如何通过化学表征研究评估医疗器械材料的安全性
医疗器械及组件都是由各种材料制成。在国家标准 GB/T 16886-1医疗器械生物学评价（等同于ISO 10993-1）中，对器械制备材料明确提出了两个重要问题：一是材料是否安全；二是材料的理学、化学、电学、形态学和力学等特性，是否满足预期的功能。材料的安全取决于材料的生物相容性，而生物相容性又主要取决于材料的化学特性，因此材料化学表征可以评价医疗器械的不同特性。
材料化学表征的意义
医疗器械的生物相容性以前主要是通过动物的体内测试来评估。但是，随着动物保护和福利意识的增强，更加灵敏的分析设备和分析方法的出现，用仪器或其他体外方法部分替代动物试验，并明确材料中潜在的毒性物质，确保患者的使用安全，越来越成为全球的共识和监管机构的要求。根据GB/T 16886-18（等同于ISO 10993-18）的建议，目前较合理的方式是在选择器械制备材料前，先对材料进行化学表征，并比较它们和现有的临床使用材料之间的差别。
通过对材料的分析，来检测可能迁移到患者体内的化学物质和类型。最后通过对这些化学物质的毒理评估，结合体内测试的数据，更好的整体评估材料生物相容性。
通过以上分析，材料化学表征和性能检测可以建立化学性能和生物相容性的关系，确立材料满足生物学试验要求的基本规格要求，并达到以下目的：
(1)确定材料的规格；
(2)鉴别不符合要求的材料；
(3)在研究的早期及时发现潜在的问题；
(4)减少不必要的动物试验；
(5)确保不同批次材料的一致性。
材料化学表征的原则
在进行材料化学表征前，有必要充分了解材料合成的详细资料，这些资料包括：在合成过程中采用的聚合单体和溶剂；在材料制备过程中加入的添加剂以及加工助剂；医疗器械的灭菌方法（尤其是可能影响材料性质的辐照灭菌方法）；可降解材料在预期使用条件下的降解过程；从材料中可能释放的潜在降解产物等。
如果能获得这些资料，材料的表征和化学性能检测可以只进行部分试验或只通过文献分析。如果不能获得这些资料，则应采用适当的试验方法对材料进行分析，以获得材料的化学成分的数据，并对其毒性进行风险分析。材料化学表征的完成，需要化学分析工作者和毒理学家的密切配合，化学工作者提供必要的定性和定量数据，毒理学家利用毒理数据库和经验，对这些数据进行评估并确定器械是否安全。
化学表征的步骤
步骤1—定性信息收集
监管部门要求对器械或材料及其预期目的进行描述。这部分信息最好从原料供应商处获得，任何加工助剂（例如脱模剂）的信息还需要从其他有关人员（包括加工商和组件制造商）处获得，更多的信息和数据可以大大降低所需要的材料化学表征测试项目，鉴别材料化学组分可能引起的毒性危害，并进行风险评定。
步骤2—材料等同性
医疗器械可以是一个企业自有的产品，也可以是市场上获得的商业化产品。研究者可以搜集已有的大量信息和数据，并将医疗器械和已知的材料信息共同罗列在一个电子表格或者数据库中进行评估。如果得到的信息足够多，研究者可以直接将信息交由毒理学家进行风险评估。因此材料等同性最大的挑战就是获得相关的信息和评估其完整性。如同定性信息，获得更多的数据不仅能够让研究者少走弯路，也能让企业节约很多资源。
步骤3—定量信息
当定性信息不够充分，不能进行毒理学分析时，研究者应当设计完整的实验方案对材料进行化学分析，以得到材料的化学成分、添加剂、残留物、杂质及降解物等可提取物。
步骤4—定量风险评估
在得到化学物质实际的暴露量后，研究者应进行风险评估，来确认材料中的该化学物质是否对人体会产生危害。风险评估工作一般需要由毒理学家完成。详细的评估过程可以参考GB/T 16886-17。
步骤5— 估计临床接触的化学物
此评估是根据临床接触和使用的情况，测定浸出化学物质的接触程度并预估其接触总量，从而判定器械和材料是否安全。所用的浸提条件应形成文件并进行论证。
材料化学表征的方法
材料的物理表征方法，主要使用红外分析、热差分析等手段对材料进行鉴别；通过力学测试仪器对抗张强度、压缩强度、剪切强度和弯曲强度等参数进行测定；通过硬度计测定反映材料抗压性能的指标硬度；通过光学显微镜、扫描电镜和原子力显微镜测定和组织或血液接触的材料表面的特性等。
