純膜MBBR工藝處理微污染水的工程啟動(dòng)研究
摘要：采用兩級(jí)純膜MBBR工藝處理低基質(zhì)河道水，研究了啟動(dòng)過(guò)程中生物膜的硝化性能，并同步分析了生物膜厚度、生物量及微生物種群變化情況。結(jié)果顯示，在冬季最不利水溫條件下不接種污泥直接原水啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)10d系統(tǒng)調(diào)試成功，出水氨氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，一、二級(jí)MBBR區(qū)出水氨氮分別為（1.35±0.38）、（0.43±0.15）mg/L，硝化負(fù)荷分別為（0.182±0.026）、（0.066±0.020）kg/（m3·d），系統(tǒng)氨氮去除率達(dá)到（88.98±3.03）%，同時(shí)，系統(tǒng)具有一定的COD去除能力；啟動(dòng)過(guò)程中，負(fù)荷增長(zhǎng)至第14天達(dá)到穩(wěn)定，生物膜的生物量于第28天達(dá)到穩(wěn)定，一、二級(jí)MBBR區(qū)的生物量分別為（2.66±0.36）、（2.14±0.19）g/m2，生物膜厚度分別達(dá)到（197±23）、（157±17）μm；生物膜負(fù)荷具有一定余量，能夠抵抗進(jìn)水負(fù)荷沖擊。啟動(dòng)階段，生物膜物種豐富度于第21天基本達(dá)到穩(wěn)定，一級(jí)生物膜的物種豐富度、物種分布均勻程度高于二級(jí)生物膜，具有更高的物種多樣性；生物膜中優(yōu)勢(shì)微生物主要有Nitrospira、Hyphomicrobium、Nitrosomonas、Kouleothrix、Pedomicrobium、Pedobacter等，其中硝化菌屬Nitrospira在一、二級(jí)生物膜中的相對(duì)豐度分別達(dá)到8.48%～13.60%、6.48%～9.27%，Nitrosomonas的相對(duì)豐度分別達(dá)到2.89%～5.64%、0.00%～3.48%，而Hyphomicrobium和Pedomicrobium等菌屬的存在可能與進(jìn)水中芳香烴類DOM的轉(zhuǎn)化有關(guān)。
微污染水，即受到輕度污染的自然水體，其物理、化學(xué)和微生物指標(biāo)已不能達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）的要求，多數(shù)情況涉及氨氮和CODMn的微量污染。由于其污染濃度不高，水質(zhì)指標(biāo)一般低于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中的一級(jí)B或一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)限值，若采用傳統(tǒng)方法處理難以有效富集活性污泥，因此多采用生物膜法處理。移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）在污水處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其在微污染水領(lǐng)域的應(yīng)用亦受到關(guān)注。與市政污水應(yīng)用的MBBR形式不同，微污染水處理基于生物膜，稱之為純膜MBBR工藝。筆者針對(duì)MBBR工藝應(yīng)用于河道水脫氨的工程效果，研究了啟動(dòng)和運(yùn)行階段懸浮載體的硝化性能及其生物膜生物量和微生物組成的變化，以彌補(bǔ)MBBR工藝處理微污染水啟動(dòng)過(guò)程研究的缺失，為MBBR應(yīng)用于微污染水處理提供理論和調(diào)試依據(jù)。
1 應(yīng)用工程簡(jiǎn)介
