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为解决部分反硝化（PD）絮状污泥易膨胀流失问题，研究人员以气液分离膜为载体开展相关研究。结果显示 3 天内便形成致密生物膜，且 PD 性能稳定。该研究为废水处理中生物膜快速形成及 PD 稳定运行提供新方法。
在污水处理领域，部分反硝化（PD）对于稳定供应亚硝酸盐（NO2?）作为厌氧氨氧化（Anammox）的电子受体至关重要。PD 与 Anammox 的耦合能实现更高的总氮去除率，因此备受关注。然而，传统的 PD 絮状污泥存在易膨胀和污泥流失的问题，这会导致处理系统性能下降。同时，生物膜虽能解决污泥流失问题，但微生物附着时间长。在此背景下，探寻加速生物膜形成的新方法迫在眉睫。
为解决这些难题，来自国内的研究人员开展了相关研究。他们将疏水性中空纤维气液分离膜置于反硝化序批式反应器（SBR）中，探索气液分离操作对生物膜形成的影响。研究成果具有重要意义，为废水处理中生物膜的快速形成和 PD 的稳定运行提供了新途径，该研究成果发表在《Bioresource Technology》上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：构建以气液分离膜为载体的生物膜反应器，通过扫描电子显微镜（SEM）观察生物膜形态，利用共聚焦激光显微镜分析胞外聚合物（EPS）成分，检测信号分子的种类和浓度变化，以及测定微生物群落和关键酶（亚硝酸还原酶，Nir）活性等。
实验装置
研究人员构建了以气液分离膜为载体的生物膜反应器，采用的聚丙烯（PP）中空纤维膜购自杭州新会膜技术有限公司，其具有疏水性，接触角达 113°。膜的内腔侧连接真空泵和流量计，在 0.05MPa 负压下，只有溶解气体能够通过。
生物膜形成与表征
在负压条件下，污泥迅速在膜表面聚集。不过，前 2 天污泥聚集体不稳定，经水力冲洗易从膜表面剥离。水力冲洗后膜表面的 SEM 图像显示，膜孔逐渐减小并被覆盖。
EPS 在生物膜形成过程中的作用
研究证实，气液分离操作可加速生物膜形成，促进污泥聚集。微生物仅用 3 天就实现附着，比通过改善载体表面性质实现微生物附着所需时间短得多。共聚焦激光显微镜显示，胞外聚合物（EPS）中的蛋白质（PN）优先附着在膜表面，随后是多糖。进一步分析表明，负压操作使信号分子种类从 6 种减少到 2 种（即 C4-HSL、C6-HSL），且 C4-HSL 浓度随 PN 浓度大幅增加，说明负压促进 C4-HSL 信号分子合成，进而介导 PN 分泌，促进生物膜形成。
生物膜性能及稳定性
生物膜形成过程伴随着亚硝酸盐积累，成功实现了部分反硝化。即便化学需氧量与氮的比值（COD/N）从 4.5 提高到 5.0，进水硝酸盐浓度降至 25mg/L，硝酸盐转化为亚硝酸盐的比例仍达 60%，证实了 PD 的稳定性。这主要归因于微生物群落的变化和亚硝酸还原酶（Nir）活性的降低，经气液分离操作富集的微生物 Nir 活性较低。
研究结论表明，以中空纤维气液分离膜为载体的反硝化 SBR 在 3 天内实现了生物膜的快速形成。气液分离操作促进了 EPS 的分泌，其中 PN 增加了 2.3 倍并优先吸附在膜表面形成生物膜，该过程由关键信号分子 C4-HSL 介导。生物膜在进水硝酸盐浓度和 COD/N 比波动的情况下，仍能保持稳定的 PD 性能。
这项研究意义重大，它为废水处理领域提供了一种全新的生物膜快速形成方法，有助于解决传统 PD 处理过程中污泥流失和生物膜形成缓慢的问题，为实现污水处理系统高效稳定运行奠定了理论和实践基础，推动了污水处理技术的发展，对环境保护和水资源可持续利用具有重要价值。
