摘要：膜生物反應(yīng)器（MBR）因占地面積小、剩余污泥產(chǎn)量少等諸多優(yōu)點(diǎn)已被廣泛運(yùn)用到水處理中，但膜污染所帶來(lái)的頻繁膜清洗和膜更換提高了MBR的實(shí)際運(yùn)行成本，是制約其發(fā)展的主要因素。因此，大量研究致力于發(fā)展MBR膜污染的減緩方法，包括物理法、化學(xué)法和生物法等；其中，生物法由于具有成本低、環(huán)境友好及可持續(xù)性等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。對(duì)MBR中減緩膜污染的生物控制方法進(jìn)行了系統(tǒng)分類(lèi)，重點(diǎn)介紹了群體感應(yīng)與淬滅技術(shù)、能量解偶聯(lián)、生物酶法、NO誘導(dǎo)法、D-氨基酸抑制法、裂解與捕食六種生物法在MBR中減緩膜污染的最新應(yīng)用和進(jìn)展，并根據(jù)目前生物法存在的一些問(wèn)題對(duì)其未來(lái)的研究方向進(jìn)行了展望。
膜污染機(jī)理十分復(fù)雜，顆粒、微生物、無(wú)機(jī)離子、胞外聚合物（EPS）、可溶性微生物產(chǎn)物（SMP）等吸附或聚集在膜上都能促進(jìn)膜的污染。減緩膜污染的方法大致可分為物理法、化學(xué)法、生物法三類(lèi)，其中，物理法、化學(xué)法雖然仍是應(yīng)用最為廣泛的膜污染減緩方法，但其高成本及長(zhǎng)期清洗對(duì)膜結(jié)構(gòu)和性質(zhì)產(chǎn)生的損害等問(wèn)題不容忽視。相比之下，具有成本低、環(huán)境友好且可持續(xù)性等優(yōu)點(diǎn)的生物法可能是一種更好的選擇。生物法主要是借助生物、生物酶、生物機(jī)理等方式去除膜污染物。在MBR運(yùn)行過(guò)程中，采用生物法減緩膜污染可以有效降低膜上微生物數(shù)量和EPS的含量，保持膜完整的化學(xué)結(jié)構(gòu)并恢復(fù)膜通量。為此，著重介紹生物法減緩膜污染的最新研究進(jìn)展，總結(jié)不同生物法的技術(shù)原理、應(yīng)用領(lǐng)域，并對(duì)其研究重點(diǎn)和方向進(jìn)行了展望。
膜污染機(jī)理十分復(fù)雜，顆粒、微生物、無(wú)機(jī)離子、胞外聚合物（EPS）、可溶性微生物產(chǎn)物（SMP）等吸附或聚集在膜上都能促進(jìn)膜的污染。減緩膜污染的方法大致可分為物理法、化學(xué)法、生物法三類(lèi)，其中，物理法、化學(xué)法雖然仍是應(yīng)用最為廣泛的膜污染減緩方法，但其高成本及長(zhǎng)期清洗對(duì)膜結(jié)構(gòu)和性質(zhì)產(chǎn)生的損害等問(wèn)題不容忽視。相比之下，具有成本低、環(huán)境友好且可持續(xù)性等優(yōu)點(diǎn)的生物法可能是一種更好的選擇。生物法主要是借助生物、生物酶、生物機(jī)理等方式去除膜污染物。在MBR運(yùn)行過(guò)程中，采用生物法減緩膜污染可以有效降低膜上微生物數(shù)量和EPS的含量，保持膜完整的化學(xué)結(jié)構(gòu)并恢復(fù)膜通量。為此，著重介紹生物法減緩膜污染的最新研究進(jìn)展，總結(jié)不同生物法的技術(shù)原理、應(yīng)用領(lǐng)域，并對(duì)其研究重點(diǎn)和方向進(jìn)行了展望。
01 膜污染生物減緩方法研究進(jìn)展
1.1 群體感應(yīng)與群體淬滅技術(shù)
① 群體感應(yīng)（QS）技術(shù)
20世紀(jì)70年代，細(xì)菌細(xì)胞間存在交流首次被報(bào)道，但直至1994年才提出QS概念。QS是指細(xì)菌間通過(guò)信號(hào)分子的傳遞進(jìn)行交流，根據(jù)其濃度的變化調(diào)控微生物的群體行為，如胞外多糖的合成和分泌、細(xì)菌的聚集、生物膜的形成、抗性基因的表達(dá)等。該信號(hào)分子大致分為三類(lèi)：革蘭氏陰性菌種內(nèi)交流的酰化高絲氨酸內(nèi)酯（AHLs）、革蘭氏陽(yáng)性菌種內(nèi)寡肽類(lèi)物質(zhì)、種間交流的AI-2型群體感應(yīng)信號(hào)分子。其中，對(duì)AHLs信號(hào)分子的研究最為廣泛和深入。
