et al.，2020；Wahla et al.，2020）、工业废水的处理、促进生物产气（Schwede et al.，2017；Wu et al.，2019；Yang et al.，2020）等，这是一项很有潜力的生物技术。

2 生物炭固定化微生物在去除水中污染物的应用

2.1 生物炭固定化微生物去除水中污染物的作用机制

废水中除了重金属、磷酸盐、无机氮等无机物，还存在持久性和难降解的有机化合物（Girijan et al.，2019）。近几年，有大量研究利用生物炭固定化微生物技术去除水中的污染物，如表 1。通过这些研究发现，生物炭固定化微生物去除水中污染物具有吸附和生物降解的协同作用。对于重金属等无机物，可能是生物炭的静电吸引、离子交换、物理吸附、表面络合或沉淀等作用，同时被微生物氧化或还原成更低毒性的价态、沉淀去除以及细胞内积累。对于有机污染物，可能是生物炭的静电相互作用、疏水效应、氢键和孔隙填充等吸附作用，同时通过生物降解，把有机污染物质作为微生物生命活动中的营养物质加以吸收利用，从而转化为无害或易于分离的物质。本文建立了两篇文献中生物炭固定化微生物对污染物去除机制的模型，污染物分别是无机物二价镉（Du et al.，2016）和有机物4-溴联苯醚（Huang et al.，2020a），见图1。

在表1中可以看出，很多研究采用了农业废弃物作为制备生物炭的原料，如Du et al.（2016）研究了玉米秸秆生物炭作为载体固定 4-溴联苯醚（BDE-3）降解菌Sphingomonas sp.DZ3的吸附能力及其协同效应，结果发现生物炭对菌株有保护作用并且提高了菌株对高浓度 BDE-3的耐受性，其对BDE-3的最大去除率为93%，而BDE-3的去除主要是生物炭的表面吸附（π-π相互作用）和微生物的吸收及降解。此外，在农业废弃物中木材和竹材是应用最广泛的。Lou et al.（2019）以壬基酚（NP）为目标污染物，选择具有不同理化性质的竹炭（BC）和木炭（WC）作为固定化载体，用来固定由沉积物富集培养出的降解菌（I-BC/I-WC）。研究发现，经过8轮长期重复使用后，I-BC对水中NP的累积去除率和降解率分别为93.95%和41.86%，显著高于I-WC（69.60%，22.78%）和游离细胞（64.79%，19.49%），这归因于 BC 的比表面积（247.33 m2·g−1）远大于WC（1.39 m2·g−1），同时 NP的去除是颗粒吸附和生物降解的双重作用。但值得注意的是，经过 8轮反复使用后，I-BC中剩余的 NP量仍占近50%，可能会回到环境中导致二次污染，因此后续的回收问题值得考虑。Zhang et al.（2016）利用细菌和木屑生物炭相结合来降解烷烃和多环芳烃。结果表明，去除的机理是主要是生物炭表面吸附、分配和隔离，还有由生物炭上细胞紧密地聚集形成的生物膜进行的生物降解。另外，有研究表明，与农业废弃物生物炭相比，藻类生物炭具有更高的阳离子交换容量和特定的官能团，有利于有机污染物和重金属的吸附（Amin et al.，2019）。Huang et al.（2020b）构建了一种微生物-藻生物炭复合材料，以由水华藻在700 ℃下制备的生物炭（DBC-700）为载体固定化P.mirabilis YC801。研究发现Cr（Ⅵ）的主要去除机理是生物炭吸附和微生物降解，生物炭表面的各种官能团参与了吸附过程，如羧基和酰胺。同时生物炭可以为细菌提供保护和定殖作用，并且刺激微生物活性，使得Cr（Ⅵ）在细菌表面生物还原并在过程中沉淀去除。

此外，也有许多研究将改性后的生物炭再作为载体来固定化微生物，而水中污染物的去除主要还是吸附-生物降解的协同作用，但是改性后的生物炭具有更高的比表面积和更多的官能团，从而提高了其吸附能力。Chen et al.（2016）研究采用改性竹炭固定化微生物处理含柴油废水，结果发现改性后的竹炭具有多孔结构、高比表面积、高孔隙率以及适合微生物初始快速定殖等优点。当处理96 h时，柴油的去除率可达90%，这是吸附和生物降解相结合的结果。Yu et al.（2019）采用碱预改性和镁后改性两种工艺制备改性核桃壳生物炭来固定Pseudomonas stutzeri XL-2，将其用于SBR中铵的降解。结果表明，改性生物炭固定化微生物对氨氮的去除具有良好的协同作用，其中改性生物炭释放出的Mg2+可以提高菌株XL-2的AMO活性，从而促进 NH4+-N的去除。虽然生物炭固定化技术在SBR中的处理性能优异且稳定，但其对操作条件和实际水样的影响应进行进一步的调查，并在水处理厂应用该技术来证实其适用性。

