Màng vi sinh vật có cấu trúc rất phức tạp, cả về cấu trúc vật lý và vi sinh. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống màng vi sinh vật bao gồm:
- Vật liệu đệm (đá sỏi, chất dẻo, than, xơ dừa… với nhiều loại kích thƣớc và hình dạng khác nhau) có bề mặt rắn làm môi trƣờng dính bám cho vi sinh vật.
- Lớp màng vi sinh vật phát triển dính bám trên bề mặt vật liệu đệm. Lớp màng vi sinh (microbial films) đƣợc chia thành hai lớp: lớp màng nền (base film) và lớp màng bề mặt (surface film).
Cấu tạo của lớp màng vi sinh vật hiếu khí bao gồm những đám vi sinh vật và một số vật chất khác liên kết trong ma trận cấu tạo bởi các polymer ngoại tế bào (gelatin) do vi sinh vật (cả protozoa và vi khuẩn) sản sinh trong quá trình trao đổi chất và quá trình tiêu huỷ tế bào có sẵn trong nƣớc thải. Thành phần chủ yếu của các loại polymer ngoại tế bào này là polysaccharides, proteins.
SVTH: Lê Quốc Ân 19
Hình 3.1: Cấu tạo màng vi sinh vật
Trong khi đó, quá trình tạo màng trong điều kiện kỵ khí nhƣ sau: đầu tiên một số vi khuẩn nhƣ methane hoá sẽ liên kết với giá thể theo cơ chế giống nhƣ phẩy khuẩn, sau quá trình đó sẽ tạo thành một lớp vi khuẩn filamentous bám dính trên bề mặt và cuối cùng hình thành một ma trận filamentous. Với cấu trúc lỗ xốp có khả năng lƣu giữ các vi sinh kỵ khí với khả năng dính bám kém bên trong tốt hơn.
Hầu hết các mô hình toán về hệ thống màng vi sinh vật chỉ chú ý tới lớp màng nền mà không quan tâm tới lớp màng bề mặt. Nhƣng nhờ sự phát triển của các công cụ mới nhằm nghiên cứu màng vi sinh, những hình ảnh mới về các cấu trúc nội tại của lớp màng nền dần dần đƣợc đƣa ra. Phát hiện mới cho thấy màng vi sinh vật là một cấu trúc không đồng nhất bao gồm những cụm tế bào rời rạc bám dính với nhau trên bề mặt đệm, tồn tại những khoảng trống giữa những cụm tế bào theo chiều ngang và chiều đứng. Những khoảng trống này có vai trò nhƣ những lỗ trống theo chiều đứng và nhƣ những kênh vận chuyển theo chiều ngang. Kết quả là sự phân bố sinh khối trong màng vi sinh vật không đồng nhất. Chất lỏng có thể lƣu chuyển qua những lỗ rỗng bởi cả quá trình khuếch tán và thẩm thấu, quá trình thẩm thấu và khuếch tán đem vật chất tới cụm sinh khối và quá trình khuếch tán có thể xảy ra theo mọi hƣớng trong đó. Do đó, hệ số khuếch tán hiệu quả mô tả quá trình vận chuyển cơ
Biofilm Bề mặt vật liệu đệm Màng nền Chất lỏng Màng bề mặt Khí
SVTH: Lê Quốc Ân 20
chất, chất nhận điện tử (chất oxy hoá)… giữa pha lỏng và màng vi sinh thay đổi theo chiều sâu của màng.