廣東某水質(zhì)凈化廠，設(shè)計(jì)水量為260×104m3/d，處理對(duì)象為微污染河道水，共分為兩期，水量均為130×104m3/d。水廠原處理工藝為單級(jí)混凝工藝，對(duì)進(jìn)水中的TP、SS、COD去除效果較好，但對(duì)氨氮幾乎沒(méi)有處理能力；為響應(yīng)政府治理河道水的號(hào)召，強(qiáng)化水廠對(duì)氨氮的處理能力，采用純膜MBBR對(duì)水廠進(jìn)行改造，切割39%的混凝沉淀區(qū)并鑲嵌MBBR工藝包形成MBBR區(qū)，MBBR區(qū)設(shè)置兩級(jí)工藝，池體中間設(shè)置攔截篩網(wǎng)，將懸浮載體固定于各池體內(nèi)。MBBR區(qū)的懸浮載體填充率為40%，投加的懸浮載體類型為SPR-Ⅲ型，材質(zhì)為高密度聚乙烯（HDPE），載體直徑為（25±0.5）mm，高為（10±1）mm，有效比表面積>800m2/m3，附著生物膜后密度與水接近，符合《水處理用高密度聚乙烯懸浮載體填料》（CJ/T 461—2014）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。MBBR區(qū)設(shè)置穿孔和微孔曝氣，穿孔曝氣保證懸浮載體的流化，微孔曝氣保證MBBR系統(tǒng)供氧。MBBR區(qū)的設(shè)計(jì)氣水比最大為2.0。
改造前后水廠的主要工藝流程見(jiàn)圖1。設(shè)計(jì)進(jìn)水COD、BOD5、TP、SS分別為40、15、1.5、60mg/L，設(shè)計(jì)出水濃度分別為30、7、1、50mg/L。對(duì)氨氮的處理要求與進(jìn)水水質(zhì)相關(guān)，當(dāng)進(jìn)水氨氮≥6mg/L時(shí)，系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除量需大于5mg/L；當(dāng)進(jìn)水氨氮為3～6mg/L時(shí)，系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除率不得低于84%；當(dāng)進(jìn)水氨氮<3mg/L時(shí)，要求出水氨氮<0.5mg/L。
系統(tǒng)采用原水啟動(dòng)，于2020年11月5日完成懸浮載體的投加，以一期工程（130×104m3/d）為研究對(duì)象，系統(tǒng)運(yùn)行至12月21日時(shí)，其間日處理水量均值為（135.89±9.06）×104m3/d，其中處理水量超過(guò)設(shè)計(jì)值的天數(shù)為34d，占比超過(guò)70%，最大日處理水量達(dá)到了149×104m3/d。實(shí)際運(yùn)行的氣水比為1.0～1.7，MBBR區(qū)水溫維持在18～24℃；一、二級(jí)MBBR區(qū)溶解氧自啟動(dòng)開(kāi)始至出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，分別由8.5、9.3mg/L降至5.6、7.6mg/L，并在后續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行期維持在（5.30±0.68）mg/L和（8.07±0.79）mg/L。
系統(tǒng)采用原水啟動(dòng)，于2020年11月5日完成懸浮載體的投加，以一期工程（130×104m3/d）為研究對(duì)象，系統(tǒng)運(yùn)行至12月21日時(shí)，其間日處理水量均值為（135.89±9.06）×104m3/d，其中處理水量超過(guò)設(shè)計(jì)值的天數(shù)為34d，占比超過(guò)70%，最大日處理水量達(dá)到了149×104m3/d。實(shí)際運(yùn)行的氣水比為1.0～1.7，MBBR區(qū)水溫維持在18～24℃；一、二級(jí)MBBR區(qū)溶解氧自啟動(dòng)開(kāi)始至出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，分別由8.5、9.3mg/L降至5.6、7.6mg/L，并在后續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行期維持在（5.30±0.68）mg/L和（8.07±0.79）mg/L。
2 結(jié)果與討論
2.1 純膜MBBR對(duì)微污染水的處理效果