AHLs信號(hào)分子對(duì)群體感應(yīng)調(diào)控的生物膜形成具有重要作用，目前的研究大都表明外源信號(hào)分子的投加會(huì)促進(jìn)MBR膜表面生物膜的形成，從而加快膜污染過(guò)程。肖霄等對(duì)MBR不同運(yùn)行時(shí)間段的AHLs信號(hào)分子與膜污染之間的聯(lián)系進(jìn)行了探究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MBR不同運(yùn)行階段中微生物的群落結(jié)構(gòu)存在差異，該差異可以改變起主要作用的信號(hào)分子的種類(lèi)和濃度，其中3種信號(hào)分子（C8-HSL、3-oxo-C8-HSL和3-oxo-C6-HSL）分別促進(jìn)了混合液SMP和EPS、混合液SMP和膜上EPS中蛋白質(zhì)（PN）的形成，從而導(dǎo)致膜生物污染。
然而，張楠等的研究表明，信號(hào)分子的投加可以延長(zhǎng)膜污染周期。他們向MBR自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)中投加不同濃度的信號(hào)分子C8-HSL（2、5、6 μmol/L），發(fā)現(xiàn)信號(hào)分子的投加雖然促進(jìn)了反應(yīng)器內(nèi)和膜絲表面的EPS的分泌，但其膜污染周期隨著C8-HSL濃度的增加從14 d分別延長(zhǎng)到20、23和25 d。其原因可能是信號(hào)分子對(duì)污泥中PN和多糖（PS）的形成具有不同的促進(jìn)作用，導(dǎo)致污泥中PN/PS比的改變，進(jìn)而改變污泥性質(zhì)，延長(zhǎng)膜污染周期。然而，對(duì)其更進(jìn)一步的減緩膜污染的機(jī)理尚不清楚，仍需深入探討。
② 群體淬滅(QQ)技術(shù)
QQ技術(shù)是在QS理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，主要通過(guò)抑制信號(hào)分子的產(chǎn)生、滅活信號(hào)分子和阻止信號(hào)分子與特異性受體結(jié)合三種方式來(lái)減少或消除細(xì)菌群落之間的聯(lián)系。目前，QQ技術(shù)是環(huán)境學(xué)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向，已被廣泛運(yùn)用到MBR系統(tǒng)膜污染研究（見(jiàn)表1），主要使用一些群體淬滅劑（如QQ化合物、QQ 酶、QQ 細(xì)菌等）來(lái)減緩膜污染。
Jiang等在電極-膜生物反應(yīng)器（EMBR）中投加QQ細(xì)菌ssn-2。結(jié)果表明，QQ細(xì)菌ssn-2有著較好的膜污染減緩效果，在120 d的運(yùn)行過(guò)程中，EPS含量與AHLs濃度呈正相關(guān)。此外，為了減少群體淬滅劑的流失以及降低其對(duì)MBR污泥活性的影響，在群體淬滅劑實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，往往需要聯(lián)合固定化技術(shù)以達(dá)到穩(wěn)定的膜污染減緩效果。楊瑩選用了殼聚糖、聚丙烯腈兩種材料外裹海藻酸鈉共同構(gòu)建QQ細(xì)菌的核殼結(jié)構(gòu)，并將新構(gòu)建的QQ小球投入MBR中。結(jié)果表明，該QQ小球能明顯抑制膜組件上生物膜的形成，降低MBR中EPS含量，從而減緩膜污染。
