1.2 能量解偶聯(lián)

微生物的生理行為與代謝密切相關，正常情況下微生物代謝氧化與磷酸化相互偶聯(lián)。能量解偶聯(lián)是通過外部條件的改變抑制ATP的合成，從而使ATP儲量無法為微生物生長提供必需的能量，導致分解代謝與合成代謝相分離的過程。能量代謝是MBR中生物膜形成的重要影響因素，能量解偶聯(lián)理論上是通過添加解偶聯(lián)劑抑制細菌的能量合成進而減緩MBR膜上生物膜的形成。

近年來的一些研究表明，解偶聯(lián)劑可有效抑制MBR系統(tǒng)中膜組件表面生物膜的形成，以及減少MBR中EPS的含量。Feng等在解偶聯(lián)劑3，3'，4'，5-四氯水楊酰苯胺（TCS）抑制枯草芽孢桿菌生物膜形成的機理研究中發(fā)現(xiàn)，TCS通過抑制細菌活性和減少細菌EPS的分泌，從而抑制生物膜的形成。趙迎雪使用重力流膜生物反應器（GDMBR），探究TCS對膜污染的減緩效果。實驗結果表明，TCS的投加能夠降低污泥混合液及膜上EPS的含量，顯著減小MBR運行過程中膜的總阻力、濾餅層阻力及膜孔堵塞阻力，并在一定程度上增加GDMBR的出水通量。因此，TCS可以有效減緩膜污染。

解偶聯(lián)劑的投加量對膜污染的減緩效果具有重要影響。Ding等探究了不同濃度的解偶聯(lián)劑2，4-二硝基苯酚（DNP）對MBR膜污染減緩效果的影響。結果表明，不同的DNP投加量對膜的污染速率有一定影響；與對照組相比，低投加量（15、30mg/gVSS）會促使污泥釋放更多的SMP，進而顯著提高濾餅阻力，加劇膜污染；高投加量（45mg/gVSS）則會抑制EPS中PN和PS的釋放，有效減緩膜表面濾餅層的形成。Ding等還研究了不同濃度TCS的投加對GDMBR膜污染的影響。他們發(fā)現(xiàn)適宜劑量（10～30mg/L）的TCS抑制了細菌ATP的合成，降低了污泥和EPS的產(chǎn)生量；而高劑量（50mg/L）的TCS會破壞污泥絮凝體，使更多的細小污泥和SMP釋放出來并在膜上形成致密的濾餅層，加劇膜污染。因此，不同種類、不同劑量的解偶聯(lián)劑對膜污染的減緩效果存在差異，這可能與解偶聯(lián)劑抑制細菌的活性程度有關。

投加解偶聯(lián)劑操作簡便、成本較低，但利用能量解偶聯(lián)減緩膜污染時應注意以下問題：①目前常見的解偶聯(lián)劑大都是含有苯環(huán)的化合物，對MBR中的微生物具有毒害作用，故要控制其在反應器中的濃度；②高濃度的解偶聯(lián)劑會抑制細菌的活性，反應器中可能會出現(xiàn)污泥濃度降低、出水水質(zhì)變差的情況；③相關研究周期較短，不能很好地說明解偶聯(lián)劑長期減緩MBR膜污染的效果。

1.3 生物酶法

近年來，應用生物酶法減緩MBR膜污染的研究越來越多。生物酶法減緩膜污染的機理一方面是利用對大分子有親和力的細胞壁水解酶來促進細胞降解，通過改變膜上生物膜的結構來減緩膜污染；另一方面是通過生物酶對反應器中的EPS進行降解，破壞EPS的穩(wěn)定性進而實現(xiàn)膜污染的緩解。

① 水解細胞壁

通過補充細胞壁水解酶，可以減少生物膜EPS和SMP的數(shù)量，簡化生物膜結構，從而減緩膜污染并改善膜性能。其中，蛋白酶和淀粉酶均有較好的膜污染控制效果，溶菌酶也早在1992年就被發(fā)現(xiàn)具備溶解細菌細胞壁的作用。