材料的化学表征和物理表征方法不同，主要采用在规定条件下，制备组件或者材料的浸提液进行理化分析和仪器分析。理化分析主要是一些非特异性测试项目，通常的指标有非挥发物含量、酸碱度（缓冲能力）、紫外吸光度和浊度等。
仪器分析则是一些特异性测试项目，试验采用的仪器方法快速高效，具有很好的相关性、灵敏性，并且可以提供非常有用的确定信息，以保证材料的安全和生物相容性。例如，常用是凝胶渗透色谱方法（GPC）测量材料的分子量分布；气相色谱－火焰离子化检测器/质谱 检测器连用(GC-FID/MS)，用于测定挥发性和半挥发性化学物质；液相色谱－质谱连用技术（LC-MS）用于测定非挥发性化学物质；原子吸收光谱（AAS）和电感耦合等离子体质谱或发射光谱法（ICP-MS/OES）可以测定浸提液中金属元素杂质的含量。
另外，可以根据医疗器械和人体接触的部位和时间来确定需要测试的项目。对于和人体表面接触使用时间短的器械，可以进行萃取物和FTIR分析检测，例如与皮肤和黏膜接触的检查手套、血压计袖带和内窥镜等医疗器械；对于接触时间长和植入体内的医疗器械，则根据不同的用途进行相应的检测。例如，和血液直接和间接接触的医疗器械（透析器及其管路和体外循环管路），需要中等程度的化学性能检测；而体内植入的医疗器械则需要全面严格的化学性能的检测。（来源于医疗器械质量与检测）
医疗器械及组件都是由各种材料制成。在国家标准 GB/T 16886-1医疗器械生物学评价（等同于ISO 10993-1）中，对器械制备材料明确提出了两个重要问题：一是材料是否安全；二是材料的理学、化学、电学、形态学和力学等特性，是否满足预期的功能。材料的安全取决于材料的生物相容性，而生物相容性又主要取决于材料的化学特性，因此材料化学表征可以评价医疗器械的不同特性。
材料化学表征的意义
医疗器械的生物相容性以前主要是通过动物的体内测试来评估。但是，随着动物保护和福利意识的增强，更加灵敏的分析设备和分析方法的出现，用仪器或其他体外方法部分替代动物试验，并明确材料中潜在的毒性物质，确保患者的使用安全，越来越成为全球的共识和监管机构的要求。根据GB/T 16886-18（等同于ISO 10993-18）的建议，目前较合理的方式是在选择器械制备材料前，先对材料进行化学表征，并比较它们和现有的临床使用材料之间的差别。
通过对材料的分析，来检测可能迁移到患者体内的化学物质和类型。最后通过对这些化学物质的毒理评估，结合体内测试的数据，更好的整体评估材料生物相容性。
通过以上分析，材料化学表征和性能检测可以建立化学性能和生物相容性的关系，确立材料满足生物学试验要求的基本规格要求，并达到以下目的：
(1)确定材料的规格；
(2)鉴别不符合要求的材料；
(3)在研究的早期及时发现潜在的问题；
(4)减少不必要的动物试验；
(5)确保不同批次材料的一致性。
材料化学表征的原则
在进行材料化学表征前，有必要充分了解材料合成的详细资料，这些资料包括：在合成过程中采用的聚合单体和溶剂；在材料制备过程中加入的添加剂以及加工助剂；医疗器械的灭菌方法（尤其是可能影响材料性质的辐照灭菌方法）；可降解材料在预期使用条件下的降解过程；从材料中可能释放的潜在降解产物等。
如果能获得这些资料，材料的表征和化学性能检测可以只进行部分试验或只通过文献分析。如果不能获得这些资料，则应采用适当的试验方法对材料进行分析，以获得材料的化学成分的数据，并对其毒性进行风险分析。材料化学表征的完成，需要化学分析工作者和毒理学家的密切配合，化学工作者提供必要的定性和定量数据，毒理学家利用毒理数据库和经验，对这些数据进行评估并确定器械是否安全。
化学表征的步骤
步骤1—定性信息收集
监管部门要求对器械或材料及其预期目的进行描述。这部分信息最好从原料供应商处获得，任何加工助剂（例如脱模剂）的信息还需要从其他有关人员（包括加工商和组件制造商）处获得，更多的信息和数据可以大大降低所需要的材料化学表征测试项目，鉴别材料化学组分可能引起的毒性危害，并进行风险评定。
步骤2—材料等同性
医疗器械可以是一个企业自有的产品，也可以是市场上获得的商业化产品。研究者可以搜集已有的大量信息和数据，并将医疗器械和已知的材料信息共同罗列在一个电子表格或者数据库中进行评估。如果得到的信息足够多，研究者可以直接将信息交由毒理学家进行风险评估。因此材料等同性最大的挑战就是获得相关的信息和评估其完整性。如同定性信息，获得更多的数据不仅能够让研究者少走弯路，也能让企业节约很多资源。