目前，QQ技術(shù)作為環(huán)境學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)研究方向，正在快速發(fā)展。例如，為克服群體淬滅劑中QQ化合物、QQ酶存在的成本高、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，學(xué)者們正在探尋能夠產(chǎn)生QQ酶的QQ細(xì)菌；為保證QQ細(xì)菌的生物活性及減少其流失，開(kāi)發(fā)了各種固定化技術(shù)（如QQ管束、QQ微球、QQ圓筒等）。但是QQ技術(shù)研究還存在一些問(wèn)題，如QQ技術(shù)大部分研究集中在MBR工藝上，在其他生物處理工藝中的研究相對(duì)較少；現(xiàn)有研究中涉及的污水類(lèi)型多為生活污水或合成廢水，對(duì)其他污水類(lèi)型的適用性還需進(jìn)一步探討。
信號(hào)分子是連接QS和QQ技術(shù)的橋梁，兩種技術(shù)最終通過(guò)直接或間接控制信號(hào)分子在反應(yīng)器中的濃度來(lái)減緩膜污染。過(guò)低濃度的信號(hào)分子會(huì)降低污泥中微生物的活性，影響MBR出水水質(zhì)；過(guò)高濃度的信號(hào)分子則會(huì)加速EPS的形成，加劇膜污染。因此，在投加信號(hào)分子或群體淬滅劑時(shí)，應(yīng)注意將反應(yīng)器內(nèi)的信號(hào)分子控制在安全濃度范圍內(nèi)。目前，QS和QQ技術(shù)展現(xiàn)出較好的膜污染控制效果，但其投入實(shí)際工程應(yīng)用前仍有一些問(wèn)題亟待去解決。
1.2 能量解偶聯(lián)
微生物的生理行為與代謝密切相關(guān)，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(guò)外部條件的改變抑制ATP的合成，從而使ATP儲(chǔ)量無(wú)法為微生物生長(zhǎng)提供必需的能量，導(dǎo)致分解代謝與合成代謝相分離的過(guò)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(guò)添加解偶聯(lián)劑抑制細(xì)菌的能量合成進(jìn)而減緩MBR膜上生物膜的形成。
近年來(lái)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M(fèi)BR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(jī)理研究中發(fā)現(xiàn)，TCS通過(guò)抑制細(xì)菌活性和減少細(xì)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(yīng)器（GDMBR），探究TCS對(duì)膜污染的減緩效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yùn)行過(guò)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(duì)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(duì)MBR膜污染減緩效果的影響。結(jié)果表明，不同的DNP投加量對(duì)膜的污染速率有一定影響；與對(duì)照組相比，低投加量（15、30mg/gVSS）會(huì)促使污泥釋放更多的SMP，進(jìn)而顯著提高濾餅阻力，加劇膜污染；高投加量（45mg/gVSS）則會(huì)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(duì)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(xì)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(huì)破壞污泥絮凝體，使更多的細(xì)小污泥和SMP釋放出來(lái)并在膜上形成致密的濾餅層，加劇膜污染。因此，不同種類(lèi)、不同劑量的解偶聯(lián)劑對(duì)膜污染的減緩效果存在差異，這可能與解偶聯(lián)劑抑制細(xì)菌的活性程度有關(guān)。
