综述：新型固定化材料与微生物共生在膜生物反应器（MBR）中协同效应的应用：综述

《Journal of Water Process Engineering》：Application of synergistic effects from novel immobilized materials and microbial symbiosis in MBRs: A review

本文综述了微生物共生系统与新型固定化材料在膜生物反应器中的应用，探讨其协同作用机制及膜污染控制效果，指出研究空白为系统复杂性、材料稳定性和长期运行优化。

　　

雷琴|李浩瑞|顾秀|张光远|纪天华|张玉轩|刘瑞志|闫学楠|张文|王慧荣|谭英玉

中国环境科学研究院生态环境部河口与海岸环境重点实验室，北京，100012，中国

摘要

微生物固定化材料，包括活性炭、聚丙烯纤维球和海藻酸钙，已通过吸附和包封等方法被广泛研究和评估，用于固定微生物，并被证明可以增强微生物活性并延长膜组件的使用寿命。本综述概述了用于进一步提高废水处理效率和减轻膜污染的微生物共生系统和新颖固定化策略。首先介绍了微生物共生系统在废水处理中的应用，讨论了不同微生物之间的种间共生机制。随后详细介绍了新型微生物固定化材料，特别强调了开发的有机-无机复合“核壳”结构材料。最后，分别讨论了微生物共生系统和新型固定化材料减轻膜生物反应器中膜污染的机制。总体而言，本文探讨了利用微生物共生系统和新型固定化材料协同控制膜污染的潜力，并指出了几个研究空白，为未来的应用提供了指导。

缩写说明

藻类-活性污泥厌氧膜生物反应器化学需氧量溶解氧胞外聚合物嗜盐好氧颗粒污泥松散结合的胞外聚合物甲基叔丁基丁基醚膜生物反应器多环芳烃聚乙烯蛋白质多糖光合细菌聚砜聚丙烯聚乙烯醇聚偏二氟乙烯

AS	活性污泥
AAS
AnMBRs
COD
DO
EPS
HAGS
LB-EPS
MTBE
MBRs
PAHs
PE
PN
PS
PSB
PSF
PP
PVA
PVDF

微生物共生系统提高废水处理效果

如图1所示，微生物共生系统通过不同微生物之间的物质交换显著提高了废水处理效率[12,13]。表1进行了全面比较，显示了与单独培养系统相比，共生系统在处理含氮废水、含染料废水以及含有难降解污染物的废水方面的处理效果更为显著。

利用复合材料增强生物活性

传统的微生物固定化材料，如生物炭、聚丙烯纤维和海藻酸钠，通过吸附和包封方式固定微生物[28,29]。然而，这些方法存在明显缺点。使用海藻酸钠和聚乙烯醇等凝胶材料进行微生物包封会导致传质阻力增加，从而降低污染物去除速率。此外，凝胶材料还有分解并释放

减轻膜污染的机制

膜污染主要是由于凝胶层的形成和膜孔堵塞造成的，这是缩短膜组件使用寿命和增加MBR运行成本的主要因素[59,60]。表3和表4详细比较了微生物共生系统和固定化材料在减轻膜污染方面的能力。图3表明，微生物共生系统和固定化材料通过不同机制减轻膜污染。

未来展望

微生物之间的种间共生关系及其对微生物活性的增强作用非常复杂。因此，在实际应用中，微生物共生-固定化MBR仍存在一些亟待解决的问题。

• a)
  微生物共生系统由具有不同生命周期的多种微生物组成，这些微生物之间的相互作用非常复杂。操作条件、外部环境等

结论

本研究对微生物共生系统及其在新颖微生物固定化材料在MBR中的应用和相互作用机制进行了全面回顾。所研究的微生物联合体包括藻类-细菌、真菌-微藻和真菌-细菌系统。固定化材料包括铁-碳、镁-碳以及具有多种结构的微球。综述评估了微生物的种间共生机制及其对微生物活性的增强作用

CRediT作者贡献声明

雷琴：撰写——审稿与编辑、项目管理、方法学。李浩瑞：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化。顾秀：实验研究。张光远：软件开发、概念设计。纪天华：资源获取、数据管理。张玉轩：资源获取、数据管理。刘瑞志：撰写——审稿与编辑、软件使用。闫学楠：撰写——初稿撰写。张文：方法学、概念设计。王慧荣：撰写——初稿撰写、数据管理。谭英玉：

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了浙江省重点研发计划（项目编号：2024C03234）、浙江省自然科学基金（项目编号：LTGS24D060001和LTGS23B070001）、国家自然科学基金（项目编号：22278373和42507541）、浙江省三农九方科技合作项目（项目编号：2024SNJF052）以及生态环境部河口与海岸环境重点实验室开放研究基金的支持。