研究期間MBBR系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果如圖2所示。以單一斷面所采集水樣的混合樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。進(jìn)水氨氮濃度為（3.85±0.44）mg/L，懸浮載體投加后的2d內(nèi)，一、二級(jí)MBBR區(qū)的氨氮去除率均在3%以下，系統(tǒng)的氨氮平均去除率僅為1.9%；隨著懸浮載體掛膜時(shí)間的延長(zhǎng)，MBBR區(qū)對(duì)氨氮的去除率迅速升高，并且在懸浮載體投加完成后的第10天達(dá)到了84%，出水氨氮濃度達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；之后，一、二級(jí)MBBR區(qū)出水氨氮分別為（1.35±0.38）、（0.43±0.15）mg/L，系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除率達(dá)到（88.98±3.03）%。盡管系統(tǒng)長(zhǎng)期處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，但出水氨氮濃度依舊能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，反映出MBBR系統(tǒng)對(duì)水量沖擊有較強(qiáng)的抵抗能力。
根據(jù)一、二級(jí)MBBR池進(jìn)出水水質(zhì)核算其實(shí)際的硝化負(fù)荷，結(jié)果如圖3所示。懸浮載體投加后的2d內(nèi)，兩級(jí)MBBR區(qū)的硝化負(fù)荷（以N計(jì)，下同）均低于0.01kg/（m3·d），系統(tǒng)的總硝化負(fù)荷不足0.005kg/（m3·d）；隨著懸浮載體掛膜效果的改善，兩級(jí)MBBR區(qū)的硝化負(fù)荷呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)，并于懸浮載體投加后的第10天分別達(dá)到了0.226、0.031kg/（m3·d），總硝化負(fù)荷為0.129kg/（m3·d）；此后，一、二級(jí)MBBR區(qū)的硝化負(fù)荷分別為（0.182±0.026）、（0.066±0.020）kg/（m3·d），總硝化負(fù)荷達(dá)到了（0.124±0.017）kg/（m3·d），整體運(yùn)行較為穩(wěn)定。
系統(tǒng)運(yùn)行期間，一級(jí)MBBR的硝化負(fù)荷始終高于二級(jí)MBBR。該現(xiàn)象與周正興等人的研究結(jié)果較為類似，其在六級(jí)MBBR處理微污染河道水的工程應(yīng)用中，核算得到沿程各級(jí)懸浮載體的硝化負(fù)荷呈現(xiàn)逐級(jí)遞減的趨勢(shì)。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在兩個(gè)項(xiàng)目二級(jí)MBBR區(qū)硝化負(fù)荷相差較小［0.005 kg/（m3·d）］的情況下，本項(xiàng)目的一級(jí)MBBR的硝化負(fù)荷更高且較二級(jí)MBBR高出了近5倍，分析原因，相對(duì)較高的進(jìn)水基質(zhì)濃度和流量使得本項(xiàng)目中一級(jí)MBBR區(qū)的進(jìn)水負(fù)荷較高，進(jìn)而強(qiáng)化了其硝化能力。另外，本項(xiàng)目中一、二級(jí)MBBR的硝化負(fù)荷均高于徐斌等人研究中的硝化負(fù)荷［0.057 kg/（m3·d）］。一方面，本項(xiàng)目中所用的懸浮載體有效比表面積高達(dá)800m2/m3，遠(yuǎn)超過(guò)徐斌等人研究中的100 m2/m3；另一方面，本項(xiàng)目的進(jìn)水氨氮濃度更高，懸浮載體附著的微生物生長(zhǎng)所需基質(zhì)更加充足，致使硝化性能更強(qiáng)。水遠(yuǎn)敏等人利用MBBR工藝深度處理大連某石化企業(yè)二級(jí)處理出水，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)水氨氮<1mg/L條件下，當(dāng)運(yùn)行水量由原先的1.44×104m3/d提升至3×104m3/d時(shí)，系統(tǒng)的氨氮去除容積負(fù)荷由0.046 kg/（m3·d）提升至0.144 kg/（m3·d），可以看出，實(shí)際工程應(yīng)用中由于處理水量和水質(zhì)的差異而導(dǎo)致的進(jìn)水負(fù)荷變化能夠明顯影響系統(tǒng)的硝化負(fù)荷。
