光能自養生物膜通常在陸生或水生環境中的一些固體表面上附著生長, 包括藍細菌 、綠藻 、硅藻等在內的主要微生物及非生物物質鑲嵌在微生物分泌的有機聚合物基質上, 形成了一個相對穩定的生態系統。在光密度為 1 000 μmol光子 /(m2· s)條件下, 單位面積光能自養生物膜的氧氣產生率為同等條件下異養生物膜的兩倍之多。因此 , 光能自養微生物產生的氧氣可以滿足相當部分細菌硝化和去除有機碳源時對氧的需求。在應用光能自養生物膜進行脫氮處理時, 除部分氨氮和硝態氮分別通過硝化和反硝化作用被去除外 ,其他氮的化合物將貯存在生物膜內,與傳統脫氮工藝相比 ,光能自養生物膜的脫氮更為徹底
。光能自養生物膜以光能為能源、CO2 為碳源 ,故特別適用于低有機碳源條件下的脫氮處理 。
影響光能自養生物膜形成和生長的因素包括光照 、基質類型 、微生物的種類和數量、營養水平 、水溫及水體環境等。該技術能否實現低能耗處理的目標取決于光能自養生物膜對光能的利用效率 。由于光子無法與水和生物相混合 ,光能在應用于水處理時與其他常規能源有所不同 。為了突破制約菌藻生物處理技術應用于實踐時的土地及能耗瓶頸 ,需深入研究光照條件對光能自養生物膜生長的影響。
在初始沉降吸附階段 ,生物膜先后經歷了快速形成有機分子膜 、聚結的細胞松散附著其上、聚居的細菌牢固地附著等步驟 ;所形成的微生物群落產生胞外聚合物并不斷增長,直至生物膜成熟。在適宜的光照和水流流速下 , 生物膜上的微生物處于對數增殖狀態 ,生物膜厚度、質量不斷增加。當生物膜垂向成層結構形成并達一定厚度時, 營養物質和氧氣向生物膜深層的輸送減緩, 形成濃度梯度 。