投加解偶聯(lián)劑操作簡(jiǎn)便、成本較低，但利用能量解偶聯(lián)減緩膜污染時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題：①目前常見(jiàn)的解偶聯(lián)劑大都是含有苯環(huán)的化合物，對(duì)MBR中的微生物具有毒害作用，故要控制其在反應(yīng)器中的濃度；②高濃度的解偶聯(lián)劑會(huì)抑制細(xì)菌的活性，反應(yīng)器中可能會(huì)出現(xiàn)污泥濃度降低、出水水質(zhì)變差的情況；③相關(guān)研究周期較短，不能很好地說(shuō)明解偶聯(lián)劑長(zhǎng)期減緩MBR膜污染的效果。
1.3 生物酶法
近年來(lái)，應(yīng)用生物酶法減緩MBR膜污染的研究越來(lái)越多。生物酶法減緩膜污染的機(jī)理一方面是利用對(duì)大分子有親和力的細(xì)胞壁水解酶來(lái)促進(jìn)細(xì)胞降解，通過(guò)改變膜上生物膜的結(jié)構(gòu)來(lái)減緩膜污染；另一方面是通過(guò)生物酶對(duì)反應(yīng)器中的EPS進(jìn)行降解，破壞EPS的穩(wěn)定性進(jìn)而實(shí)現(xiàn)膜污染的緩解。
① 水解細(xì)胞壁
通過(guò)補(bǔ)充細(xì)胞壁水解酶，可以減少生物膜EPS和SMP的數(shù)量，簡(jiǎn)化生物膜結(jié)構(gòu)，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(xì)菌細(xì)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(yīng)器（AnMBR）中或固定在膜上，以探究其減緩膜污染的效果。結(jié)果表明，分散和固定化酶通過(guò)水解作用限制了濾餅層的形成，減緩了膜污染。但在近一個(gè)月的MBR運(yùn)行過(guò)程中，投加分散酶的MBR的TMP始終小于固定化酶的MBR，且運(yùn)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(xué)法減緩膜污染而言，兩種投加方式都還有進(jìn)一步增強(qiáng)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(dāng)微生物細(xì)胞停留在MBR膜表面一段時(shí)間后，會(huì)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(zhǔn)、穩(wěn)定地酶解MBR膜表面的EPS，在實(shí)際應(yīng)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(jí)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(chǎng)作用下生物酶也易從反應(yīng)器中分離。Bilad等將BsXynA（一種木聚糖酶）與MNP耦合，通過(guò)磁力將BsXynA吸引到MBR磁膜表面，以此來(lái)持續(xù)去除膜表面的EPS。研究結(jié)果表明，運(yùn)行3h后磁酶-磁膜MBR的TMP增長(zhǎng)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對(duì)照組MBR；運(yùn)行24h后，對(duì)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(jìn)行了對(duì)換，一段時(shí)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(jìn)而實(shí)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(shì)在于生物酶對(duì)MBR中功能微生物無(wú)毒害作用，在不產(chǎn)生二次污染的同時(shí)，還能保持微生物的活性。但是，生物酶法對(duì)膜污染的減緩效果會(huì)受到溫度、pH等外部條件的制約。另外，生物酶的成本問(wèn)題也是阻礙其大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)重要因素。