步骤3—定量信息
当定性信息不够充分，不能进行毒理学分析时，研究者应当设计完整的实验方案对材料进行化学分析，以得到材料的化学成分、添加剂、残留物、杂质及降解物等可提取物。
步骤4—定量风险评估
在得到化学物质实际的暴露量后，研究者应进行风险评估，来确认材料中的该化学物质是否对人体会产生危害。风险评估工作一般需要由毒理学家完成。详细的评估过程可以参考GB/T 16886-17。
步骤5— 估计临床接触的化学物
此评估是根据临床接触和使用的情况，测定浸出化学物质的接触程度并预估其接触总量，从而判定器械和材料是否安全。所用的浸提条件应形成文件并进行论证。
材料化学表征的方法
材料的物理表征方法，主要使用红外分析、热差分析等手段对材料进行鉴别；通过力学测试仪器对抗张强度、压缩强度、剪切强度和弯曲强度等参数进行测定；通过硬度计测定反映材料抗压性能的指标硬度；通过光学显微镜、扫描电镜和原子力显微镜测定和组织或血液接触的材料表面的特性等。
材料的化学表征和物理表征方法不同，主要采用在规定条件下，制备组件或者材料的浸提液进行理化分析和仪器分析。理化分析主要是一些非特异性测试项目，通常的指标有非挥发物含量、酸碱度（缓冲能力）、紫外吸光度和浊度等。
仪器分析则是一些特异性测试项目，试验采用的仪器方法快速高效，具有很好的相关性、灵敏性，并且可以提供非常有用的确定信息，以保证材料的安全和生物相容性。例如，常用是凝胶渗透色谱方法（GPC）测量材料的分子量分布；气相色谱－火焰离子化检测器/质谱 检测器连用(GC-FID/MS)，用于测定挥发性和半挥发性化学物质；液相色谱－质谱连用技术（LC-MS）用于测定非挥发性化学物质；原子吸收光谱（AAS）和电感耦合等离子体质谱或发射光谱法（ICP-MS/OES）可以测定浸提液中金属元素杂质的含量。
另外，可以根据医疗器械和人体接触的部位和时间来确定需要测试的项目。对于和人体表面接触使用时间短的器械，可以进行萃取物和FTIR分析检测，例如与皮肤和黏膜接触的检查手套、血压计袖带和内窥镜等医疗器械；对于接触时间长和植入体内的医疗器械，则根据不同的用途进行相应的检测。例如，和血液直接和间接接触的医疗器械（透析器及其管路和体外循环管路），需要中等程度的化学性能检测；而体内植入的医疗器械则需要全面严格的化学性能的检测。（来源于医疗器械质量与检测）
什么是生物膜？
生物膜法是一种高效的废水处理方法，具有污泥量少，不会引起污泥膨胀，对废水的水质和水量的变动具有较好的适应能力，运行管理简单等特点。生物膜法是使微生物附着在载体表面上并形成生物膜，当污水流经载体表面时，污水中的有机物及溶解氧向生物膜内部扩散。膜内微生物在有氧存在的情况下对有机物进行分解代谢和机体合成代谢，同时分解的代谢产物从生物膜扩散到水相和空气中，从而使废水中的有机物得以降解。
活性污泥法和生物膜法的区别不仅仅是微生物的悬浮与附着之分，更重要的是扩散过程在生物膜处理系统中是一个必须考虑的因素。在生物膜反应器中，有机污染物、溶解氧及各种必须的营养物质首先要从液相扩散到生物膜表面，进而进到生物膜内部，只有扩散到生物膜表面或内部的污染物才有可能被生物膜内微生物分解与转化，最终形成各种代谢产物。另外，在生物膜反应器中，由于微生物被固定在载体上，从而实现了SRT与HRT(水力停留时间)的分离，使得增殖速率慢的微生物也能生长繁殖。因此，生物膜是一稳定的、多样的微生物生态系统。
1. 生物膜的形成原理
生物膜的形成过程是微生物吸附、生长、脱落等综合作用的动态过程。
首先，悬浮于液相中的有机污染物及微生物移动并附着在载体表面上；然后附着在载体上的微生物对有机污染物进行降解，并发生代谢、生长、繁殖等过程，并逐渐在载体的局部区域形成薄的生物膜，这层生物膜具有生化活性，又可进一步吸附、分解废水中有机污染物，直至最后形成一层将载体完全包裹的成熟的生物膜。
根据Characklis、Liu等人的研究，微生物膜的形成通常经历载体表面改良、可逆附着、不可逆附着、生物膜形成四个阶段，具体描述如下：
