黄艳秋
广西天泰创新科技开发有限公司，广西 贺州 542800
摘要：本文重点对膜生物膜在水污染控制及资源回收中的应用进行了分析探讨，详细阐述了目前使用频率较高的膜生物膜技术，希望对水污染治理有所帮助，从而提高水环境质量，减少资源浪费，为大众构建安全的用水环境。
关键词：膜生物膜；水污染控制；资源回收；
膜生物膜法是近几年随着技术发展被应用到水污染治理工作中的新型技术，是利用微生物菌群的作用，实现内部污染物的降解处理，进而降低有害物质含量，提高资源利用率。
1生物膜
生物膜是有组织的细菌群体，是附着于物体表面被细菌胞外大分子包裹的有组织的细菌群体。特征为抗性强，能够抵抗宿主免疫防御机制；含有的生物大分子种类较多，如多糖、蛋白质、DNA、RNA、磷脂等；动态构成过程，需要经过一段时间的组合生成。如起始粘附、发展和后期扩散等。
2膜生物膜去除污染物的微观机制
2.1氢自养微生物降解污染物
1）无机阴离子
在膜生物膜技术下，可通过无泡曝气方式为纤维膜表面供应氢自养微生物，将一氧化氮、氯酸根等无机阴离子实施降解处理，整个过程中各类无机阴离子会在氢自养微生物的还原酶作用下被降解成氮、氧、氯，实现有毒物质向无毒低价态物质的转化。氢自养微生物是一种依靠碳反应的细菌组织。在膜生物膜技术下，纤维膜表面的微生物为氢自养微生物生存提供了二氧化碳，在纤维膜表面污染降解中，加强脱氮效果，调节污水酸碱值。
2）重金属
膜生物膜技术应用中，微生物中的硫酸盐转运酶可将水体中的CRO42进行转运，再使用还原酶，将其中含有的CR从五价转化成三价，降低毒性，同时生成的氢氧化物会经沉淀过滤排除。如使用氢基质MBFR实施CRO42还原，进水在每升1毫克时，CR还原率可达到84%以上。如果氮浓度降低，还原率也会随之降低。
SEO42也可以利用上述方式完成还原处理，最终得到硒单质。之后利用胞吐或囊泡将其从胞内转移到胞外。同样利用MBFR实施硒酸盐和硝酸盐降解处理，降解率达95%以上。砷的存在形态以五价和三价为主，三价毒性明显高于五价，不过三价砷的沉淀效果较强，所以一般会将五价砷转化成三价砷实行沉淀。
3）氯代有机物
膜生物膜可使用氢气将氯代烯烃实行脱氯处理，并将其转化成乙烯，消除毒性。目前在脱氯操作中较常看到的微生物以绿湾菌门、变形菌门和厚壁菌门为主，不过多数情况下只是将四氯乙烯或三氯乙烯转化成二氯乙烯，还无法完全降解成乙烯，后在脱氯处理中加入产乙烯脱卤拟球菌属，达到完全降解目的。
在氯代有机物降解研究中，膜生物膜除降解氯代烃外，对于氯硝基苯、抗生素等污染物也有较好功效。研究表明利用MBFR进行氯四环素降解，可生成差向金霉素、脱水金霉素和差向脱水金霉素，当水力停留在2.5小时时，降解速率达到8成以上。
2.2甲烷基质膜生物膜降解污染物
甲烷能够降低二氧化碳排放量。研究表明，甲烷可直接应用到碳源、电子供体中，用以降解硝氮、高氯酸盐、硒酸盐、锑酸盐等氧化污染物。
1）甲烷氧化耦合反硝化
按照体系内氧气浓度划分，可将甲烷氧化耦合反硝化分为好氧和厌氧两种，前者的代谢途径有两种，最初是以甲烷氧化菌和反硝化菌的逐层作用，完成甲烷降解，并将其还原成硝氮。后直接利用甲基单胞菌在氧气受限条件下开展甲烷氧化耦合反硝化作业，完成甲烷降解还原。后者是利用逆向激活甲烷的方式，完成硫酸盐还原处理。其中菌群间的传递采用的是直接或间接两种形式，直接途径是利用细胞结构变化完成传递，间接途径则是依靠逆向产甲烷和内微氧实现传递。