在最新的研究中，有一种具有创新性和应用前景的新方法，就是将纳米材料包覆在生物炭载体上，然后将纳米材料/生物炭复合材料作为载体固定微生物去除水中污染物。Teng et al.（2020）采用将纳米零价铁包覆在生物炭载体上（BC/nZVI），然后将 PVA-SA包含 BC/nZVI复合固定化溶磷细菌（PSB），制作成生物微珠去除水中的铅。其中，溶磷细菌（PSBs）通过形成不溶性的铅磷酸盐化合物，有效地提高铅的稳定性。此外，生物微珠是具有疏水和亲水基团的两亲性材料，可以通过静电吸引和离子交换来捕获Pb2+，羧基、羟基和酰基氨基是Pb2+结合的主要官能团。He et al.（2017）制备了Fe3O4/生物炭纳米复合材料负载光合细菌（PSB）来处理废水污染物（COD、NH4+和PO43−）。结果表明，Fe3O4/生物炭具有良好的吸附和光降解性能，PSB以高容量和高稳定性地固定在Fe3O4/生物炭上降解有机物、氨和磷酸盐，同时铁离子的存在可以刺激PSB的生长和代谢，PSB可以利用光作为额外的能源，通过光的磷酸化作用分解有机物，从而提高废水污染物的去除率。Zhuang et al.（2015）研究了Fe3O4纳米颗粒负载竹炭（Fe3O4/BC），并将其固定喹啉降解菌Streptomyces sp.N01。结果表明，竹炭作为菌的屏障增强了酶活性，同时Fe3O4纳米粒子提高了细胞的通透性，因此喹啉的降解效率明显提高。还有研究将磁性纳米粒子加入到固定化载体中，制备出一种固定细菌群落的磁性漂浮生物炭凝胶珠去除多环芳烃，研究表明凝胶珠可漂浮在水面上，还可以在外部磁场下分离并且回收，以免二次污染。凝胶珠上的含氧和氢的官能团对多环芳烃具有吸附亲和力，固定化混合细菌可以执行不同的降解途径，从而促进多环芳烃的生物降解（Qiao et al.，2020）。

2.2 生物炭固定化微生物对水中污染物去除的影响因素

许多研究发现，生物炭固定化微生物对水中污染物的去除效率很大程度上取决于环境因素，包括初始污染物浓度、pH、温度、接触时间等，这些因素可以通过抑制降解污染物的微生物生长或者改变生物炭的一些特性来影响去除过程，如表2。

表2 生物炭固定化微生物去除污染物的环境影响因素分析Table 2 Analysis of environmental influencing factors for the removal of pollutants by biochar immobilized microorganisms

一般来说，污染物的去除能力随着其初始浓度的增加而迅速提高。然而，当初始浓度超过一定限值时，细菌生长受到一定程度的抑制，导致生物吸附达到平稳状态；同时，对于污染物几乎没有多余的结合位点，而此时细菌细胞开始死亡，导致总生物吸附量和去除效率的降低，这些观察揭示了生物吸附是与细胞数量及其代谢活动密切相关（Huang et al.，2020a）。因此，合适的初始污染物浓度更有利于污染物的去除，过高的初始浓度可能会抑制微生物的去除污染物的能力。但是，生物炭对污染物的吸附可使其在短时间内降低，同时降低了游离氨对微生物的毒性作用，提高了微生物的代谢活性（Yu et al.，2019）。因此，与游离的微生物相比，生物炭固定化微生物在不同初始污染物浓度下都表现出更强的去除效果（Chen et al.，2016）。Liu et al.（2012）研究发现低初始硝酸盐浓度有利于硝酸盐的去除，随着硝酸盐初始浓度从100 mg·L−1增加到300 mg·L−1，固定化细胞的反硝化作用从99.2%下降到30.6%。

pH可影响微生物代谢过程，如生长和细胞膜运输（Lin et al.，2010）以及溶液电离的可能性，显著影响污染物的化学形态和生物炭固定化制备的颗粒的表面活性位点（Teng et al.，2020）。更重要的是，pH会改变生物炭的表面官能团（主要是含氧基团）的行为，比如在低pH下，生物炭上的大多数官能团被质子化并以正电荷形式存在，对于pH

