華南地區某微環境污染水處理站總處置經營規模260×104 m3/d，為改進河堤水體，需對原加工工藝開展更新改造，在其中關鍵操縱指標值為氨氮。充分考慮加工工藝適應能力、項目投資運維管理成本費、工程施工難度系數水平等要素，最后選擇純膜mbbr加工工藝開展更新改造，將一部分沉積區改成純膜mbbr區，并選用側進側出微動力混和池型開展更新改造，選用不注射淤泥源水運行，歷經10天運行取得成功，平穩運作環節系統軟件氨氮污泥負荷平均值保持在90%以上。出水氨氮濃度值關鍵受水的溫度和滲水氨氮濃度值危害比較大，水氣比和水力發電負荷率對出水氨氮濃度值危害較小，系統軟件具有較好的耐水力發電沖擊性特性。從生物膜性能上看，硝化負荷、生物膜生物量及膜薄厚各自在14d和28d后實現平穩，生物膜生物量提高落后于負荷提高。生物膜負荷具備一定容量，可以抵御滲水負荷沖擊性。生物膜中優點微生物菌種關鍵有nitrospira、hyphomicrobium、nitrosomonas、kouleothrix、pedomicrobium、pedobacter等，在其中，優點硝化菌nitrospira相對豐度自動運行逐漸便慢慢升高，在第28d基本上做到平穩，在一二級生物膜中相對豐度保持在13.10±1.10%、8.66±0.72%。除此之外，飄浮媒介生物膜具有較好的耐挨餓特性，在高溫離水7d后修復試壓，用時4天修復確保出水氨氮濃度值合格。純膜mbbr加工工藝線路簡易、占地面積省，項目投資運維管理低成本，運行快速，運作平穩，適合微環境污染水處理站新創建或擴建工程。

01

項目可行性

1.1 項目概況廣東省某污水凈化廠，解決經營規模260×104m3/d，為河堤旁為解決設備，處理市區段的河堤水源污染問題。本廠原選用一級加強混凝沉淀加工工藝，合理地減少了懸浮固體、有機化合物、總氮等污染物質，改進了河堤水體。但該加工工藝對氨氮幾乎沒有解決實際效果，對于氨氮的環境污染問題，需對污水處理廠開展更新改造，使其另外具有硝化、除磷作用。考慮到滲水氨氮濃度值轉變區域比較大，依據不一樣滲水氨氮濃度值各自設置出水氨氮限定、氨氮污泥負荷和氨氮除去量規定（見表1）。

表1 設計方案進、出水水體

本工程更新改造遭遇無新增建設用地、滲水水體變化大、水體貧營養成分難聚集微生物菌種、投資項目受到限制等好幾個難題。最先，自來水廠原來建筑物飽和狀態，無新創建商業用地，需挑選可嵌入或原點執行的生產工藝；次之，本廠包含水體多，涉及到河段范圍廣，造成滲水水體、水流量起伏大，解決難度系數高，更新改造加工工藝需具備很強的耐沖擊工作能力；再度，微環境污染水歸屬于貧營養成分水體，不利微生物菌種聚集；最終，該新項目規模大，但總投資受到限制，需挑選經濟實用加工工藝以減少項目投資。綜合性以上工程項目難題，需尋找高效率、原點、平穩、迅速、經濟發展的氨氮除去技術性實現加工工藝更新改造。

02

純膜mbbr改造技術方案與計劃方案

對于微環境污染水的氨氮除去，選用活性污泥無法合理聚集微生物菌種，一般選用生物膜法。基本的生物膜法，包含曝氣生物濾池（baf）、微生物輪盤、微生物觸碰空氣氧化、挪動床生物膜反應釜(mbbr)等。在其中，mbbr加工工藝根據向反應釜找加飄浮媒介聚集生物膜，在飄浮媒介流動性環節中，完成微生物菌種的動態更新及污染物質的高效率除去。因為其硝化負荷高、耐沖擊性強、執行快速、項目投資運作成本劣等優點在我國取得了廣泛運用，工程規模已超出2000×104m3/d。

mbbr加工工藝，依照其系統軟件內微生物菌種關鍵存有方法，分成泥膜復合型mbbr加工工藝（s-mbbr）和純膜mbbr工藝（p-mbbr），而對于微環境污染水的整治，純膜mbbr加工工藝優點愈發顯著，而且于2019年便在江蘇省鹽城市完成了大范圍的順利運用，解決水流量30×104m3/d，運用成效優良，并進一步完成了本地別的2個微污染源污水處理新項目，解決新項目90×104m3/d。除此之外，中國別的的幾類p-mbbr新項目在解決標準化出水狀況下均表現出優良的解決實際效果。因而，融合本工程項目的難題及要求，選用純膜mbbr加工工藝開展更新改造，完成高效率氨氮除去的總體目標。

