光能自養(yǎng)生物膜通常在陸生或水生環(huán)境中的一些固體表面上附著生長(zhǎng), 包括藍(lán)細(xì)菌 、綠藻 、硅藻等在內(nèi)的主要微生物及非生物物質(zhì)鑲嵌在微生物分泌的有機(jī)聚合物基質(zhì)上, 形成了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。在光密度為 1 000 μmol光子 /(m2· s)條件下, 單位面積光能自養(yǎng)生物膜的氧氣產(chǎn)生率為同等條件下異養(yǎng)生物膜的兩倍之多。因此 , 光能自養(yǎng)微生物產(chǎn)生的氧氣可以滿足相當(dāng)部分細(xì)菌硝化和去除有機(jī)碳源時(shí)對(duì)氧的需求。在應(yīng)用光能自養(yǎng)生物膜進(jìn)行脫氮處理時(shí), 除部分氨氮和硝態(tài)氮分別通過(guò)硝化和反硝化作用被去除外 ,其他氮的化合物將貯存在生物膜內(nèi),與傳統(tǒng)脫氮工藝相比 ,光能自養(yǎng)生物膜的脫氮更為徹底
。光能自養(yǎng)生物膜以光能為能源、CO2 為碳源 ,故特別適用于低有機(jī)碳源條件下的脫氮處理 。
影響光能自養(yǎng)生物膜形成和生長(zhǎng)的因素包括光照 、基質(zhì)類(lèi)型 、微生物的種類(lèi)和數(shù)量、營(yíng)養(yǎng)水平 、水溫及水體環(huán)境等。該技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)低能耗處理的目標(biāo)取決于光能自養(yǎng)生物膜對(duì)光能的利用效率 。由于光子無(wú)法與水和生物相混合 ,光能在應(yīng)用于水處理時(shí)與其他常規(guī)能源有所不同 。為了突破制約菌藻生物處理技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐時(shí)的土地及能耗瓶頸 ,需深入研究光照條件對(duì)光能自養(yǎng)生物膜生長(zhǎng)的影響。
在初始沉降吸附階段 ,生物膜先后經(jīng)歷了快速形成有機(jī)分子膜 、聚結(jié)的細(xì)胞松散附著其上、聚居的細(xì)菌牢固地附著等步驟 ;所形成的微生物群落產(chǎn)生胞外聚合物并不斷增長(zhǎng),直至生物膜成熟。在適宜的光照和水流流速下 , 生物膜上的微生物處于對(duì)數(shù)增殖狀態(tài) ,生物膜厚度、質(zhì)量不斷增加。當(dāng)生物膜垂向成層結(jié)構(gòu)形成并達(dá)一定厚度時(shí), 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧氣向生物膜深層的輸送減緩, 形成濃度梯度 。
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