TP和SS在改造前即可通過(guò)原混凝沉淀池去除，改造后，沉淀池停留時(shí)間雖有所降低，但仍可滿足對(duì)TP及SS的去除要求。研究期間，在進(jìn)水SS和TP分別為（34.35±12.33）、（0.23±0.07）mg/L的條件下，出水SS和TP分別為（10.06±5.90）、（0.08±0.04） mg/L，穩(wěn)定優(yōu)于設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中，MBBR區(qū)進(jìn)水SS為（7.82±1.64）mg/L，結(jié)合出水SS核算MBBR區(qū)的污泥產(chǎn)量（以干泥計(jì)）為（0.020±0.007）t/104 m3。
本項(xiàng)目的實(shí)際進(jìn)水COD濃度較低，并非重點(diǎn)控制指標(biāo)，但為研究MBBR系統(tǒng)對(duì)低濃度COD的降解效果，測(cè)定了沿程COD濃度變化。結(jié)果顯示，自出水氨氮達(dá)標(biāo)后，MBBR區(qū)進(jìn)水、一級(jí)出水、二級(jí)出水COD濃度分別為（7.36±1.20）、（7.04±1.21）、（6.87±1.17）mg/L， COD去除率為（6.80±1.68）%。DOM熒光數(shù)據(jù)的分峰結(jié)果如圖4所示。
進(jìn)水中僅出現(xiàn)2個(gè)熒光峰，其中組分A的峰位置為λEx/λEm=240nm/370nm，為類芳香烴蛋白類物質(zhì)，而組分B的峰位置為λEx/λEm=280nm/320nm，為高激發(fā)波長(zhǎng)色氨酸，屬于類蛋白物質(zhì)；出水中出現(xiàn)5個(gè)熒光峰，其中組分C（λEx/λEm=230nm/370nm）和組分D（λEx/λEm=240nm/380nm）均為類芳香烴蛋白類物質(zhì)，組分E（λEx/λEm=340nm/420nm）和組分F（λEx/λEm=340nm/425nm）為可見(jiàn)光區(qū)富里酸，而組分G（λEx/λEm=300nm/360nm）則屬于生化過(guò)程中產(chǎn)生的色氨酸?？梢?jiàn)，過(guò)低的進(jìn)水COD濃度導(dǎo)致系統(tǒng)COD去除率不高，但進(jìn)出水中的DOM組分卻存在一定差異，且出水DOM類型更加豐富；另外，進(jìn)水中主要為類芳香烴蛋白類與色氨酸類物質(zhì)，而出水相比進(jìn)水增加了類富里酸類物質(zhì)，可能是因?yàn)檫M(jìn)水中的DOM參與了生化反應(yīng)，導(dǎo)致了組分的變化。
2.2 啟動(dòng)過(guò)程中懸浮載體的硝化性能
研究期間，一、二級(jí)MBBR區(qū)懸浮載體的掛膜情況如圖5所示（左側(cè)為一級(jí)，右側(cè)為二級(jí)）。懸浮載體投加3d后即出現(xiàn)明顯的生物膜附著且整體呈現(xiàn)黃棕色；10d后，整個(gè)載體掛膜已基本均勻，顏色進(jìn)一步加深；17 d后，生物膜顏色進(jìn)一步加深，開(kāi)始從黃棕色向黃褐色轉(zhuǎn)變；30d后，生物膜呈現(xiàn)深褐色；50d后，生物膜呈現(xiàn)深褐色且致密。同時(shí)期內(nèi)一、二級(jí)MBBR區(qū)的懸浮載體生物膜雖然顏色一致，但掛膜效果存在差異。