2）甲烷氧化耦合铁、锰还原
铁锰厌氧甲烷氧化是以甲烷作为电子供体，将其中含有的Fe3+、Mn4+转化成Fe2+和Mn2+的过程。在实际作业中，将铁锰元素放入到厌氧甲烷氧化古菌培养物中，应用基因组学和荧光原位杂交技术，完成Fe3+、Mn4+的还原，且加入适量的柠檬酸铁，加快氧化速度，及时将部分污染物降解剔除。
3）其他含氧阴离子
其他含氧阴离子包括高氯酸盐、铬酸盐、硒酸盐等，这些含氧阴离子均可作为甲烷氧化的电子受体。据研究可知，在以甲烷为电子供体时，对铬酸盐作还原处理，可将铬从六价还原到三价，还原率在95%以上。而在硒酸盐还原处理中，如果负荷值在每升1毫克，还原率可达100%；高氯酸盐下，可将CIO4-还原到检测标准之下。
2.3 MABR同步除碳脱氮
MABR生物膜受到传质异向的影响会生成好氧和缺氧的微环境，前者因BOD浓度较低，为硝化细菌生成提供便利，后者因为BOD浓度较低，适合反硝化细菌生长。两者的相互作用实现了同步硝化和反硝化或厌氧氨氧化处理，将亚硝酸盐转化成氮气，快速排出。MABR的稳定性和传递速率较高，可剔除新型水污染物。不过如果生物膜内存在原生生物，在好氧区会快速繁殖，抢占生物膜中微生物种群的位置，导致生物膜脱落，影响还原反应发生。
此外，在MABR同步除碳脱氮过程中，膜生物膜还会产生除磷反应，其中的聚磷菌会将含有的过量磷元素转化成聚合林，产生高磷污泥，之后在适当阶段直接将其沉淀排除。再者，反硝化聚磷菌会借助降解厌氧操作，将磷元素转化成无机磷酸盐，溶解后直接剔除。
3基于膜生物膜的资源回收
3.1中间代谢产物
膜生物膜降解污染物时，会产生一些碳源和储能物质，如聚羟基脂肪酸酯、粗蛋白等，其中聚羟基脂肪酸酯属于多细菌混合而成的胞内聚酯，具有生物可降解性、光学活性、压电性等特征，在可生物降解的包装材料、缓释材料、电学材料等方面有广阔的应用前景。而粗蛋白等其他类碳源和储能物质，在资源回收上还有待研究，以期实现污水资源的合理利用。
3.2金属产物
1）纳米钯
在水污染回收处理中，提高钯的回收利用率，不仅可降低处理成本，还能够减轻污染。在现有研究中，MBfR可实现废水中钯的有效还原，还原率达到99%以上。产生的纳米钯产物还可对硝氮加以处理，加大硝氮降解速率，减少铵盐产量。在完成催化还原污染物之后，纳米钯和微生物可以通过离心或热解的方式分离，完成钯单质的回收。除了钯，TeO32-也会被膜生物膜还原为纳米Te0，其还原过程与钯相似。
2）纳米硒
纳米硒因具有较好的光学性和细胞保护功能，在工业生产中得到广泛应用。纳米硒是利用膜生物膜技术对SeO42-予以还原得来的，SeO42-在微生物胞内可被Ser、Srd、Sef等多种还原酶还原至Se0，之后经过胞吐或囊泡排出胞外；微生物形成的单质纳米硒具有粒径均匀、成本低廉等优点，极具回收价值，但如何将单质硒从生物膜中分离出来还有待研究。
3）Sb2O3微晶
Sb2O3微晶在玻璃脱色、陶瓷遮光等方面广泛应用，但制作工艺复杂，成本较高。可利用膜生物膜实施污水中锑酸盐还原处理，生成稳定性较好的Sb2O3微晶，这样既可实现污水治理，又能够降低制作成本。
4结语
希望本文论述对专业人员有所帮助，加大膜生物膜法应用率，根据实际科学选择各类膜生物膜法，从而完善水污染治理及资源回收，减少不必要损失的形成。
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