微生物在载体上的挂膜可分为微生物吸附和固着生长两个阶段。载体加入水体以后，首先进入吸附期。由图可见，有部分微生物和丝状物质已经附着在载体表面，附着了较多物质的位置往往是载体的凹处，不容易被水流剪切的地方。此时悬浮液中的微生物大量增长，出现较明显的一个污泥层。
经过不可逆附着以后，微生物在载体表面获得一个比较稳定的生长环境，在供氧和底物充足的情况下，吸附在载体上的污泥中的微生物很快就开始生长。下图为微生物在载体表面开始生长时的情景，由图可见到活性很好的钟虫和累枝虫。
随着培养驯化时间的增长，在载体表面生长的生物膜也迅速增长，逐渐覆盖整个载体表面，并开始增厚。但生物膜的生长并不均匀，在载体比较突出的地方，生物膜比较薄，而凹处则会长出相当繁盛的菌落，可见水力剪切对生物膜的生长具有重要的影响。在载体表面附着生长的微生物种类也很繁多，除了累枝虫、钟虫外，还可观察到丝状菌、球菌、杆菌等，还有一些游泳性的细菌在活动。如下图所示。随着载体上附着了越来越多的生物膜，载体的表观密度逐渐会下降，变得更轻，更容易流态化，同时在下降区的载体下降速度有所变慢。
2. 生物膜形成的影响因素
生物膜的形成与载体表面性质(载体表面亲水性、表面电荷、表面化学组成和表面粗糙度)、微生物的性质(微生物的种类、培养条件、活性和浓度)及环境因素(PH值、离子强度、水力剪切力、温度、营养条件及微生物与载体的接触时间)等因素有关。
2.1 载体表面性质
载体表面电荷性、粗糙度、粒径和载体浓度等直接影响着生物膜在其表面的附着、形成。在正常生长环境下，微生物表面带有负电荷。如果能通过一定的改良技术，如化学氧化、低温等离子体处理等可使载体表面带有正电荷，从而可使微生物在载体表面的附着、形成过程更易进行。载体表面的粗糙度有利于细菌在其表面附着、固定。
一方面，与光滑表面相比，粗糙的载体表面增加了细菌与载体间的有效接触面积；另一方面载体表面的粗糙部分，如孔洞、裂缝等对已附着的细菌起着屏蔽保护作用，使它们免受水力剪切力的冲刷。
研究认为，相对于大粒径载体而言，小粒径载体之间的相互摩擦小，比表面积大，因而更容易生成生物膜。另外，载体浓度对反应器内生物膜的挂膜也很重要。Wagner在用气提式反应器处理难降解物废水时发现，在载体质量浓度很低情况下，即使生物膜厚达295μm，还是不能达到稳定的去除率。但是，在载体浓度为20-30g／L时，即使只有20％的载体上有75μn厚的生物膜，反应器依然能达到稳定的(98％)去除率，COD负荷最高可达58kg／(m3·d)。
2.2 悬浮微生物浓度
在给定的系统中，悬浮微生物浓度反映了微生物与载体间的接触频度。一般来讲，随着悬浮微生物浓度的增加，微生物与载体间可能接触的几率也增加。许多研究结果表明，在微生物附着过程中存在着一个临界的悬浮微生物浓度；随着微生物浓度的增加，微生物借助浓度梯度的运送得到加强。
在临界值以前，微生物从液相传送、扩散到载体表面是控制步骤，一旦超过此临界值，微生物在载体表面的附着、固定受到载体有效表面积的限制，不再依赖于悬浮微生物的浓度。但附着固定平衡后，载体表面微生物的量是由微生物及载体表面特性所决定的。
2.3 悬浮微生物的活性
微生物的活性通常可用微生物的比增长率(μ)来描述，即单位质量微生物的增长繁殖速率。因此，在研究微生物活性对生物膜形成的最初阶段的影响时，关键是如何控制悬浮微生物的比增长率。研究结果表明，硝化细菌在载体表面的附着固定量及初始速率均正比于悬浮硝化细菌的活性。Bryers等人在研究异养生物膜的形成时也得出同样结果。影响悬浮微生物活性的因素主要有如下几种。
(1)当悬浮微生物的生物活性较高时，其分泌胞外多聚物的能力较强。这种粘性的胞外多聚物在细菌与载体之间起到了生物粘合剂的作用，使得细菌易于在载体表面附着、固定；
(2)微生物所处的能量水平直接与它们的增长率相关。当卢增加时，悬浮微生物的动能随之增加。这些能量有助于克服在固定化过程中微生物载体表面间的能垒，使得细菌初始积累速率与悬浮细菌活性成正比。
(3)微生物的表面结构随着其活性的不同而相应变化。Herben等人研究发现，悬浮细菌活性对细菌在载体表面的附着固定过程有影响，而且，细菌表面的化学组成、官能团的量也随细菌活性的变化有显著变化。同时，Wastson等人的研究表明，细胞膜等随悬浮细菌活性的变化而有显著变化。细菌表面的这些变化将直接影响微生物在载体表面的附着、固定。因此，通常认为，由悬浮微生物活性变化而引起的细菌表面生理状态或分子组成的变化是有利于细菌在载体表面附着、固定的。
