Page 149 - 水资源保护技术与方法

Water Resources Protection Technology and Methods
水资源保护技术与方法

氮、磷等营养物质，当水体中营养物质比例失调时，会限制微生物的生长和污染
物的降解。

二、生物膜技术原理与结构

（一）生物膜形成机制
生物膜是微生物在固体载体表面附着生长，通过分泌胞外聚合物（EPS）相
互粘连，形成的一种具有一定结构和功能的微生物聚集体。生物膜的形成是一个

动态的过程，主要包括以下几个阶段：
首先，初期附着阶段，水中的微生物细胞通过布朗运动、水流携带等方式与
载体表面接触。在这个阶段，微生物细胞与载体表面之间的相互作用力较弱，主
要是范德华力和静电引力。一些表面带有特殊结构或物质的微生物更容易附着在

载体表面，如具有菌毛、鞭毛的细菌。其次，进入不可逆附着阶段，随着微生物
细胞与载体表面接触时间的延长，微生物开始分泌胞外聚合物，这些聚合物中含
有多糖、蛋白质、核酸等物质，能够在微生物细胞与载体表面之间形成化学键，
使微生物细胞牢固地附着在载体表面。同时，微生物细胞之间也通过胞外聚合物

相互粘连，形成微小的微生物群落。再次，生物膜发展阶段，附着在载体表面的
微生物利用周围环境中的营养物质进行生长繁殖，微生物数量不断增加，生物膜
逐渐增厚。在这个过程中，生物膜内部会形成复杂的三维结构，包括孔隙、通道等，
这些结构有利于营养物质和代谢产物的传输。不同种类的微生物在生物膜中占据

不同的位置，形成具有特定功能的微生物层，如好氧层、缺氧层和厌氧层。最后，
生物膜成熟与脱落阶段，当生物膜发展到一定厚度后，进入成熟阶段。此时生物
膜的结构和功能相对稳定，但由于营养物质和溶解氧的供应限制，生物膜内部的
微生物生长速率逐渐减缓。在水流剪切力、微生物自身代谢活动等因素的作用下，

部分生物膜会从载体表面脱落，进入水体中。脱落的生物膜细胞一部分会被水流
带走，另一部分可能会在新的载体表面重新附着，开始新的生物膜形成过程。
（二）生物膜结构特点
生物膜具有复杂的三维结构，从外到内一般可分为好氧层、缺氧层和厌氧层。

好氧层位于生物膜的最外层，由于直接与水体接触，溶解氧浓度较高，适合好氧
微生物生长。好氧微生物在这一层中通过有氧呼吸将水中的有机物分解为二氧化
碳和水，同时消耗大量的溶解氧。随着深度的增加，溶解氧逐渐减少，进入缺氧

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