1.4 NO誘導(dǎo)法
NO是生物系統(tǒng)中廣泛存在的信號(hào)分子，它能夠誘導(dǎo)生物膜擴(kuò)散并改變其生長(zhǎng)方式，使生物膜向游離狀態(tài)改變。NO誘導(dǎo)法的原理是通過(guò)NO促進(jìn)生物膜游離基因的表達(dá)，即通過(guò)刺激磷酸二酯酶的活性以及環(huán)二鳥(niǎo)苷酸（c-di-GMP）的降解來(lái)誘導(dǎo)生物膜的擴(kuò)散，進(jìn)而減緩膜污染。
NO在減緩膜污染以及改變微生物生長(zhǎng)方式方面具有應(yīng)用前景，但是NO的低溶解性、易氧化的特點(diǎn)阻礙了其在膜污染減緩中的直接應(yīng)用。因此，為克服以上缺點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)NO的持續(xù)供給，達(dá)到與直接通入NO相同的效果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)膜污染的緩解（見(jiàn)表2）。
Barnes等采用銅綠假單胞菌（PAO1）模擬膜污染微生物，探究NO供體化合物的投加在減緩膜污染方面的機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，在三種供體化合物中MAHMA-NONOate是最佳的NO供體化合物，低濃度的MAHMA-NONOate 能夠有效抑制單種、多種混合微生物的膜污染。同時(shí)，還指出生物膜的擴(kuò)散與細(xì)菌和EPS的減少緊密相關(guān)。Oh等探究了半衰期較長(zhǎng)的NO供體化合物（DETA-NONOate）的投加對(duì)膜表面細(xì)菌群落和生物膜擴(kuò)散的影響。研究表明，在不降低過(guò)濾性能的前提下，投加DETA-NONOate可以減緩TMP的增長(zhǎng)速率。此外，對(duì)膜表面細(xì)菌群落特征的鑒定結(jié)果表明，DETA-NONOate的投加對(duì)生物膜細(xì)菌群落沒(méi)有選擇性偏差。
以上研究表明，NO誘導(dǎo)法不僅可以有效減緩MBR中生物膜的生長(zhǎng)，其在微生物群落結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方面也具有重要作用。與能量解偶聯(lián)相比，NO誘導(dǎo)法在有效減緩膜污染的同時(shí)，不會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生毒害效應(yīng)，不會(huì)影響整個(gè)MBR系統(tǒng)的處理效能；但NO誘導(dǎo)法目前仍停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，需要更多的理論和實(shí)踐支撐其實(shí)際運(yùn)用。
1.5 D-氨基酸(DAA)抑制法
DAA抑制法是通過(guò)DAA改變肽聚糖層的結(jié)構(gòu)以及干擾蛋白質(zhì)的合成，從而抑制MBR中生物膜的生長(zhǎng)。DAA能夠被各種細(xì)菌合成和釋放，且自身親水性較強(qiáng)，難以被細(xì)菌降解，因此使用DAA減緩膜污染是一種多來(lái)源、低成本的生物方法。Hochbaum等對(duì)膜表面生物膜的形成以及DAA對(duì)生物膜的作用機(jī)理進(jìn)行了研究，指出膜表面生物膜的形成大致可分為兩個(gè)階段，即生物膜最初小部分聚集附著在膜表面，隨后逐漸成長(zhǎng)為大型聚集體，形成生物膜；投加DAA對(duì)膜污染的減緩作用不是通過(guò)阻止最初微生物細(xì)胞的表面附著，而是抑制了后階段生物膜中蛋白質(zhì)組分的積累。該研究不僅說(shuō)明DAA的投加能有效防止生物膜的生長(zhǎng)，還表明在膜表面微生物附著的后一階段投加DAA效果更好。