2.1生產流程

原加工工藝以一級加強混凝沉淀加工工藝為關鍵，上下游河堤水先后通過粗、細格珊、平流式沉淀池式沉淀池、斜板沉淀池反映池友誼流沉砂池后注入河堤中下游，減少水質懸浮固體、有機化合物、總氮等污染物質。廢渣及污泥處理后運輸。

更新改造后在沉砂池尾端45m內嵌入純膜mbbr系統軟件。本廠目前平流式沉淀池沉砂池12座，長×寬×高分別為為115.0 m×40.7 m×6.5 m，池里傾斜度0.01。每座分為5格，每格寬度7.9 m。水準流動速度65.3m/h，表層負荷2.0 m3/(m2·h)，停留的時間為106 min。此次更新改造將沉砂池尾端45 m處地區激光切割更新改造為純膜mbbr加工工藝。拆卸了沉砂池尾端45 m處的刮泥設備。更新改造后平流式沉淀池沉砂池長70 m，表層負荷上升至3.3 m3/(m2·h)，沉砂池停留的時間減少至 **  min，選用網格圖斜板沉淀池方法完成混凝土藥物充足混和。沉砂池尾端水位3.95 m，底端傾斜度0.01，坡度斜板沉淀池池方位，有利于沉砂池淤泥集聚至泥斗處。純膜mbbr區停留的時間0.69 h。思普潤完成了在其中130萬t/d的更新改造，添加spr-iii型飄浮媒介，飄浮媒介相對密度約 0.94～0.97g/cm3，材料為hdpe，合乎《水處理用高密度聚乙烯懸浮載體填料》(cj/t 461-2014)國家標準，純膜mbbr區在調節池正中間根據阻攔不銹鋼篩網設為二級加工工藝，各個飄浮媒介添充率均為40%（滲水氨氮濃度值>>水力發電負荷率和水氣比。選用主成分分析法（pca）剖析了運作環節內水氣比、滲水氨氮濃度值、水力發電負荷率、水的溫度、出水氨氮濃度值5個主要參數中間關聯，以進一步研究各影響因素對出水氨氮濃度值的干擾實際效果。根據選用spss手機軟件測算主成分分析法kmo數值0.661>0.6，bartlett檢驗相匹配p數值0.000滲水氨氮濃度值>>水力發電負荷率和水氣比。進一步選用spss手機軟件將水氣比、水力發電負荷率、滲水氨氮濃度值、溫度做為變量，出水氨氮濃度值做為自變量開展線性回歸分析。溫度的的相關系數數值-0.017，表明溫度與出水氨氮濃度值展現一定的負關聯性，但具體運作數據顯示，當水的溫度>15℃時已并不是出水氨氮濃度值的約束性要素，關聯性早已變弱；滲水氨氮濃度值與出水氨氮濃度展現正關聯性，根據設計方案滲水水體濃度值下，出水氨氮濃度可以完成平穩合格，但系統軟件可以承受滲水氨氮濃度值的實際最高值，需再次追蹤運作實際效果。水氣比的相關系數數值-0.063，其對出水氨氮造成成反比危害，表明水氣比越高，出水氨氮濃度值越低，但系統軟件歸功于優良的水解酸化池系統軟件可保持在低水氣比優良氣流輸送和加氧作用，完成出水氨氮的平穩合格，故在出水氨氮濃度值合格的情形下，關聯性早已變弱。水力發電負荷率的相關系數數值0.119，且p=0.099>0.05，代表著水力發電負荷率并不會對出水氨氮造成危害關聯，表明出純膜mbbr系統軟件優良的抗水流量沖擊性特性，歸功于mbbr區微動力混和池的池型布局。必須留意的是，依據線性回歸分析獲得的r2數值0. ** 9，代表著溫度、水力發電負荷率、滲水氨氮濃度值、水氣比4個要素可以表述出水氨氮的 ** .9%的變動緣故。與基本市政工程廢水不一樣，針對微環境污染水硝化的影響因素仍需進一步深層研究。

