膜生物反应器是一项结合了活性污泥介导的生物降解和高分子有机膜介导的水泥分离的污水处理技术。与传统的污水处理工艺相比，膜生物反应器有如下优势，比如较少的反应器空间、较少的污泥排放，以及高质量的出水。但是，膜生物反应器存在一个内在的技术缺陷，即膜表面生物污染的产生。膜表面生物污染层会增加膜的滤水阻滞，导致出水透膜压力的升高或者出水流量的降低。因此，膜表面生物污染的形成机理与防治研究迫在眉睫。　　生物污染是由微生物细胞和生物大分子在滤膜上沉积造成的。它会堵塞滤膜，降低膜生物反应器的处理效率。本研究中，我们对4种生物膜的组成成分，即Alpha-多糖、Beta-多糖、蛋白质和微生物细胞，在生物污染发生发展过程中的作用进行了研究。研究发现，这4种生物膜成分的生物量的增加都与膜生物反应器中透膜压力的上升呈正相关的关系。其中，蛋白质在透膜压力快速跃升过程中是含量最丰富且增长速率最快的成分。通过研究生物污染成分的空间分布，我们发现在压力增长过程中至少60％的生物大分子成分与微生物成分的分布是共定位的关系。这说明这些生物大分子很可能是由这些微生物细胞分泌的，并且生物污染的发生是由生物膜在滤膜上的生长造成的。因此，控制生物膜的生长有可能成为减少生物污染现象发生的一个有用手段。　　生物膜的形成是膜生物反应器中膜生物污染的关键原因。本实验研究了在透膜压力增长过程中微生物群落在膜生物污染中的组成及变化。定量PCR结果表明在生物污染中细菌所占的微生物比重远高于真菌以及古菌，真菌次之，古菌最低。无论在低透膜压力阶段还是在高透膜压力阶段，生物膜微生物群落与污泥微生物群落是不完全相同的。相对于污泥微生物群落，伯克氏菌目（Burkholderiales）、假单胞菌目（Pseudomonadales）和根瘤菌目（Rhizobiales）在生物膜中得到了富集。而且，生物膜微生物群落在透膜压力增长过程中发生了分化。这种微生物群落的分化早于透膜压力由缓慢增长向快速增长的转变。在生物膜微生物群落的演变过程中，红环菌目（Rhodocyclales）在生物膜中逐渐被稀释，而红螺菌目（Rhodospirillales）、鞘脂单胞菌目（Sphingomonadales）和根瘤菌目(Rhizobiales)越来越占主导地位。这种微生物群落的演变有可能是导致透膜压力快速跃升的原因。通过控制这些目标微生物的生物膜形成有可能减缓透膜压力的增长，并控制生物污染现象的发生。　　膜生物污染是膜生物反应器在污水处理中更广泛应用的限制因素。本实验研究了一种利用一氧化氮诱导生物膜分散来控制膜生物污染的方法。在高透膜压力(TMP)状态下，滤膜表面被成熟生物膜所覆盖。此时，向滤膜反冲洗80州PROLI NONOate溶液37天后，生物污染出水阻力(Rf)的增长减慢了75％。当从反应器运行的起始阶段开始定期用80μMPROLI NONOate浸泡滤膜85天后，透膜压力TMP和生物污染出水阻力Rf的增长分别减缓了32.3％和28.2％。焦磷酸测序(pyrosequencing)分析显示PROL工NONOate处理并没有改变生物膜的主要微生物种类。但是， PROLI NONOate处理组生物膜第85天的细菌群落与对照组生物膜第71天的细菌群落的相似度要高于其与对照组生物膜第85天的细菌群落的相似度，这说明生物膜细菌群落的演变因PROLI NONOate处理而减缓。同时，某些生物膜微生物菌群的丰度因PROLI NONOate的处理而降低。这些微生物菌群包括硫发菌目(Thiotrichales)、芽单胞菌目（Gemmatimonadales）、黄色单胞菌目(Xanthomonadales)、肉座菌目(Hypocreales)和球囊霉目(Glomerales)。激光共聚焦显微镜观察显示生物膜中的生物多聚物和微生物细胞组分的生物量都因PROLI NONOate的处理而有所降低。其中，蛋白质减少了37.7％，微生物细胞减少了66.7％。这些结果表明一氧化氮处理是控制膜生物反应器中生物污染的一条可能的途径。