為了更準(zhǔn)確地表征懸浮載體的硝化能力，投加懸浮載體后每7d取一、二級(jí)懸浮載體進(jìn)行硝化小試，并核算硝化負(fù)荷，同步測(cè)定生物膜的生物量與厚度。硝化小試及生物量測(cè)定結(jié)果如圖6所示。懸浮載體掛膜7d后，一、二級(jí)的硝化負(fù)荷分別為0.111、0.075kg/（m3·d）；在后續(xù)的7d迅速升高至0.328、0.189kg/（m3·d），此后分別穩(wěn)定在（0.32±0.008）、（0.21±0.010）kg/（m3·d），一級(jí)硝化負(fù)荷是二級(jí)硝化負(fù)荷的1.5倍左右，且均高于項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行中核算的硝化負(fù)荷。由于小試的進(jìn)水氨氮濃度較實(shí)際工程中的要高，因此懸浮載體表現(xiàn)出更高的硝化負(fù)荷，這與硝化負(fù)荷受進(jìn)水基質(zhì)濃度影響的結(jié)果相符。同時(shí)，也說(shuō)明懸浮載體生物膜存在負(fù)荷余量，這為MBBR良好的抗水質(zhì)沖擊性能奠定了生物學(xué)基礎(chǔ)。
另外，一、二級(jí)懸浮載體生物膜的生物量均呈現(xiàn)迅速升高而后逐漸穩(wěn)定的變化趨勢(shì)。掛膜7d時(shí)，生物膜相對(duì)較薄，生物量較低，一、二級(jí)懸浮載體的生物量分別為0.62、0.49g/m2；此后兩級(jí)懸浮載體的生物量均迅速上升，并于28d后穩(wěn)定在（2.66±0.36）、（2.14±0.19）g/m2。受進(jìn)水負(fù)荷較低的影響，該生物量水平與市政污水處理系統(tǒng)（12.9g/m2）相比明顯偏低。
雖然懸浮載體生物膜的生物量與硝化負(fù)荷變化趨勢(shì)相似，但并不完全一致。啟動(dòng)階段，硝化負(fù)荷的上升速度領(lǐng)先于生物量，分析原因，雖然系統(tǒng)基質(zhì)濃度較低，但污染物以氨氮為主，因此啟動(dòng)前期生物膜以快速富集自養(yǎng)硝化菌為主，此階段硝化負(fù)荷上升迅速；隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，生物膜中逐漸富集了一部分其他菌群，該部分微生物雖然使生物量有所增加，但與硝化關(guān)系不大。另外，對(duì)于MBBR工藝，在系統(tǒng)穩(wěn)定前，生物量與硝化負(fù)荷并非完全相關(guān)，對(duì)于不同水質(zhì)、不同階段需具體分析。
一、二級(jí)懸浮載體的生物膜厚度變化如圖7所示。生物膜厚度與生物量的變化趨勢(shì)較為一致，當(dāng)運(yùn)行14 d系統(tǒng)硝化負(fù)荷穩(wěn)定后，一、二級(jí)懸浮載體的生物膜厚度分別為（107±28）、（81±16）μm；此后，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，生物膜厚度繼續(xù)增長(zhǎng)；28 d后分別穩(wěn)定在（197±23）、（157±17）μm。
研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，即便是在同一懸浮載體上，生物膜厚度分布也并不均勻，且表面較為粗糙，如圖8所示。在水處理系統(tǒng)中，時(shí)刻發(fā)生著老齡生物膜的脫落與新生生物膜的生長(zhǎng)，生物膜厚度的差異可能是由于不同位點(diǎn)生物膜的更新程度不同。
綜上，采用MBBR工藝處理微污染河道水時(shí)，最不利溫度下系統(tǒng)的硝化負(fù)荷僅需14d即可達(dá)到穩(wěn)定，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，但生物膜的生物量和厚度則需要28d才能達(dá)到穩(wěn)定，相比硝化負(fù)荷具有一定的滯后性。
2.3 啟動(dòng)過(guò)程微生物多樣性變化及物種組成
以Chao和Ace指數(shù)表征樣品物種的豐富度，指數(shù)值越大，說(shuō)明該樣本物種數(shù)越多。如圖9（a）所示，整個(gè)研究階段，生物膜的Chao和Ace指數(shù)均無(wú)明顯變化趨勢(shì)，但除第21天外，其他時(shí)間一級(jí)生物膜的Chao和Ace指數(shù)均高于同期二級(jí)生物膜?？梢?jiàn)，系統(tǒng)在啟動(dòng)初期生物膜的物種豐富度就達(dá)到了較高水平，但受進(jìn)水負(fù)荷的影響，一級(jí)生物膜優(yōu)先發(fā)揮污染物去除作用，致使其物種豐富度高于二級(jí)生物膜。
