生物膜微环境和传质现象研究进展_温沁雪

第7卷第6期环境污染治理技术与设备Vol.7,No.62006年6月TechniquesandEquipmentforEnvironmentalPollutionControlJun.2006生物膜微环境和传质现象研究进展温沁雪1施汉昌1陈志强2(1.清华大学环境科学与工程系环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京100084;2.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨150090)摘要生物膜法污水处理工艺对污染物的降解去除主要依赖活性生物膜,研究生物膜的结构和传质特性是揭示反应机理和提高反应器处理效率的重要手段。综述了近年来国外在生物膜微环境和微观传质过程中的研究进展,包括对生物膜微观结构的解析、膜内不同菌系的分布特征及其功能以及生物膜的传质现象和数学模型。在此基础上,提出了生物膜研究领域今后应开展的研究方向。关键词生物膜微环境传质数学模型中图分类号X703文献标识码A文章编号1008-9241(2006)06-0001-05Researchprogressofmicro-environmentsandmasstransferphenomenainbiofilmWenQinxue1ShiHanchang1ChenZhiqiang2(1.StateKeyJointLaboratoryofEnvironmentalSimulationandPollutionControl,DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084;2.SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090)AbstractTheperformanceofbiofilmwastewatertreatmentprocessismainlydependentontheactivebio-film,therefore,tostudythecharacteristicsofitsstructureanditsmasstransferisanimportantwaytorevealthereactionprinciplesandtoenhancetheperformanceoftheprocess.Theresearchprogressonmicro-environmentsandmasstransferinbiofilmwasintroducedinthearticle,includingtheanalysisofbiofilmmicro-structure,dis-tributionofmicrobialcommunitiesandmicro-masstransferinbiofilm,aswellaskineticsmodels.Besides,futureresearchdirectionshavebeenputforward.Keywordsbiofilmmicro-environment;masstransfer;kineticsmodels基金项目:国家自然科学基金资助项目(50478009);中国博士后基金资助项目(2005037368)收稿日期:2005-05-31;修订日期:2005-09-12作者简介:温沁雪(1977～),女,清华大学博士后,研究方向为水污染控制理论与技术。E-mail:wqxshelly@263.net生物膜法作为一种高效的废水处理方法,其原理是利用附着生长在载体上的生物膜吸附废水中的有机污染物,然后在生物膜上微生物的作用下将污染物分解代谢,同时生物膜自身得到增长。作为废水处理的主体———生物膜,其结构形态特征直接影响着处理功能的发挥。然而传统的分析方法在测试自然形成的生物膜微观结构方面存在着不足,造成人们对生物膜特性粗浅的认识,阻碍了生物膜废水处理工艺理论的发展和过程的优化。国外最早将微电极、激光共聚焦显微镜以及各种分子生物学技术应用于废水处理过程中生物膜的测试始于20世纪90年代。微电极也叫超微电极,是指电极的一维尺寸为微米或纳米级的一类电极,微电极电化学是一门新兴的电化学学科。当电极的一维尺寸从毫米级降至微米和纳米级时表现出许多不同于常规电极的优良的电化学特性[1],特别是微电极小的尺寸确保在实验过程中不会改变或破坏被测物体,使微电极可以应用于生物活体检测。激光扫描共聚焦显微镜(laserscanningconfocalmicro-scope,简称LSCM)是近代生物医学图象仪器的最重要发展之一,它是在荧光显微镜成象的基础上加装激光扫描装置,使用紫外光或可见光激发荧光探针,利用计算机进行图象处理