圖6 危害出水氨氮濃度值各種因素

3.4飄浮媒介生物膜特性及高通量測序剖析

mbbr解決微環境污染水， 出水水體、硝化負荷、生物膜生物量及膜薄厚各自在 10d、14d和28d后實現平穩，生物膜生物量提高落后于負荷提高。生物膜負荷具備一定容量，可以抵御滲水負荷沖擊性。為了更好地精確的表現mbbr區飄浮媒介硝化工作能力，在飄浮媒介添加進行后取一、二級飄浮媒介開展硝化檢樣并計算各個飄浮媒介氨氮除去容量負荷，同歩測量生物膜生物量與生物膜薄厚。硝化檢樣及生物量測量結果如下圖7所顯示。飄浮媒介掛膜7d，一、二級容量負荷各自為0.111 kgn/m3/d和0.075 kgn/m3/d；在后面7d快速上升至0.328和0. **  kgn/m3/d，此后一、二級硝化負荷各自平穩在0.32±0.008 kgn/m3/d和0.21±0.010 kgn/m3/d，一級容量負荷是二級容積負荷的1.5倍上下，且檢樣各個飄浮媒介容量負荷均高過新項目具體運作計算的硝化負荷。因為檢樣的滲水氨氮濃度值較工程項目高，主要表現出更高一些的硝化負荷，與硝化負荷受滲水基質濃度限制值的結果相符合。與此同時，也表明飄浮媒介生物膜存有負荷容量，這為mbbr優良的抗水體沖擊性實際效果打下了分子生物學基本。各個飄浮媒介生物膜生物量均展現快速上升后慢慢平穩的發展趨勢；掛膜7d時，生物膜相對性較薄，生物量較低（一、二級飄浮媒介生物量各自為0.62g/m2和0.49g/m2），此后各個飄浮媒介生物量快速升高，并且于第28d逐漸逐步平穩在2.66±0.36g/m2和2.14±0.19 g/m2。受滲水負荷較低危害，該生物量水準較市政工程污水處理系統中(10-15g/m2)顯著稍低。一二級mbbr區生物膜薄厚與生物量趨勢分析更為貼近，一二級生物膜在28d各自做到197±23um、157±17um，此后一二級生物膜薄厚均轉變并不大。除此之外，飄浮媒介表層生物膜薄厚遍布并不勻稱，且外表比較不光滑(圖8)。生物膜做為一個動態更新的水凈化系統，時時刻刻產生著老齡化生物膜的掉下來與再生生物膜的生長發育，生物膜薄厚差別的因素很有可能取決于不一樣結構域生物膜升級水平不一樣。盡管飄浮媒介生物膜生物量與容量負荷趨勢分析類似，可是并不完全一致。運行環節，硝化負荷升高技術領先生物量提高，考慮到關鍵因素為系統軟件基質濃度低，但污染物質類型主要是以氨氮為主導，因而運行早期生物膜關鍵以迅速聚集自繁硝化有益菌為主導，此環節負荷升高快速。伴隨著系統軟件運作，生物膜中慢慢聚集了一部分別的有益菌，該一部分微生物菌種盡管使生物膜生物量有所增加，但與硝化沒有太大的關系。此外，針對mbbr加工工藝，在體系平穩前，生物量與硝化負荷并不是徹底有關，針對不一樣水體不一樣環節需深入分析。總的來說，以mbbr處理工藝微環境污染河堤水，最不好溫度下系統軟件硝化負荷僅需14d就可以做到平穩，出水穩定合格，但相匹配生物膜生物量、生物膜薄厚則必須28d做到平穩，生物膜生物量及薄厚的提高對比硝化負荷具備一定滯后效應。

圖7 運行環節各個飄浮媒介檢樣容量負荷、生物膜生物量及薄厚

圖8 第120天一二級mbbr區生物膜厚度

生物膜中優點硝化菌nitrospira相對豐度自動運行逐漸便慢慢升高，于第 14d后基本上做到平穩，在一二級生物膜中相對豐度各自為13.10±1.10%、8.66±0.72%，明顯高過已報導的別的加工工藝；選用根據16srdna的擴增子轉錄組測序剖析生物膜中微生物菌種構成，如下圖9所顯示，依附水準種群構成看，一二級生物膜優點微生物菌種比較一致，但相對豐度存有一定差別，在其中一級生物膜中歸類比較確定的優點菌屬包含nitrospira、hyphomicrobium、nitrosomonas、kouleothrix、pedomicrobium等，二級生物膜中優點菌屬包含nitrospira、hyphomicrobium、pedomicrobium、nitrosomonas、pedobacter等。