(4)微生物与载体接触时间。微生物在载体表面附着、固定是—动态过程。微生物与载体表面接触后，需要一个相对稳定的环境条件，因此必须保证微生物在载体表面停留一定时间，完成微生物在载体表面的增长过程。
(5)水力停留时间(HRT)。HeUnen等人认为，HRT对能否形成完整的生物膜起着重要的作用。在其他条件确定的情况下，HRT短则有机容积负荷大，当稀释率大于最大生长率时，反应器内载体上能生成完整的生物膜。刊huis等人的试验证明了这种观点。在COD负荷为2．5kg／(m3·d)，HRT为4h时，载体上几乎没有完整的生物膜，而水力停留时间为1h时，在相同的操作时间内几乎所有的载体上都长有完整的生物膜，且较高的表面COD负荷更易生成较厚的生物膜，即COD负荷越高，生物膜越厚。周平等人也通过试验证明了较短的水力停留时间有利于载体挂膜。
(6)液相pH值。除了等电点外，细菌表面在不同环境下带有不同的电荷；液相环境中，pH值的变化将直接影响微生物的表面电荷特性。当液相pH值大于细菌等电点时，细菌表面由于氨基酸的电离作用而显负电性；当液相pH值小于细菌等电点时，细菌表面显正电性。细菌表面电性将直接影响细菌在载体表面附着、固定。
(7)水力剪切力。在生物膜形成初期，水力条件是一个非常重要的因素，它直接影响生物膜是否能培养成功。在实际水处理中，水力剪切力的强弱决定了生物膜反应器启动周期。单从生物膜形成角度分析，弱的水力剪切力有利于细菌在载体表面的附着和固定，但在实际运行中，反应器的运行需要一定强度的水力剪切力以维持反应器中的完全混合状态。所以在实际设计运行中如何确定生物膜反应器的水力学条件是非常重要的。
生物膜法是一种高效的废水处理方法，具有污泥量少，不会引起污泥膨胀，对废水的水质和水量的变动具有较好的适应能力，运行管理简单等特点。生物膜法是使微生物附着在载体表面上并形成生物膜，当污水流经载体表面时，污水中的有机物及溶解氧向生物膜内部扩散。膜内微生物在有氧存在的情况下对有机物进行分解代谢和机体合成代谢，同时分解的代谢产物从生物膜扩散到水相和空气中，从而使废水中的有机物得以降解。
活性污泥法和生物膜法的区别不仅仅是微生物的悬浮与附着之分，更重要的是扩散过程在生物膜处理系统中是一个必须考虑的因素。在生物膜反应器中，有机污染物、溶解氧及各种必须的营养物质首先要从液相扩散到生物膜表面，进而进到生物膜内部，只有扩散到生物膜表面或内部的污染物才有可能被生物膜内微生物分解与转化，最终形成各种代谢产物。另外，在生物膜反应器中，由于微生物被固定在载体上，从而实现了SRT与HRT(水力停留时间)的分离，使得增殖速率慢的微生物也能生长繁殖。因此，生物膜是一稳定的、多样的微生物生态系统。
1. 生物膜的形成原理
生物膜的形成过程是微生物吸附、生长、脱落等综合作用的动态过程。
首先，悬浮于液相中的有机污染物及微生物移动并附着在载体表面上；然后附着在载体上的微生物对有机污染物进行降解，并发生代谢、生长、繁殖等过程，并逐渐在载体的局部区域形成薄的生物膜，这层生物膜具有生化活性，又可进一步吸附、分解废水中有机污染物，直至最后形成一层将载体完全包裹的成熟的生物膜。
根据Characklis、Liu等人的研究，微生物膜的形成通常经历载体表面改良、可逆附着、不可逆附着、生物膜形成四个阶段，具体描述如下：
微生物在载体上的挂膜可分为微生物吸附和固着生长两个阶段。载体加入水体以后，首先进入吸附期。由图可见，有部分微生物和丝状物质已经附着在载体表面，附着了较多物质的位置往往是载体的凹处，不容易被水流剪切的地方。此时悬浮液中的微生物大量增长，出现较明显的一个污泥层。
经过不可逆附着以后，微生物在载体表面获得一个比较稳定的生长环境，在供氧和底物充足的情况下，吸附在载体上的污泥中的微生物很快就开始生长。下图为微生物在载体表面开始生长时的情景，由图可见到活性很好的钟虫和累枝虫。