Wang等探究了不同種類(lèi)的DAA減緩膜生物污染的作用機(jī)制是否存在差異性。研究表明，三種DAA均能通過(guò)抑制革蘭氏陽(yáng)性菌（G+）和革蘭氏陰性菌（G-）細(xì)菌的吸附，降低聚醚砜膜上的胞外多糖和蛋白質(zhì)含量來(lái)減緩膜生物污染。這表明上述不同種類(lèi)的DAA減緩膜生物污染的機(jī)理大致相同。然而，單獨(dú)使用DAA抑制法減緩膜生物污染存在著DAA的不穩(wěn)定、控制效率低等問(wèn)題。Guo等將DAA固定到由多巴胺改性的埃洛石納米管上制備了一種新型納米復(fù)合材料，并利用該材料制備了一種改性膜。該納米復(fù)合材料改性膜不僅保證了DAA的活性穩(wěn)定，提高了膜的長(zhǎng)期抗生物污染能力，還具有較好的過(guò)濾和機(jī)械性能。因此，固定化技術(shù)是一種較好的維持DAA穩(wěn)定性的途徑。
DAA是一種低成本、環(huán)境友好的抑制劑，但是存在不穩(wěn)定的問(wèn)題。此外，目前關(guān)于DAA減緩MBR膜污染的相關(guān)研究較少，DAA復(fù)雜的作用機(jī)制及其濃度對(duì)微生物和MBR運(yùn)行效能的影響等問(wèn)題還需要不斷探索和解決。
1.6 裂解與捕食法
① 噬菌體裂解法
近年來(lái)，噬菌體裂解法在膜污染減緩方面的應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注。該法通過(guò)噬菌體特異性識(shí)別、感染和裂解細(xì)菌，從而使生物膜不斷分解。Bhattacharjee等從某污水廠中分離出一種溶菌噬菌體，并將其投加至MBR系統(tǒng)中。在投加該溶菌噬菌體后，膜上大量的生物膜開(kāi)始分解消失，最終膜通量恢復(fù)到原來(lái)的78%。該項(xiàng)研究雖然表現(xiàn)出噬菌體在減緩膜生物污染方面的巨大潛力，但在細(xì)菌和噬菌體的長(zhǎng)久對(duì)抗過(guò)程中，某些細(xì)菌可能會(huì)對(duì)特定的噬菌體免疫，單種噬菌體也許不能取得理想的膜污染減緩效果。
噬菌體雞尾酒（Pyophage cocktail）技術(shù)是一種基于噬菌體控制膜生物污染的新方法，其本質(zhì)是選用不同種類(lèi)的噬菌體共同去除污染膜上的微生物。Aydin等采用MBR處理含紅霉素、四環(huán)素和磺胺甲惡唑等高濃度制藥廢水，并探究Pyophage cocktail技術(shù)對(duì)膜污染的減緩效果。研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)器運(yùn)行22 d后，與對(duì)照MBR相比，采用Pyophage cocktail技術(shù)的MBR的TMP顯著降低了18.4 kPa。另外，微生物分析結(jié)果也表明Pyophage cocktail的生物強(qiáng)化作用對(duì)生物膜的分解具有積極的影響。
Pyophage cocktail技術(shù)解決了單種類(lèi)噬菌體可能被細(xì)菌免疫的問(wèn)題，在減緩膜污染方面為噬菌體裂解法提供了一條新的途徑。目前，噬菌體裂解法的研究還處于探索階段，噬菌體的投加量對(duì)MBR運(yùn)行的影響及噬菌體的回收利用等問(wèn)題需進(jìn)一步探索。
② 原生、后生動(dòng)物捕食法
大多數(shù)的物理法和化學(xué)法減緩膜污染都是從防止生物膜附著在膜表面或使生物膜從膜表面脫離這兩個(gè)角度來(lái)考慮的，但是利用原生動(dòng)物和后生動(dòng)物捕食法減緩膜污染，不僅可以保留膜表面的生物膜，還可以提高膜的滲透性。Derlon等發(fā)現(xiàn)在沒(méi)有生物捕食的情況下，膜表面會(huì)形成致密扁平的生物膜，大幅降低膜通量。生物的捕食會(huì)改變膜上生物膜的結(jié)構(gòu)，提高膜通量。在捕食動(dòng)物存在的情況下，反應(yīng)器膜通量約為10L/（m2·h），而在沒(méi)有捕食的情況下監(jiān)測(cè)到的膜通量?jī)H為5L/（m2·h）。