與系統軟件硝化實際效果立即有關的微生物菌種涉及到nitrosomonas(亞硝化單胞菌)和nitrospira(硝化螺旋菌)。在其中，nitrosomonas在一二級生物膜中相對豐度各自為2.89-5. ** %、0.00-3.48%。其在不一樣時間相對豐度無顯著變化趨勢，但受一二級滲水氨氮濃度值危害，造成除第35d外，其在一級生物膜中相對豐度均高過二級生物膜。nitrospira在一二級生物膜中相對豐度各自為8.48-14.23%、6.48-9.27%，該菌屬一部分菌苗(如candidatus nitrospirainopinata、candidatus nitrospira nitrosa和candidatus nitrospira nitrificans等)除帶上承擔氨空氣氧化的amo和hao外，與此同時還帶上硝酸鹽空氣氧化必不可少的nxr，具備全過程氨空氣氧化的工作能力，即一類微生物菌種可以進行氨氮空氣氧化成磷酸鹽的全過程(co ** mmox)。該菌屬在不一樣時間上相對豐度轉變無顯著規律性，但在一級生物膜中相對豐度均高過同期二級生物膜。考慮到關鍵緣故為一二級mbbr區滲水氨氮負荷差別造成。此外，依據平穩后的生物量計算該新項目純膜mbbr生物膜比氨空氣氧化速度為0.15 kgn/kgmlss/d，較基本活性污泥變空氣氧化速度更高一些，考慮到關鍵因素取決于mbbr懸浮載體強化了對硝化微生物的富集效果所導致。此外，該菌屬相對豐度自啟動開始便逐漸上升，在第14d基本達到穩定，在一二級生物膜中相對豐度維持在13.10±1.10%、8.66±0.72%。

hyphomicrobium在一二級生物膜中相對豐度分別為1.32-13.40%、1.32-6.69%，該菌屬除可利用甲醇、甲胺等一碳化合物做唯一碳源和能源進行脫氮外，還可參與pahs（polycyc lic arom atic hydrocarbons）污染水體中菲的降解，可能與進水中芳香烴類dom的轉化有關。。kouleothrix在一二級生物膜中相對豐度分別為1.00-5.56%、1.88-4.38%，該菌屬為絲狀菌，在活性污泥系統中與污泥膨脹有關，在生物膜中則可能參與提供生物膜骨架的形成有關。該菌屬在不同時間不同樣品中相對豐度均無明顯規律。pedomicrobium在一二級生物膜中相對豐度分別為1.45-2.88%、1.71-6.45%。該菌屬可進行反硝化脫氮，同時部分菌種對高鹽度具有一定耐受性。pedobacter僅在運行第7d大量存在于一二級生物膜中，相對豐度分別為12.38%、11.37%，其余時間相對豐度均小于0.05%，該菌屬為污水處理系統內常見脫碳菌，部分菌種可降解酚類物質，其在啟動前期相對豐度較高的原因可能與進水水質差異有關。

除硝化菌外，其余菌屬于不同時間相對豐度變化存在一定隨機性，且與mbbr分級無明顯相關性。說明純膜mbbr系統生物膜微生物更新速度較快，運行條件或水質參數的變化均會引起微生物屬水平相對豐度的變化。

圖9 生物膜優勢物種及相對豐度

3.5懸浮載體生物膜耐饑餓性能

純膜 mbbr系統具備良好的耐饑餓性能，系統停止運行排空7d后恢復通水，用時4d即可恢復處理效果。純膜mbbr工藝恢復效果較好，恢復時間較快，不影響廠區正常運行；水廠實際運行過程中，受池體檢修、設備維護等影響可能導致系統停運，此時，懸浮載體生物膜性能無 ** 常發揮。而水廠恢復運行時，懸浮載體生物膜處理效果的恢復性能對水廠的穩定運行將起到至關重要的作用。該項目其中一組池體在運行期間放空檢修，懸浮載體在31.10±1.50℃條件下自然狀態下離水7d。恢復通水后，系統硝化效果的恢復情況如圖9所示。可以看出，系統恢復第1d至第5d的出水氨氮濃度分別為2.00、1.50、1.21、0.83、0.44mg/l；氨氮去除率分別為30.56%、46.24%、65.13%、77.26%和88.51%。離水一周恢復通水后，首日仍具有30%以上氨氮去除率，第4d出水即可達到設計標準，第5d恢復至日常處理效果，出水氨氮濃度低于0.5mg/l，氨氮去除率達到90%以上。懸浮載體生物膜停產運行后恢復效果較好，恢復時間較快，不影響廠區正常運行。目前，對于成熟懸浮載體生物膜的保存多在低溫下進行。此時對環境、方法等要求較高且嚴格。而本項目面對懸浮載體的靜置，無需采用繁瑣的保存方式，簡單易行，可輕松應對系統間歇運行，更具實踐價值。