随着培养驯化时间的增长，在载体表面生长的生物膜也迅速增长，逐渐覆盖整个载体表面，并开始增厚。但生物膜的生长并不均匀，在载体比较突出的地方，生物膜比较薄，而凹处则会长出相当繁盛的菌落，可见水力剪切对生物膜的生长具有重要的影响。在载体表面附着生长的微生物种类也很繁多，除了累枝虫、钟虫外，还可观察到丝状菌、球菌、杆菌等，还有一些游泳性的细菌在活动。如下图所示。随着载体上附着了越来越多的生物膜，载体的表观密度逐渐会下降，变得更轻，更容易流态化，同时在下降区的载体下降速度有所变慢。
2. 生物膜形成的影响因素
生物膜的形成与载体表面性质(载体表面亲水性、表面电荷、表面化学组成和表面粗糙度)、微生物的性质(微生物的种类、培养条件、活性和浓度)及环境因素(PH值、离子强度、水力剪切力、温度、营养条件及微生物与载体的接触时间)等因素有关。
2.1 载体表面性质
载体表面电荷性、粗糙度、粒径和载体浓度等直接影响着生物膜在其表面的附着、形成。在正常生长环境下，微生物表面带有负电荷。如果能通过一定的改良技术，如化学氧化、低温等离子体处理等可使载体表面带有正电荷，从而可使微生物在载体表面的附着、形成过程更易进行。载体表面的粗糙度有利于细菌在其表面附着、固定。
一方面，与光滑表面相比，粗糙的载体表面增加了细菌与载体间的有效接触面积；另一方面载体表面的粗糙部分，如孔洞、裂缝等对已附着的细菌起着屏蔽保护作用，使它们免受水力剪切力的冲刷。
研究认为，相对于大粒径载体而言，小粒径载体之间的相互摩擦小，比表面积大，因而更容易生成生物膜。另外，载体浓度对反应器内生物膜的挂膜也很重要。Wagner在用气提式反应器处理难降解物废水时发现，在载体质量浓度很低情况下，即使生物膜厚达295μm，还是不能达到稳定的去除率。但是，在载体浓度为20-30g／L时，即使只有20％的载体上有75μn厚的生物膜，反应器依然能达到稳定的(98％)去除率，COD负荷最高可达58kg／(m3·d)。
2.2 悬浮微生物浓度
在给定的系统中，悬浮微生物浓度反映了微生物与载体间的接触频度。一般来讲，随着悬浮微生物浓度的增加，微生物与载体间可能接触的几率也增加。许多研究结果表明，在微生物附着过程中存在着一个临界的悬浮微生物浓度；随着微生物浓度的增加，微生物借助浓度梯度的运送得到加强。
在临界值以前，微生物从液相传送、扩散到载体表面是控制步骤，一旦超过此临界值，微生物在载体表面的附着、固定受到载体有效表面积的限制，不再依赖于悬浮微生物的浓度。但附着固定平衡后，载体表面微生物的量是由微生物及载体表面特性所决定的。
2.3 悬浮微生物的活性
微生物的活性通常可用微生物的比增长率(μ)来描述，即单位质量微生物的增长繁殖速率。因此，在研究微生物活性对生物膜形成的最初阶段的影响时，关键是如何控制悬浮微生物的比增长率。研究结果表明，硝化细菌在载体表面的附着固定量及初始速率均正比于悬浮硝化细菌的活性。Bryers等人在研究异养生物膜的形成时也得出同样结果。影响悬浮微生物活性的因素主要有如下几种。
(1)当悬浮微生物的生物活性较高时，其分泌胞外多聚物的能力较强。这种粘性的胞外多聚物在细菌与载体之间起到了生物粘合剂的作用，使得细菌易于在载体表面附着、固定；
(2)微生物所处的能量水平直接与它们的增长率相关。当卢增加时，悬浮微生物的动能随之增加。这些能量有助于克服在固定化过程中微生物载体表面间的能垒，使得细菌初始积累速率与悬浮细菌活性成正比。
(3)微生物的表面结构随着其活性的不同而相应变化。Herben等人研究发现，悬浮细菌活性对细菌在载体表面的附着固定过程有影响，而且，细菌表面的化学组成、官能团的量也随细菌活性的变化有显著变化。同时，Wastson等人的研究表明，细胞膜等随悬浮细菌活性的变化而有显著变化。细菌表面的这些变化将直接影响微生物在载体表面的附着、固定。因此，通常认为，由悬浮微生物活性变化而引起的细菌表面生理状态或分子组成的变化是有利于细菌在载体表面附着、固定的。
(4)微生物与载体接触时间。微生物在载体表面附着、固定是—动态过程。微生物与载体表面接触后，需要一个相对稳定的环境条件，因此必须保证微生物在载体表面停留一定时间，完成微生物在载体表面的增长过程。