Wong等將含有蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的水解酶分別投加到厭氧膜生物反應器（AnMBR）中或固定在膜上，以探究其減緩膜污染的效果。結果表明，分散和固定化酶通過水解作用限制了濾餅層的形成，減緩了膜污染。但在近一個月的MBR運行過程中，投加分散酶的MBR的TMP始終小于固定化酶的MBR，且運行20d后，兩者之間的TMP差值穩(wěn)定在10kPa左右，這主要是由于固定化酶和蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物增加了膜的凝膠阻力。雖然酶的兩種投加方式均表現(xiàn)出較好的MBR膜污染減緩效果，且分散水解酶的性能比固定化水解酶更高，但相比物理法、化學法減緩膜污染而言，兩種投加方式都還有進一步增強的潛力。

② 酶解EPS

EPS主要由多糖、蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)和腐殖質(zhì)等多種物質(zhì)組成，是生物膜的重要組成部分。當微生物細胞停留在MBR膜表面一段時間后，會產(chǎn)生EPS促使更多的微生物吸附在膜表面上，形成生物膜并加劇膜污染。

早在2003年，Loiselle等就發(fā)現(xiàn)投加生物酶能有效分離膜表面生物膜。蛋白酶K、胰蛋白酶、枯草桿菌蛋白酶、艾威蛋白酶、木瓜蛋白酶等都能成功降解和分離生物膜，其中枯草桿菌蛋白酶在防止生物附著及生物膜分離方面有著較好的效果。該研究為減緩MBR膜生物污染提供了一條新途徑。

此外，為了精準、穩(wěn)定地酶解MBR膜表面的EPS，在實際應用中通常將生物酶固定化。目前，較為新穎的固定化方法是將生物酶固定到納米級磁性顆粒（MNP）表面。MNP具有較大的比表面積，能夠固定更多的酶，在外部磁場作用下生物酶也易從反應器中分離。Bilad等將BsXynA（一種木聚糖酶）與MNP耦合，通過磁力將BsXynA吸引到MBR磁膜表面，以此來持續(xù)去除膜表面的EPS。研究結果表明，運行3h后磁酶-磁膜MBR的TMP增長速率遠遠小于對照組MBR；運行24h后，對照組MBR的TMP為24.3kPa，而磁酶-磁膜MBR的TMP僅為9.7kPa。此外，Bilad等還將兩張污染膜進行了對換，一段時間后磁酶-磁膜MBR的TMP從25 kPa降到15.3kPa。以上研究表明，BsXynA可以有效降解膜表面的污染物，阻止TMP的快速上升，進而實現(xiàn)膜污染的顯著緩解。

作為一種微量、高效的催化劑，低濃度的生物酶就能有效減緩MBR膜污染。生物酶法減緩膜污染的優(yōu)勢在于生物酶對MBR中功能微生物無毒害作用，在不產(chǎn)生二次污染的同時，還能保持微生物的活性。但是，生物酶法對膜污染的減緩效果會受到溫度、pH等外部條件的制約。另外，生物酶的成本問題也是阻礙其大規(guī)模應用的一個重要因素。

1.4 NO誘導法

NO是生物系統(tǒng)中廣泛存在的信號分子，它能夠誘導生物膜擴散并改變其生長方式，使生物膜向游離狀態(tài)改變。NO誘導法的原理是通過NO促進生物膜游離基因的表達，即通過刺激磷酸二酯酶的活性以及環(huán)二鳥苷酸（c-di-GMP）的降解來誘導生物膜的擴散，進而減緩膜污染。

NO在減緩膜污染以及改變微生物生長方式方面具有應用前景，但是NO的低溶解性、易氧化的特點阻礙了其在膜污染減緩中的直接應用。因此，為克服以上缺點，大量研究使用NO供體化合物（如硝普酸鈉、亞硝酸鈉、林西多明、MAHMA-NONOate等）以實現(xiàn)NO的持續(xù)供給，達到與直接通入NO相同的效果，進而實現(xiàn)膜污染的緩解（見表2）。

編輯：趙凡