调控生物过滤与捕食协同作用优化重力驱动膜系统：生物膜转化与膜效率提升机制

本研究针对重力驱动膜(GDM)系统在分散式水处理中存在的通量优化与污染物去除稳定性难题，创新性地将粉末活性炭(PAC)生物过滤与寡毛类生物T. Tubifex捕食行为耦合，首次证实T. Tubifex通过"尾上头下"生物扰动行为提升通量20.35%和UV254/TOC去除率，PAC预沉积使通量提升29.73%且UV254去除率达89.94%，为生态协同增效的膜系统设计提供新范式。

　　

在分散式供水领域，重力驱动膜(GDM)技术因其低能耗、易维护等优势成为研究热点，但传统系统面临通量衰减和污染物去除不稳定的双重挑战。现有研究多聚焦单一优化手段，对生物过滤与生物捕食的协同机制认识不足。重庆科研团队在《Journal of Membrane Science》发表的研究，通过创新引入底栖生物T. Tubifex与粉末活性炭(PAC)的生态组合，揭示了生物膜功能调控的新路径。

研究采用长期动态过滤实验（100天）、污染物去除效能分析（UV₂₅₄/TOC）、生物膜结构表征（CLSM显微成像）及微生物群落分析（16S rRNA测序）等方法，以受污染河水为进料，对比了PES（对照组）、PES@TT（添加T. Tubifex）、PES/PAC（PAC预沉积）和PES/PAC@TT（组合组）四组GDM系统的性能差异。

Flux development of long-term GDM
纯水通量测试显示PAC预沉积使PES/PAC组初始通量提升23%。动态实验中，PES@TT组通过T. Tubifex特有的生物扰动形成多孔生物膜结构，稳定通量较对照组提升20.35%；PES/PAC组则依靠PAC构建异质性生物膜使通量增加29.73%。但组合组因PAC限制T. Tubifex活动导致后期通量下降10%。

Materials and chemicals
采用80 kDa聚醚砜(PES)超滤膜，PAC预处理通过羟基增强亲水性。T. Tubifex通过"尾上头下"运动产生生物灌溉效应，其排泄行为促进孔隙率提升。

Conclusion
研究首次证实：1）T. Tubifex作为"生物工具"可同步提升通量与水质（UV₂₅₄去除率33.04%）；2）PAC通过富集微生物形成功能化生物膜（TOC去除率60.86%）；3）时序性组合策略（先PAC后T. Tubifex）虽维持较高去除率（UV₂₅₄ 84.13%），但物理空间竞争导致捕食效率降低。该成果为生态协同优化GDM系统提供了理论依据，特别在生物膜结构-功能调控方面开辟了新思路。

讨论部分强调，PAC与外来捕食者的协同存在"时间窗口效应"：PAC初期形成的生物膜基质为微生物代谢提供载体，而后期引入T. Tubifex则需考虑其活动空间与PAC粒径的匹配性。研究建议未来可探索分段式生物膜构建策略，即在系统不同运行阶段分别发挥生物过滤与捕食优势，这对开发新一代智能GDM系统具有重要指导价值。