光能自养生物膜通常在陆生或水生环境中的一些固体表面上附着生长, 包括蓝细菌 、绿藻 、硅藻等在内的主要微生物及非生物物质镶嵌在微生物分泌的有机聚合物基质上, 形成了一个相对稳定的生态系统。在光密度为 1 000 μmol光子 /(m2· s)条件下, 单位面积光能自养生物膜的氧气产生率为同等条件下异养生物膜的两倍之多。因此 , 光能自养微生物产生的氧气可以满足相当部分细菌硝化和去除有机碳源时对氧的需求。在应用光能自养生物膜进行脱氮处理时, 除部分氨氮和硝态氮分别通过硝化和反硝化作用被去除外 ,其他氮的化合物将贮存在生物膜内,与传统脱氮工艺相比 ,光能自养生物膜的脱氮更为彻底
。光能自养生物膜以光能为能源、CO2 为碳源 ,故特别适用于低有机碳源条件下的脱氮处理 。
影响光能自养生物膜形成和生长的因素包括光照 、基质类型 、微生物的种类和数量、营养水平 、水温及水体环境等。该技术能否实现低能耗处理的目标取决于光能自养生物膜对光能的利用效率 。由于光子无法与水和生物相混合 ,光能在应用于水处理时与其他常规能源有所不同 。为了突破制约菌藻生物处理技术应用于实践时的土地及能耗瓶颈 ,需深入研究光照条件对光能自养生物膜生长的影响。
在初始沉降吸附阶段 ,生物膜先后经历了快速形成有机分子膜 、聚结的细胞松散附着其上、聚居的细菌牢固地附着等步骤 ;所形成的微生物群落产生胞外聚合物并不断增长,直至生物膜成熟。在适宜的光照和水流流速下 , 生物膜上的微生物处于对数增殖状态 ,生物膜厚度、质量不断增加。当生物膜垂向成层结构形成并达一定厚度时, 营养物质和氧气向生物膜深层的输送减缓, 形成浓度梯度 。