(5)水力停留时间(HRT)。HeUnen等人认为，HRT对能否形成完整的生物膜起着重要的作用。在其他条件确定的情况下，HRT短则有机容积负荷大，当稀释率大于最大生长率时，反应器内载体上能生成完整的生物膜。刊huis等人的试验证明了这种观点。在COD负荷为2．5kg／(m3·d)，HRT为4h时，载体上几乎没有完整的生物膜，而水力停留时间为1h时，在相同的操作时间内几乎所有的载体上都长有完整的生物膜，且较高的表面COD负荷更易生成较厚的生物膜，即COD负荷越高，生物膜越厚。周平等人也通过试验证明了较短的水力停留时间有利于载体挂膜。
(6)液相pH值。除了等电点外，细菌表面在不同环境下带有不同的电荷；液相环境中，pH值的变化将直接影响微生物的表面电荷特性。当液相pH值大于细菌等电点时，细菌表面由于氨基酸的电离作用而显负电性；当液相pH值小于细菌等电点时，细菌表面显正电性。细菌表面电性将直接影响细菌在载体表面附着、固定。
(7)水力剪切力。在生物膜形成初期，水力条件是一个非常重要的因素，它直接影响生物膜是否能培养成功。在实际水处理中，水力剪切力的强弱决定了生物膜反应器启动周期。单从生物膜形成角度分析，弱的水力剪切力有利于细菌在载体表面的附着和固定，但在实际运行中，反应器的运行需要一定强度的水力剪切力以维持反应器中的完全混合状态。所以在实际设计运行中如何确定生物膜反应器的水力学条件是非常重要的。
1、庸人败于惰，能人败于傲
世上两种人必定惨败，一种是懒惰之人，另一种是骄傲之人。前者什么事都想在“明日”再做，结果总是一事无成；后者瞧不起天下所有人，自认为自己最聪明，常常招来他人的不满和怨恨，于是往往受人诋毁、咒骂，最后被恶意的诽谤所吞没。
2、不必一味讨好别人
讨好每一个人是不可能的，也是没有必要的。讨好每一个人，等于得罪每一个人。刻意去讨好别人，只会使别人产生厌恶。亲近别人要自然，“投机”心态要改变。有时间讨好，不如踏踏实实做事，讨好别人总是靠不住，自己努力才实实在在。
3、好心境是自己创造的
我们常常无法去改变别人的看法，能改变的恰恰只有我们自己。坏的生活不在于别人的罪恶，而在于我们的心情变得恶劣。让生活变好的金钥匙不在别人手里，放弃我们的怨恨和叹息，美好生活就垂手可得。我们主观上本想好好生活，可是客观上却没有好的生活，其原因是总想等待别人来改善生活。不要指望改变别人,自己做生活的主人。
4、用心做自己该做的事
人生是如此的短暂,哪有心思去浪费呢？有智慧的哲人曾经说过:“大街上有人骂我，我是连头也不回的，根本不想知道这个无聊之人!”我们既不要去伤害人家，也不要被别人的批评左右，还是按照自己的愿望，先踏踏实实学好本领再说。特别在少年时要全力以赴学本领，不要分心。
5、别总是自己跟自己过不去
学会自己欣赏自己,等于拥有了获取快乐的金钥匙。欣赏自己不是孤芳自赏，欣赏自己不是唯我独尊，欣赏自己不是自我陶醉，欣赏自己更不是固步自封------ 自己给自己一些自信，自己给自己一点愉快，自己给自己一脸微笑，何愁没有人生的快乐呢？经常要自己给自己过节，学会寻找愉悦的心情。
6、不要追逐世俗的荣誉
终生寻找所谓别人认可的东西，会永远痛失自己的快乐和幸福。庸俗的评论会湮灭自己的个性，世俗的指点会让自己不知所措。为钱而钱会使自己六亲不认，为权而权会使自己胆大妄为，为名而名会使自己巧取强夺。真实的我在刻意的追逐之中，会变成一张张碎片随风飘扬，世俗的我已变得面目可憎。
7、极端不可取
有些人常常因为忧虑过度，而导致自己精神失常；有些人却因为麻木不仁，造成自己对任何事情都无动于衷。前者常为寻找理性而痛苦，因聪明过头而衰亡，愚蠢的根源在于什么都懊悔。后者不知悔恨为何物，整天稀里糊涂地生活，活着与死去没有什么区别。
8、每个人都有自己的活法
自己的伤痛自己清楚, 自己的哀怨自己明白, 自己的快乐自己感受。也许自己眼中的地狱，却是别人眼中的天堂；也许自己眼中的天堂，却是别人眼中的地狱。生活就是这般的滑稽。不要总疑春色在人家，关键在于自己心态的调整。
9、喜欢自己才会拥抱生活
盲目自大自尊，是骄傲无知的人生，一味自暴自弃，是消极悲观的人生。了解自己比了解别人更困难，喜欢自己比喜欢别人更不容易。拥有健康的恰当的自尊心理，面对挫折会表现得格外坚强。不为外界的诱惑而丢失自我，不为一时的挫折否定自己。时时客观冷静地评价自己，每每乐观中肯地赞赏自己。若连自己都不爱，还能爱别人吗？喜欢自己吧！