温度对污染物去除的影响与微生物的代谢有关，微生物都有最适宜的生长代谢温度，较高的温度对微生物的活性有负面影响，会导致细胞微生物活性的降低，这是由于氧溶解度的降低（Lin et al.，2010）。同时，有许多研究对生物炭吸附污染物的过程进行了热力学参数得计算，依据 ΔG°<0和ΔH°>0的结果证明生物炭吸附是一个自发和吸热的过程，并且吸附容量随着温度的升高而增加（Du et al.，2016；Youngwilai et al.，2020）。在 Liu et al.（2012）研究中，反硝化效率最高出现在温度为35 ℃时，当温度从20 ℃上升到35 ℃时，固定化细胞的脱氮效率从67.5%增加到99.5%；而当温度达到 40 ℃时，使用固定化细胞的反硝化效率略微下降到90.3%。温度对于有些污染物的去除影响并不是很显著，但也有随温度升高而升高的趋势（Teng et al.，2020）。而在纳米材料的应用中发现与生物炭固定化细胞相比，Fe3O4/生物炭的复合材料固定化细胞能够耐受更高的温度（>35 ℃），当温度达到45 ℃时，Fe3O4/BC固定化细胞对喹啉的去除率下降至93.5%，但仍高于BC固定化细胞的82.4%（Zhuang et al.，2015）。

大部分的研究表明，随着时间的延长，生物炭固定化微生物对污染物的去除率都会趋于平衡（Chen et al.，2016；唐美珍等，2017）。固定化微生物的吸附过程主要在于生物炭的吸附，可分为吸附极快阶段、快阶段和慢阶段。在吸附初期，固定化微生物对Pb2+的吸附速率较快，但随时间的延长逐渐达到平衡，在120 min后基本达到平衡状态，固定化微生物的吸附位点趋于饱和（张杰等，2019）。Huang et al.（2020b）研究在不同培养时间下，对铬(Ⅵ)生物还原性能的影响。结果发现经过42小时的培养后，生物炭固定化微生物就已经实现了100%的还原效率，其中84.8%的总铬被固定在颗粒中/颗粒上，而只有 15.2%的铬(Ⅲ)留在溶液中。但是在有的研究发现，生物吸附过程会出现复杂的时间依赖性，随着时间的推移，生物吸附过程会发生变化，其复杂性很高。例如在Huang et al.（2020a）研究发现，总的生物吸附能力随着时间的推移而增加，但是途中会有两次强烈的增加直至平衡，这是因为在初始阶段，一些金属离子迅速附着在固定或悬浮的细胞表面，而主动转运进入细胞需要时间，可能会导致平衡延迟。

利用生物炭固定化微生物技术制备出生物颗粒，其使用的剂量对污染物去除效率有显著影响。一般来说，污染物的去除率会随着使用剂量的增加而提高，因为活性位点总量的随着使用剂量的增加而增多（Tan et al.，2015）。在使用不同剂量（1.0、1.5、2.0 g）情况下，更高的剂量产生更高的去除效率（Youngwilai et al.，2020）。同样，在Teng et al.（2020）研究结果表明，Pb2+去除率随着剂量的增加而增加，当投加量为5%（50 mL培养基中含2.5 g生物珠）时，Pb2+去除率就已经达到80%以上，而为了考虑经济成本，控制生物珠的用量在5%。

除了以上的环境因素，还有使用不同的生物炭粒径、不同生物炭的种类、固定时生物炭和菌的不同比例等影响因素，而大部分研究对这些因素探讨的比较少，并且污染物去除的影响效果会根据不同的实验有所不同，同时考虑操作时的其他各种因素选择不同，因此具体的结果得具体实验去探究。

3 结论与展望

生物炭被认为是一种很有前途的微生物固定化载体材料，生物炭固定化微生物具有吸附和生物降解的双重功能，能大大提高水环境中污染物的效率；而去除污染物的具体机理还需更深一步研究，同时确定生物炭固定化微生物系统中污染物的吸附量和降解量以及解吸量，弄清污染物的分布于去向是十分必要的。另外，生物炭固定化微生物技术在实验室中得到了广泛研究，并逐渐应用于废水处理中，但实际应用中还存在一些问题：

（1）大部分实验都为短期实验，对于长期试验特别少，因此固定化微生物长期应用于实际废水中的处理效果无法估计。

（2）实验室固定化微生物技术应用研究只针对去除特定污染物，而在废水处理中污染物成分复杂，通常为复合污染物。

（3）对于不同污染物去除的生物炭种类和固定化的微生物种类也不同，需要寻找最佳的生物炭和高效的菌种或混合微生物（包括藻类），同时开发新型复合载体。

（4）目前固定化的方法多种多样，根据废水的实际情况选择合理经济的固定化方法或复合固定化方法，同时还需不断地改善和寻找高效的、易产业化的固定化方法。

（5）生物炭固定化微生物去除污染物主要在于生物炭的吸附，若不能回收处理，易造成二次污染，特别是重金属、类金属和多环芳烃等有害物质。

尽管生物炭固定化微生物技术去除水中污染物的研究越来越多，但仍存在许多研究空白和不确定性，因此在未来还需要更多更深入的调查与研究。