1.生物載體生物膜形成過程中的作用力

生物膜形成過程中的力直接促成了微生物與載體表面的直接相互作用，在整個生物膜形成過程中起著至關(guān)重要的作用。生物載體在生物膜形成過程中的受力是復(fù)雜的。這里詳細分析了與生物載體表面物理化學(xué)特性相關(guān)的物理力，如范德華力、靜電力、表面張力和流體動力，以及湍流擴散力、表面剪切力和載體運動引起的力。

2.載體表面親水性的影響。

華南理工大學(xué)范姜通過對不同載體的實驗得出結(jié)論:GPUC載體表面含有-OH、酰胺基等親水基團，而大多數(shù)微生物具有良好的親水性，載體表面與微生物表面可以形成氫鍵結(jié)構(gòu)；同時，親水性載體的表面自由能低于疏水性載體，水中的微生物更容易通過吸附在親水性載體表面生長。實驗中將GPUC載體與普通多孔載體進行了比較，結(jié)果表明GPUC載體的數(shù)量和生物活性均大于普通多孔載體。

3.溫度對生物膜形成行為的影響。

它是微生物在水溫下的重要生存因素，在適宜的水溫范圍內(nèi)，微生物可以大量生長繁殖。每種微生物都有一個適宜的生長溫度，在一定的溫度范圍內(nèi)，大多數(shù)微生物的代謝活性會隨著溫度的升高而升高，隨著溫度的降低而降低。好氧微生物的適宜溫度范圍為10-35℃。水溫對硝化細菌的生長和硝化速率有很大影響。大多數(shù)硝化細菌的適宜生長溫度在25 ~ 30℃之間。當溫度低于25℃或高于30℃時，硝化細菌的生長和硝化作用會在10℃以下顯著減緩。

船帆分別在10℃、20℃和35℃下進行試驗。同時，對掛膜全過程中附著在填料上的微生物量進行了測定。根據(jù)結(jié)果繪制了不同溫度下的微生物生物量變化曲線，如圖所示。10℃時，掛膜啟動緩慢，7天后出現(xiàn)明顯掛膜，21天后掛膜成熟，附著生物量較大，為2.1g/L；35℃時，4天后開始形成生物膜，19天左右生物膜成熟，附著生物膜達到3.5g/L的大值；20℃左右，2天后生物膜開始形成，10天左右生物膜成熟。附著的生物膜量為5.7 g/L?？梢钥闯?，溫度對生物膜形成的影響不明顯。在15℃ ~ 30℃范圍內(nèi)，填料表面可形成生物膜，且生物膜形成啟動快。

溫度是影響生物活性和代謝能力的關(guān)鍵因素，其對硝化過程的影響主要在于硝化細菌的生長規(guī)律和生物活性。

溫度對生物活性的影響有:一是對生化反應(yīng)速率的影響；二是對氧氣傳質(zhì)速率的影響。

四

載體比表面積和表面粗糙度的影響

微生物的表面積和表面粗糙度是形成初始生物膜的主要因素。其大的比表面積和粗糙度提高了載體捕捉微生物的能力。

表面粗糙度大的載體對水流具有更強的再分配能力，使得反應(yīng)器中水流對載體上生物膜的剪切力更小，同時為微生物與基質(zhì)的混合和接觸提供了有利的內(nèi)部環(huán)境，促進了生物膜在填料表面的積累。

粗糙表面比光滑表面具有更厚的層流邊界層，可以提供良好的靜態(tài)水力環(huán)境，避免水剪切力對附著微生物生長的不利影響。因此，在生物膜形成的早期，較大的比表面積和表面粗糙度可以加速生物膜的形成。

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