圖10 系統停產后恢復效果

3.6純膜 mbbr水力流態分析

水力流態模擬優化 mbbr池型布置，保證mbbr系統實現低耗均勻流化。mbbr區借助水力流態模擬，通過曝氣管路的合理布置以及池型的改良設計，實現了懸浮載體在池內的均勻分布。從表觀流化效果看，在進水端沒有出現懸浮載體明顯減少的情況，而在出水端也不存在懸浮載體明顯增多的情況，確認了水力流態模擬應用于mbbr池型設計的合理性。

圖11 純膜mbbr區實際水力流態

04

經濟分析

本項目建設總投資2.63億元，針對微污染水硝化，純膜mbbr工藝包投資為55元/m3。改造后項目整體運行費用為0.076-0.109元/m3。由于新增鼓風曝氣，導致運行電耗增加0.009～0.018元/m3，達到0.019～0.020元/m3。純膜mbbr區無需要添加藥劑或菌種，因此項目藥劑費用維持在0.006-0.008元/m3，較改造前差異不大。

05

結論

1）經過在大型工程項目進一步驗證，純膜mbbr工藝適用于微污染水處理，具備經濟、高效、持續、穩定的優勢；將純膜mbbr系統鑲嵌入原一級強化沉淀池末端，改造完成懸浮載體全部投加后10d氨氮即完成調試實現達標，長期運行出水氨氮穩定達標，且普遍低于0.5mg/l，系統具備良好的抗沖擊性能；

2）純膜mbbr系統微污染水，出水氨氮濃度主要受水溫和進水氨氮濃度影響較大，基于良好的流化效果及抗沖擊性能，出水氨氮受氣水比與進水水力負荷率影響不大，水溫>進水氨氮濃度>>水力負荷率和氣水比；

3）純膜mbbr系統處理微污染水過程中，出水水質、硝化負荷、生物量分別為10d、14d和28d后達到穩定，生物膜生物量增長滯后于負荷增長；生物膜負荷具有一定余量，能夠抵抗進水負荷沖擊；

4）生物膜中優勢微生物主要有nitrospira、hyphomicrobium、nitrosomonas、kouleothrix、pedomicrobium、pedobacter等，其中，優勢硝化菌nitrospira相對豐度自啟動開始便逐漸上升，在第28d基本達到穩定，在一二級生物膜中相對豐度維持在13.10±1.10%、8.66±0.72%；

5）純膜mbbr系統具備良好抗饑餓性能，系統在31.10±1.50℃停止運行排空7d后恢復通水，用時4d恢復保障出水氨氮濃度達標，恢復效果好，恢復周期短，不影響廠區正常運行。

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后記

本項目已發表的論文：

[3]周家中, 吳迪, 鄭臨奧. 純膜mbbr工藝在國內外的工程應用[j]. 中國給水排水, 2020,36(22): 37-47.

[4]韓文杰, 周家中, 劉妍, 吳迪等.實際氧轉移效率測定方法探討及工程驗證[j]（已錄用）

[5] 劉妍, 滕一杰, 陳柱堆, 等. 純膜mbbr工藝用于南方某大型水質凈化廠改造工程實踐分析[j]（已錄用）

純膜 mbbr處理微污染水的論文：

[6]王毅, 井添祺, 周家中, 等. 鹽城市某原水預處理廠設計與運行分析[j]. 凈水技術, 2020,39(07): 24-29.

[7]周正興, 孫曉陽, 吳迪, 等. mbbr處理某水廠微污染水硝化性能研究[j]. 水處理技術, 2020,46(08): 121-125.

純膜 mbbr的其他論文：

[8]陳祥瑞, 杜強強, 韓文杰, 等. 基于純膜mbbr的緊湊型污水處理bfm中試基質轉化特性[j].環境工程學報, 2021(11):1-16.

[9]彭明, 周家中, 韓文杰, 等. 基于純膜mbbr的biofimag?工藝用于新建污水處理廠[j]. 中國給水排水, 2021,37(06): 71-75.

[10]鄭志佳, 吳迪, 張晶晶, 等. 兩級后置純膜mbbr的反硝化性能研究[j]. 環境工程, 2019,37(09): 68-73.