生物膜技术在生产生活中的应用

生物膜技术在生产生活中的应用

摘要：生物膜是当前分子生物学、细胞生物学等学科中一个十分活跃的研究领域。关于生物膜的结构，生物膜与能量转换、物质运送、信息传递，以及生物膜与疾病等方面的研究及用合成化学的方法制备简单模拟膜和聚合生物膜等方面不断取得新进展。此外，人们也正在研究将生物膜应用于医疗诊断，海水淡化、污水处理等领域以解决人们在生产生活遇到的现实问题。

Summary：Biofilm is the current molecular biology, cell biology and other disciplines in a very active area of research.On biofilm structure, biofilms and energy conversion, material transport, messaging, and other aspects of biofilms and disease research and prepared using synthetic chemistry and polymer membrane biofilm simple simulation in areas such as new progress. In addition, it is also used in medical diagnostic research will biofilms, desalination, sewage treatment and other areas to address the people in the production of practical problems encountered in life.

关键词：生物膜生物膜技术污水处理海水淡化

Keyword：Biofilm Biofilm technology Wastewater treatment Seawater desalination

生物膜的化学成分主要有脂类、蛋白质和糖类，此外还含水、无机盐和少量的金属离子。膜中脂类和蛋白质构成了膜的主体。被描述成镶嵌有蛋白质和糖类（统称糖蛋白）的磷脂双分子层，起着划分和分隔细胞和细胞器作用。生物膜也是与许多能量转化和细胞内通讯有关的重要部位，同时，生物膜上还有大量的酶结合位点。不同的生物膜有不同的功能。构成生物膜的磷脂双分子层，一端是亲水端，一端是疏水端。细胞膜的作用是把细胞内容物和细胞的周围环境分割开来。它使细胞能够既独立于环境而存在，又能通过生物膜与周围环境进行有选择的物质交换而维持生命活动。细胞要维持正常的生命活动，不仅细胞的内容物不能流失，且其化学组成必须保持相对稳定，这就需要在细胞和它的环境之间有某种特殊的屏障存在。因此生物膜是一个具有特殊结构和功能的选择性通透膜，它的主要功能可归纳为：能量转换、物质运送、信息识别与传递。

一、生物膜在污水处理中的应用

生物膜法是土壤自净和河床净化过程的人工模拟和强化。生物膜通常为微生物、原生动物、后生动物集群生长、繁育的膜状生物性污泥。与活性污泥法相比,耐冲击负荷、耐毒性、耐泡沫影响且无污泥膨胀问题,是生物膜法的普遍性优点。

1、多功能人工水草生物膜处理黑臭河水研究

随着工业的发展，工业超标排污造成大量的生活用水被污染，河道黑臭。因此，处理污水成为人们急需解决的问题，城市河道黑臭主要是过量纳污导致水体供氧和耗氧失衡的结果，水体缺氧乃至厌氧条件下污染物转化并产生氨氮、硫化氢、挥发性有机酸等臭恶臭物质以及铁、锰硫化物等黑色物质[1]。近年来，微生物被广泛用于黑臭河道的治理，通过选育和培养高效的微生物菌剂，能有效降解

COD、N 和P，消除黑臭，提高溶解氧水平[2-3]。但对于成分复杂的废水，单一功能的微生物难于治理多种污染物[4]。以人工水草作为生物膜载体，结合光合细菌球形红细菌、枯草杆菌和氧化硫硫杆菌组合构建多功能人工水草生物膜系统，多功能人工水草生物膜对工业河黑臭河水具有较好的净化效果，系统克服了单一功能微生物难于处理多种污染物的缺陷，能有效地处理成分复杂的黑臭河水。

2、还原水解－生物膜工艺处理印染废水中试研究。

研究人员提出“还原水解－生物膜”处理工艺[5]，效果稳定、各处理单元布置合理，能够适应在各种生产阶段变化情况下的该厂废水的处理，处理后出水能达到并低于纺织染整工业水污染物排放的一级标准[6]，显示了联合工艺优良的适应性。利用生物膜法处理剩余污泥产量少，处理效率高，具有很好的推广应用价值。

3、两级移动床生物膜工艺处理洗浴废水并回用

采用了两级移动床生物膜工艺处理洗浴废水并回用于冲厕[7]。该工艺具有运行效果稳定、剩余污泥量小、自动化程度高、维护管理简便、运行费用低等特点, 并采用自主研发的曝气系统, 既能满足曝气要求又不会产生洗浴废水起泡问题。此工程采用两级移动床生物膜反应器工艺洗浴废水的显著特点是污染程度较轻, 所含有机污染物主要为人体分泌物、洗涤剂等,该工艺的核心处理单元为两级移动床生物膜反应器即生物移动床该反应器模拟了大自然生态系统中水体的自净功能。经过一年多的水质定期检测结果表明, 该工艺处理效果良好。系统出水水质满足城市污水再生利用城市杂用水水质标准。采用该工艺处理洗浴废水, 具有较强的耐冲击负荷能力, 二级生物膜处理系统对稳定出水水质起决定性作用, 出水各项指标优于回用标准, 并且处理过程中无需投加药剂, 采用紫外线消毒, 具有更高的环保性。采用生物膜工艺处理废水, 剩余污泥量少, 无需进行污泥回流, 维护管理简单。具有很高的推广价值。

二、生物膜在海水淡化中的应用

随着全球性淡水供求矛盾的日趋紧张和人口的暴增, 要求海水淡化技术应进一步完善。海水淡化技术中膜法有电渗析、反渗透。反渗透膜海水淡化技术[8]在我国已经被广泛应用。

大连石化公司采用反渗透膜法海水淡化工艺为生产装置提供淡水资源, 其用水取自炼化装置冷却换热后的海水, 不额外增加海水的取用量, 降低了成本。该工艺的流程装置节能、节水, 其产品水质量达到甚至超过了中压锅炉补给水的要求。大连石化公司通过膜法海水淡化工艺的应用和实践, 不仅解决了自身发展用水的制约问题, 同时在国内工业水处理技术领域起到了领先和示范作用, 在合理利用自然资源、节约淡水以及保护环境方面取得了良好的社会效益。

三、有机废气的生物膜处理技术

化工厂和石油化工厂在生产过程中排放各种有机废气, 其中含有醋、醇、醚、酚、睛、酸、芳烃及杂环化合物等有机污染物, 对人体及环境危害很大。常规的