初始附着性研究：橄榄油廠廢水處理膜與不同支撐材料的對比分析
前言：為了提高生物反應器的啟動速度和效率，有時會采用生物膜技術。這項技術使用不同類型的材料來促進微生物的附着。惰性基質和經過橄榄油廠廢水（OMWW）處理膜後的基質表面特性，以了解OMWW對附着的影響，以及最适合優化細菌附着的材料。
未經OMWW處理和經過OMWW處理的基質在細菌附着方面表現出差異。在經過OMWW處理之前，PVC和PP顯示出顯著的附着能力，是PET的兩倍[PVC：1.58×10^5 CFU/cm2，PP：1.48×10^5 CFU/cm2和PET：0.72×10^5 CFU/cm2]。
經過OMWW處理後，初始細菌附着能力增加了10^6（從未經處理的基質的10^5 CFU/cm2增加到經過處理的基質的10^11 CFU/cm2），其中PET緊随其後，PP表現出最高的附着能力，分别是PVC的2倍和1.7倍[PET：1.39×10^11 CFU/cm2，PP：1.15×10^11 CFU/cm2和PVC：0.67×10^11 CFU/cm2]。OMWW處理膜影響塑膠基質的物化特性，特别是給體電子性質，并改善了細菌對基質的初始附着（從10^5 CFU/cm2增加到10^11 CFU/cm2）。
地中海地區專門生産橄榄油的地區尤其受到橄榄油廠廢水（OMWW）的影響，該廢水對植物和動物造成危害。為減輕OMWW的影響，采用了多種技術，包括膜過濾、反滲透、電化學氧化、土地處理以及生物處理，如厭氧消化生産生物甲烷和好氧處理。
甲烷化不僅可以減少廢水中的有機物質，還可以将其轉化為可再生能源——甲烷。在厭氧消化開始後，由于需要時間積累足夠的生物量來處理有機物質，生物甲烷發酵僅在啟動第二周時才開始檢測。産乙酸菌和産甲烷的厭氧菌的倍增時間非常緩慢，約為十天。
在生物反應器中使用支撐材料可滿足多重要求，即一方面，微生物附着于表面，形成穩定的生物膜，增加微生物與環境的接觸表面積；另一方面，它們限制了生物量的損失，并加快了反應器在内容物更新後的啟動速度。許多類型的基質（塑膠、沙子、石頭、沸石等）被用于促進生物膜的形成。許多研究已經得出結論，物化特性、粗糙度、pH值、離子強度和孔隙度在細菌初始附着過程中起着重要作用。
有一個微生物附着于生物填料的方面受到了較少關注，即條件膜現象：當材料浸入液體媒體中時，在材料表面沉積營養物質。有機材料中的物質，如糖和蛋白質，可以吸附到表面，形成條件膜，并影響物化特性、粗糙度、表面電荷和潤濕性。而條件膜反過來又會影響細菌與表面的附着過程。
為了低成本、耐久性和易擷取性，并且因為它們通常被用作厭氧消化器中的移動載體材料，選擇了三種普通的塑膠載體材料：聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET：(C10H8O4)n）、聚丙烯（PP：(C3H6)n）和聚氯乙烯（PVC：(C2H3Cl)n）。
每種塑膠材料被切割成1.5平方厘米的方形樣品，用于接觸角測量實驗，以及切割成1平方厘米的方形樣品，用于附着性測試。這些塑膠支撐材料在乙醇中浸泡15分鐘，以消毒并清除表面污垢，然後在無菌蒸餾水中進行超音波浴處理10分鐘。樣品經過多次用無菌蒸餾水沖洗後，在無菌環境下晾幹，并存放在無菌條件下以備後用。
制備的細菌懸浮液通過過濾坡度沉積在醋酸纖維膜（0.45 μm）上，形成一個細菌膜，其厚度可能代表着50至100個細胞。将該膜放置在玻璃支撐上并允許其蒸發。然後測量接觸角。用水（w）、甲酰胺（f）和二碘甲烷（d）作為參考溶劑。
将一滴液體形成在注射器末端，并沉積在樣品表面上。立即使用放置在測角儀（GBX Instruments，法國）上的CCD攝像頭擷取一系列數字圖像（Windrop）。對于每個樣品和每個溶劑進行三次測量，實驗重複三次。通過Van Oss等人的方程确定自由表面能：Lifshitz-Van der Waals γLW、電子受體γ+和電子給體γ−。
結論：在這種方法中，接觸角（θ）可表示為方程（1）中的形式。γL(1+cosθ)=2⋅(γLWS⋅γLWL−−−−−−−−√+γ+S⋅γ−L−−−−−−√+γ−S⋅γ+L−−−−−−√)ΔGiwi=−2[((γLWi)12−(γLWw)12)2+2((γ+iγ−i)12+(γ+wγ−w)12−(γ+iγ−w)12−(γ+wγ−i)12)]
OMWW處理膜對支撐材料的物化特性的影響，通過比較這些塑膠材料在處理前後的物化特性來進行。處理包括将材料浸泡在37˚C的OMWW中3小時，然後在無菌區域中幹燥。