以Simpson和Shannon指數(shù)表征樣品中微生物的α多樣性。Simpson指數(shù)值越大，說(shuō)明物種分布越不均勻，群落多樣性越低；Shannon指數(shù)與之相反，其值越高表明群落多樣性越高。如圖9（b）所示，前21 d生物膜的Shannon指數(shù)逐漸升高，而Simpson指數(shù)則相反；而除第28天外，其他時(shí)間一級(jí)生物膜的Shannon指數(shù)均高于同期二級(jí)生物膜，Simpson指數(shù)則相反。結(jié)合物種豐富度分析結(jié)果可知，在前21d，在一、二級(jí)生物膜物種豐富度較為穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，物種分布均勻程度逐漸上升。與硝化負(fù)荷及生物量分析結(jié)果相對(duì)應(yīng)，在啟動(dòng)初期，生物膜中優(yōu)先富集硝化菌群，而其他菌群雖然同樣富集于生物膜中，但整體分布并不均勻，隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，生物膜的物種分布均勻性逐漸升高，也反映了其他菌群相對(duì)豐度的提升，進(jìn)而導(dǎo)致生物量升高。而一級(jí)生物膜在物種豐富度較高的同時(shí)，物種分布均勻程度同樣高于二級(jí)生物膜，進(jìn)而導(dǎo)致其物種多樣性更高。
對(duì)各樣本屬水平物種組成進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖10。一、二級(jí)生物膜中的優(yōu)勢(shì)微生物較一致，但相對(duì)豐度存在一定差異，其中一級(jí)生物膜中分類較明確的優(yōu)勢(shì)菌屬包括Nitrospira、Hyphomicrobium、Nitrosomonas、Kouleothrix、Pedomicrobium等，二級(jí)生物膜中的優(yōu)勢(shì)菌屬有Nitrospira、Hyphomicrobium、Pedomicrobium、Nitrosomonas、Pedobacter等。
Nitrospira在一、二級(jí)生物膜中的相對(duì)豐度分別為8.48%~13.60%、6.48%～9.27%，該菌屬的部分菌種（如Candidatus Nitrospira inopinata、Candidatus Nitrospira nitrosa和Candidatus Nitrospira nitrificans等）除攜帶負(fù)責(zé)氨氧化的氨單加氧酶（AMO）和羥胺氧化還原酶（HAO）外，還攜帶亞硝酸鹽氧化還原酶（NXR），具有全程氨氧化能力，即將氨氮直接氧化成硝酸鹽氮。該菌屬在不同時(shí)間的相對(duì)豐度變化無(wú)明顯規(guī)律，但在一級(jí)生物膜中的相對(duì)豐度均高于同期二級(jí)生物膜，這可能是由于一、二級(jí)MBBR區(qū)進(jìn)水氨氮負(fù)荷差異所致。另外，根據(jù)穩(wěn)定后的生物量核算，該項(xiàng)目中純膜MBBR生物膜的比氨氧化速率為0.15kg/（kgMLSS·d），高于李俊等人在氧化溝短程硝化啟動(dòng)及運(yùn)行研究中的比氨氧化速率［0.037kg/（kgMLSS·d）］，這可能是由于MBBR懸浮載體強(qiáng)化了對(duì)硝化微生物的富集效果。
Hyphomicrobium在一、二級(jí)生物膜中的相對(duì)豐度分別為1.32%～13.40%、1.32%～6.69%，該菌屬除可利用甲醇、甲胺等一碳化合物作為唯一碳源和能源進(jìn)行脫氮外，還可參與多環(huán)芳烴（PAHs）污染水體中菲的降解，這可能與進(jìn)水中芳香烴類DOM的轉(zhuǎn)化有關(guān)。在前35d，該菌屬在一、二級(jí)生物膜中的相對(duì)豐度逐漸升高，且在一級(jí)生物膜中的相對(duì)豐度高于二級(jí)生物膜，說(shuō)明該菌屬的富集速率相對(duì)較慢，且受進(jìn)水中某種成分在一、二級(jí)MBBR之間的濃度差異影響導(dǎo)致相對(duì)豐度不同。