近年來(lái)，有關(guān)原生、后生動(dòng)物中蠕蟲(chóng)減緩MBR膜污染的報(bào)道越來(lái)越多，蠕蟲(chóng)可通過(guò)捕食作用吞食微生物，減少回流污泥產(chǎn)量，進(jìn)而減緩膜污染。Liu等研究了MBR與蠕蟲(chóng)反應(yīng)器（SSBWR）組合工藝對(duì)膜污染的減緩效果，結(jié)果表明，SSBWR-MBR延緩了TMP的增長(zhǎng)。Li等建立了一種厭氧-缺氧-好氧膜生物反應(yīng)器（A2O-MBR）和蠕蟲(chóng)反應(yīng)器（WR）的組合工藝，并對(duì)膜污染減緩效果進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在該組合工藝中，WR中的微好氧處理和捕食的相互作用使得膜過(guò)濾周期延長(zhǎng)了66.7%。此外，高通量測(cè)序分析結(jié)果表明聯(lián)合工藝中濾餅層的微生物群落更加均勻。由此可見(jiàn)，A2O-MBR和WR的組合工藝具有較好的膜污染減緩效果。
噬菌體裂解法與原生、后生動(dòng)物捕食法都能通過(guò)減少生物膜上的細(xì)菌數(shù)量和優(yōu)化微生物的群落結(jié)構(gòu)來(lái)減緩膜污染，但噬菌體、原生和后生動(dòng)物投加量過(guò)多會(huì)導(dǎo)致MBR中細(xì)菌數(shù)量大量減少，影響MBR的處理效能；并且相比于其他生物法（QQ、生物酶法、能量解偶聯(lián)等），單獨(dú)使用噬菌體或者原生、后生動(dòng)物減緩膜污染的效率較低，回收利用也相對(duì)困難；但噬菌體裂解法與原生、后生動(dòng)物捕食法無(wú)需投加化學(xué)物質(zhì)、處理成本低、副產(chǎn)物少，且不產(chǎn)生二次污染，在膜污染減緩方面潛力較大。
1.7 不同方法的比較
生物法在控制膜污染方面展現(xiàn)出較好的效果，其主要是通過(guò)阻斷生物膜的形成或降解生物膜形成所需的重要物質(zhì)來(lái)減緩膜污染。對(duì)不同膜污染生物減緩方法的優(yōu)缺點(diǎn)、適用場(chǎng)合等進(jìn)行了比較，結(jié)果見(jiàn)表3。相比于其他生物方法，QQ技術(shù)、能量解偶聯(lián)、生物酶法、NO誘導(dǎo)法更具有發(fā)展前景。
02 結(jié)語(yǔ)
生物法可以有效減緩MBR系統(tǒng)中的膜生物污染，且具有其他膜污染減緩方法不具備的優(yōu)勢(shì)，如：①生物法不會(huì)對(duì)膜的性質(zhì)或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損害，提高了膜的使用壽命；②生物法可以原位提高膜的過(guò)濾周期；③大多數(shù)生物法（如生物酶法、裂解與捕食法等）減緩膜污染具有連續(xù)性、長(zhǎng)期性等特點(diǎn)。
但生物法仍存在以下問(wèn)題亟待解決：①）反應(yīng)器中適宜濃度的AHLs可減緩膜污染，且信號(hào)分子濃度的高低會(huì)影響膜污染的減緩效果，未來(lái)QS和QQ技術(shù)減緩膜污染的關(guān)鍵就在于維持反應(yīng)器中信號(hào)分子的適宜濃度。②目前常見(jiàn)的解偶聯(lián)劑大都是含有苯環(huán)的有毒化合物，且高濃度的解偶聯(lián)劑會(huì)降低微生物的活性。因此，低濃度、環(huán)境友好的解偶聯(lián)劑是下一階段研究的方向。③對(duì)于生物酶法和DAA抑制法，解決生物酶和DAA的不穩(wěn)定問(wèn)題應(yīng)是未來(lái)研究的重點(diǎn)。④裂解捕食中噬菌體和原生、后生動(dòng)物的回收利用比較困難，相關(guān)的工藝或技術(shù)有待進(jìn)一步研究。
近10年來(lái)，采用生物法減緩MBR膜污染的技術(shù)發(fā)展迅速，并且有著較好的減緩效果。但生物法相比物理法和化學(xué)法減緩膜污染還存在著發(fā)展上的滯后性。因此，今后圍繞生物法減緩MBR膜污染的相關(guān)問(wèn)題還需進(jìn)一步研究。