10、福中有祸，祸中有福
莫被一时之得失冲昏头脑，一味陶醉于暂时的胜利。自己一定要居安思危，切莫居功自傲，洋洋得意。陶醉胜利，意味着驻足停顿，陶醉胜利，意味着失去警惕。人生路上要永不松懈，胜利仅仅是一个小小的路标。要想取得最后的胜利，只要努力，努力，再努力。莫为一时之得所迷惑，谁笑得最晚，谁笑得最开心。
11、重要的是活得充实
把每一天过好是最大的幸福，快乐源于每天的感觉良好。总忧虑明天的风险，总抹不去昨天的阴影，今天的生活怎能如意？总攀比那些不可攀比的，总幻想那些不能实现的，今天的心灵怎能安静？任何不切实际的东西，都是痛苦之源，生命的最大杀手是忧愁和焦虑。痛苦源于不充实，生活充实就不会胡思乱想。
12、愉悦的根基在自己身上
一般人总是将人生的愉悦，寄托在外界的事务上，依附于世俗的认同上。百般看重地位、财产，以及待遇、名誉等东西，自己一旦失去这些，便是沉重的打击，常会痛不欲生，其幸福和快乐的根基也随之毁灭。假如自己真是这样过生活，那么快乐离我们是相当遥远的。为什么要让别人来评价自己的快乐程度，把握好自己。
13、感觉幸福就是幸福
许多人都在刻意追求所谓的幸福；有的虽然得到了，其代价却巨大无比。许多哲人都说，幸福是种感觉，就如同“佛”就在你我心中。幸福的感觉随满足程度而递减，与人的心境、心态密切相关。先哲们说:得之愈艰、爱之愈深，拥有幸福，常思艰难。一个人总是感觉不到幸福，是自己的最大悲哀。幸福是种感觉，不知足，永不会幸福，知足者常乐！
14、别人的恩泽要牢记
目光短浅的人总是“忘恩负义”，危机时到处求助，事成之后再不露面。求人时信誓旦旦，得逞后胡作非为。这种人最被人鄙视。“忘恩负义”让朋友伤心，“忘恩负义”是急功近利的表现。“忘恩负义”只得益于一时，却会永远失信于人。切忌过河拆桥，过河拆桥会断了自己的后路。
15、凡事要留有余地
每一个人都会在自己的生命旅程中，遭遇到完全不同的“三种人”。第一种是能够理解、欣赏和器重自己的人；第二种是曲解、中伤甚至排斥自己的人；第三种人是与自己毫无关系、无关痛痒的人。第一种人对自己有知遇之恩，应当尊为师友，滴水之恩当涌泉相报。第二种人对自己造成深深的伤害，需要智慧地远离，而不是烦恼和计较。对于第三种人要以礼相待、和平共处。了解不同的人，区别对待，物以类聚，人以群分。
16、己所不欲勿施于人
把自己的主观意志强加于人，于己于人均是件痛苦的事情。以自己的威严强加自己的意志，别人只是口服而心不服，而且日久必生反抗之心。以自己的固执强加自己的意志，别人仅是默忍或是隐怒，但是日久也可能反目成仇。检讨自己的言行是否与社会和谐，才能真正得到别人的认同。人与人是不可能一致的，不要以我为中心。
17、得意不忘形，失意不失态
身处顺境必须格外谨慎，否则容易乐极生悲。人生得意的时候容易忘形，一忘形就不知道自己姓什么，于是恶念和恶行就会趁隙而入。身处逆境必须格外忍耐，否则容易早早夭折。人生失意的时候容易失态，一失态就不知道自己的未来，于是消极和绝望就会趁隙而入。笑看人生潮起潮落，守住自己的心。
18、人生应当欢乐有度
适当的娱乐活动能调节情绪，无休无止的欢乐却易转益为害。物极则反，数穷则变。“大凡快意处，即是多病处。”“棋可遣闲，易动心火”一味狂欢尽兴是肤浅的人生，换来的往往是痛苦的悔恨。尽兴有度是达观的人生。乐极生悲不局限于娱乐方面，涉及到人生的方方面面。欢乐与悲哀是伴生的，欢乐有度会使欢乐常伴。
19、多理性行事少意气用事
做事不能只凭自己的感情，做事更不能只凭自己的感觉，意气用事必有麻烦。有时自己的知觉是错的，事情并不是想象的这般简单，表象总是容易迷惑人心。理性做事不至于反复折腾，理性做事不会出现大的差错，理性做事才不会使自己后悔莫及。切记:凡事都不能太冲动!不能只跟着感觉走，多思考才能不后悔。
20、多理性行事少意气用事
做事不能只凭自己的感情，做事更不能只凭自己的感觉，意气用事必有麻烦。有时自己的知觉是错的，事情并不是想象的这般简单，表象总是容易迷惑人心。理性做事不至于反复折腾，理性做事不会出现大的差错，理性做事才不会使自己后悔莫及。切记：凡事都不能太冲动！不能只跟着感觉走，多思考才能不后悔。
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