Nitrosomonas在一、二級(jí)生物膜中的相對(duì)豐度分別為2.89%～5.64%、0.00%～3.48%，該菌屬為常見(jiàn)的短程硝化細(xì)菌，其在不同時(shí)間的相對(duì)豐度無(wú)明顯變化規(guī)律，但受一、二級(jí)進(jìn)水氨氮濃度影響，除第35天外，其在一級(jí)生物膜中的相對(duì)豐度均高于二級(jí)生物膜。Kouleothrix在一、二級(jí)生物膜中的相對(duì)豐度分別為1.00%～5.56%、1.88%～4.38%，該菌屬為絲狀菌，在活性污泥系統(tǒng)中與污泥膨脹有關(guān)，在生物膜中則可能參與生物膜骨架的形成過(guò)程，該菌屬在不同時(shí)間不同樣品中的相對(duì)豐度均無(wú)明顯變化規(guī)律。Pedomicrobium在一、二級(jí)生物膜中的相對(duì)豐度分別為1.45%～2.88%、1.71%～6.45%，該菌屬可進(jìn)行反硝化脫氮，同時(shí)部分菌種對(duì)高鹽度具有一定的耐受性。Pedobacter僅在第7天大量存在于一、二級(jí)生物膜中，相對(duì)豐度分別為12.38%、11.37%，其余時(shí)間相對(duì)豐度均小于0.05%，該菌屬為污水處理系統(tǒng)內(nèi)常見(jiàn)的脫碳菌，部分菌種可降解酚類物質(zhì)，其在啟動(dòng)前期相對(duì)豐度較高可能與進(jìn)水水質(zhì)差異有關(guān)。
3 結(jié)論
① 采用MBBR工藝處理微污染水，在冬季最不利水溫條件下不接種污泥直接原水啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)10d系統(tǒng)調(diào)試成功，出水氨氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，一、二級(jí)MBBR出水氨氮分別為（1.35±0.38）、（0.43±0.15）mg/L，系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除率達(dá)到（88.98±3.03）%，一、二級(jí)MBBR的硝化負(fù)荷分別為（0.182±0.026）、（0.066±0.020）kg/（m3·d）；同時(shí)，系統(tǒng)具有一定的COD去除能力，相比進(jìn)水，出水DOM組分中增加了類富里酸類物質(zhì)。
② 在MBBR處理微污染水的啟動(dòng)過(guò)程中，硝化負(fù)荷增長(zhǎng)于14d后達(dá)到穩(wěn)定，生物膜的生物量增長(zhǎng)滯后于硝化負(fù)荷增長(zhǎng)，于28d后達(dá)到穩(wěn)定，一、二級(jí)生物膜的生物量分別為（2.66±0.36）、（2.14±0.19）g/m2，生物膜厚度分別達(dá)到了（197±23）、（157±17）μm；生物膜負(fù)荷具有一定余量，能夠抵抗進(jìn)水負(fù)荷沖擊。
③ 啟動(dòng)階段，生物膜的物種豐富度于21d后基本達(dá)到穩(wěn)定，一級(jí)生物膜的物種豐富度和分布均勻程度高于二級(jí)生物膜，具有更高的物種多樣性；生物膜中優(yōu)勢(shì)微生物主要有Hyphomicrobium、Nitrospira、Nitrosomonas、Kouleothrix、Pedomicrobium、Pedobacter等，其中硝化菌屬Nitrospira在一、二級(jí)生物膜中的相對(duì)豐度分別為8.48%～13.60%、6.48%～9.27%，Nitrosomonas的豐度分別為2.89%～5.64%、0.00%～3.48%，而Hyphomicrobium和Pedomicrobium等菌屬的存在可能與進(jìn)水中芳香烴類DOM的轉(zhuǎn)化有關(guān)。
④ 采用MBBR工藝處理微污染水，通過(guò)在已有絮凝沉淀池內(nèi)鑲嵌懸浮載體系統(tǒng)，強(qiáng)化氨氮去除效果，工程驗(yàn)證技術(shù)路線可行，且啟動(dòng)周期短，處理效果穩(wěn)定，可為微污染水旁位處理提供技術(shù)思路。