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生物还原法处理含铬废水是将Cr(Ⅵ)还原为毒性极低且很稳定的Cr(Ⅲ)，从而脱除了废水中的Cr(Ⅵ)。该方法具有处理方法简单适用、过程易于控制、成本低、无二次污染等优点，其研究引起了广泛关注并得到了较快的发展。为克服目前的针对大量碱性含Cr(Ⅵ)废水的报道较少，并且已知菌株的Cr(Ⅵ)还原速率普遍较低等缺点，本论文从高效碱性Cr(Ⅵ)还原菌的筛选、强化固定化细胞Cr(Ⅵ)还原活性、对细胞内铬还原酶进行定位等方面入手，开展了生物还原法治理碱性含Cr(Ⅵ)废水的基础研究。通过系统实验研究和分析探讨，本文的主要结论如下：
(1)从铬盐厂污泥中筛选出一株高效的、具有独立知识产权的碱性Cr(Ⅵ)还原菌pannonibacter phragmitetus LSSE-09。在碱性环境下，该菌的生长和静息菌体能在有氧、无氧条件下，快速地将剧毒的Cr(Ⅵ)还原为毒性极低且很稳定的Cr(Ⅲ)，最佳还原pH值为9.0。
LSSE-09的生长菌体能耐受的Cr(Ⅵ)浓度高达1000mg/L。LSSE-09生长菌体能分别在9h和24h完全还原100和1000mg/LCr(Ⅵ)。无外加电子供体时，静息菌体无氧培养120min即可将350mg/LCr(Ⅵ)全部还原，还原速率为1.46mg/g(干菌重)/min，有氧还原速率却只有0.21mg/g/min。乳酸钠、醋酸钠、丙酮酸钠、甲酸钠、柠檬酸钠和葡萄糖作为外加电子供体能极大提高LSSE-09的Cr(Ⅵ)还原速率。醋酸钠对LSSE-09的还原性能强化作用最为明显，3000mg/L的醋酸钠能使无氧、有氧的还原速率分别提高至9.47mg/g/min和4.42mg/g/min，分别比不加电子供体时提高了5倍和20倍，并且还原速率明显高于现有报道。共存离子实验表明，Cl-对还原速率无明显影响，但是NO3-和SO42-会降低LSSE-09的Cr(Ⅵ)还原速率。SO42-影响最大，浓度为1000mg/L时有、无氧还原速率分别降至空白样品的83.7%和78.8%。此外，LSSE-09具备优良的重复使用性能，重复使用6次后，有氧、无氧的还原活性分别保持了69%和70%。LSSE-09作为一株高效的Cr(Ⅵ)还原菌，极大地提高了生物还原法在碱性含Cr(Ⅵ)废水治理方面的应用前景。
(2)实验研究了P．phragmitetus LSSE-09的Cr(Ⅵ)还原机理，通过进行细胞各部分提取物的Cr(Ⅵ)还原性能测试来确定该细菌Cr(Ⅵ)还原酶的类型。
无论是有氧还是无氧条件，细胞提取物(S12)的最佳Cr(Ⅵ)还原pH值均为7.0，而生长菌体及静息菌体的最佳Cr(Ⅵ)还原pH值均为9.0。说明同大多数耐碱菌一样，LSSE-09能在碱性环境下通过pH动态平衡系统维持细胞质的中性环境，以保持细胞最佳的生存条件。外加电子供体包括NADH、葡萄糖、醋酸盐、柠檬酸盐、丙酮酸盐和乳酸盐，均能明显提高S12的酶活。NADH对S12的酶活强化作用最为明显，其有氧、无氧的酶活分别是不加电子供体时的3.5倍和3.4倍。Na+，Mg2+和Ca2+对酶活并无明显影响，然而Mn2+，Cd2+，Fe3+和Hg2+却在不同程度上产生了负面作用。Hg2+的抑制作用最大，能使有氧、无氧的相对酶活分别降低59%和45%。然而，Cu2+能起到强化Cr(Ⅵ)还原酶活性的作用，使有氧、无氧的相对酶活分别提高了29%和33%。
LSSE-09的Cr(Ⅵ)还原酶是存在于细胞质内的可溶蛋白，与外层膜周质空间内的可溶蛋白及细胞膜蛋白无关。初步推断P．phragmitetus LSSE-09的Cr(Ⅵ)还原机理为：Cr(Ⅵ)以CrO42-的形式进入细胞质内，在电子供体的协助下，被细胞质内可溶的Cr(Ⅵ)还原酶还原为Cr(Ⅲ)，随后细胞将大部分Cr(Ⅲ)排出体外，维持了细胞自身的活性。
(3)为提高包埋固定化细菌的还原活性，采用界面交联法制备出直径3mm，壁厚0.1mm的海藻酸钙空心微囊包埋固定化LSSE-09。
综合考虑还原速率，物理性能和对上清液中Cr(Ⅲ)的脱除性能，确定最佳制备条件为：CMC20g/L，SA5g/L，CaCl20.10mmol/L，交联时间30min。微囊固定化解决了包埋法活性低的问题，微囊的还原速率为4.20mg/g/min，为相同条件下游离菌体的69.0%，高于传统实心微球包埋法。该微囊还能脱除63.7%的Cr(Ⅲ)有机络合物，极大地降低了上清液中的Cr(Ⅲ)含量。同时该微囊还具备较好的储存性能和循环使用性能，经过35天储存，相对活性依然高达储存前的85.7%，且循环使用8次后活性仅损失了22.7%。
(4)结合磁分离和细胞固定化的优势，首次开发了一种简单有效的碱性细菌磁固定化技术。
PEI修饰的Fe3O4超顺磁性纳米颗粒能够单分散在水中，长期静置不会发生沉降。颗粒平均直径约为15nm，且具备超顺磁性，比饱和磁化强度为62.3emu/g，等电点pI≈11.5。pH9.0时，该纳米颗粒通过静电吸附固定在细菌P.phragmitetus LSSE-09的表面，使磁固定化的细菌具备超顺磁性，比饱和磁化强度为16.3emu/g，在外加磁场下分离迅速、方便。磁固定化细菌的还原活性与游离菌体相同，并且可以多次重复使用。此方法不仅首次解决了碱性Cr(Ⅵ)还原菌的磁固定化问题，而且对于所有在碱性环境发挥功能的细菌磁固定化具有借鉴意义。