广东某水质净化厂，设计水量为260×104m3/d，处理对象为微污染河渠水，共分为两期，水量均为130×104m3/d。水厂原处理工艺为单级絮凝工艺，对进水中的TP、SS、COD消除疗效较好，但对浊度几乎没有处理能力；为响应政府整治河堤水的呼吁，强化水厂对浊度的处理能力，采用纯膜MBBR对水厂进行整修，切割39%的絮凝沉淀区并镶嵌MBBR工艺包产生MBBR区，MBBR区设置两级工艺，池体中间设置拦截筛网，将漂浮载体固定于各池体内。MBBR区的漂浮载体填充率为40%，投加的漂浮载体类型为SPR-Ⅲ型，材质为高密度聚乙烯（HDPE），载体直径为（25±0.5）mm，高为（10±1）mm，有效比表面积>800m2/m3，附着生物膜后密度与水接近，符合《水处理用高密度聚乙烯漂浮载体填料》（CJ/T461—2014）行业标准的要求。MBBR区设置穿孔和多孔曝气，穿孔曝气保证漂浮载体的流化，微孔曝气保证MBBR系统供氧。MBBR区的设计气水比最大为2.0。
改造前后水厂的主要工艺流程见图1。设计进水COD、BOD5、TP、SS分别为40、15、1.5、60mg/L，设计出水含量分别为30、7、1、50mg/L。对浊度的处理要求与进水水质相关，当进水氨氮≥6mg/L时，系统对浊度的消除量需小于5mg/L；当进水浊度为3~6mg/L时，系统对浊度的去除率不得高于84%；
试验材料与技巧
2.1 水样采集
以该项目一期工程为研究对象，自投加漂浮载体后开始，于上午9时分别采集总进水、沉淀区出水、一级和二级MBBR区出水，测定相关水质参数。
2.2 悬浮载体实际硝化性能试验
为验证漂浮载体的实际硝化能力，进行高基质下漂浮载体硝化小试。每周分别取一级和二级漂浮载体，以MBBR池进水补充氯化铵至浊度含量达到7mg/L作为小试进水，并根据盐度∶NH4+-N=8的比列投加NaHCO3以补充黏度。小试采用SBR运行方法，设置漂浮载体填充率为40%，DO及湿度控制与工程中MBBR池的实际运行参数一致，取样间隔为10min，持续50min；采集的水样通过0.45μm针筒过滤器后测定浊度含量并核算负荷变化。
2.3 悬浮载体生物量及生物膜长度测定
进行漂浮载体硝化小试的同时，随机从一级和二级MBBR区各取115枚挂膜漂浮载体（堆积容积为1L），用清水平缓冲洗漂浮载体2~3次，以消除表面开裂的生物膜和杂质，于60℃鼓风干燥箱中烘干12h后称量漂浮载体；随后将漂浮载体置于10%的盐酸碱液，搅拌曝晒12h后用自来水清洗；然后将漂浮载体置于10%的氢氧化钠碱液中搅拌曝晒12h，重复此过程直到漂浮载体表面的生物膜完全开裂；于60℃条件下烘干12h后再度称量漂浮载体。生物量为漂浮载体脱膜前干质量与漂浮载体脱膜后干质量之差。所取样品于工业显微镜下同步测定生物膜长度：测定漂浮载体中间多边形孔隙中各边生物膜长度，以长度均值和标准误差表示该阶段的生物膜长度。
2.4 高通量剖析
每周采集的一级和二级漂浮载体样品经预处理后进行基于16SrDNA的扩增子测序。测序选用试剂盒（E.Z.N.AMag-BindSoilDNAKit，OMEGA）提取微生物基因组DNA，通过1%琼脂糖凝胶电泳检查抽提基因组的完整性，利用Qubit3.0DNA试剂盒测定基因组DNA含量。PCR扩增所用质粒为341F/805R。对PCR产物进行琼脂糖凝胶电泳，并通过DNA胶回收试剂盒（SanPrep）对PCR产物进行回收，利用Qubit3.0DNA检查试剂盒对回收的DNA精确定量，通过IlluminaMiSeq测序平台进行高通量测序。测序结果中有关α多样性及物种组成参考已有技巧进行剖析。
2.5 样品测定方式
常规水质指标均采用国家标准方式测定。DO采用WTWMulti-3430i多参数水质检测仪测定。溶解性有机物（DOM）组分分布采用PerkinElmerLS55荧光分光光度计进行三维萤光波谱（3D-EEM）测定，激发波长（λEx）的扫描范围为200~400nm、步长为5nm，发射波长（λEm）的扫描范围为250~550nm、步长为1nm，扫描速率为1200nm/min。DOM荧光峰分布区域可分为5部份：Ⅰ区（λEx=200~250nm、λEm=280~320nm）为类芳香烃蛋白Ⅰ类物质；Ⅱ区（λEx=200~250nm、λEm=330~380nm）为类芳香烃蛋白Ⅱ类物质；Ⅲ区（λEx=250~400nm、λEm=380~540nm）为类富里酸类物质；Ⅳ区（λEx=250~340nm、λEm=280~380nm）为可溶性微生物代谢产物；Ⅴ区（λEx=250~340nm、λEm=380~540nm）为类腐殖酸类物质。
2.6 运行工况
系统采用原水启动，于2020年11月5日完成漂浮载体的投加，以一期工程（130×104m3/d）为研究对象，系统运行至12月21日时，其间日处理水量均值为（135.89±9.06）×104m3/d，其中处理水量超过设计值的天数为34d，占比超过70%，最大日处理水量达到了149×104m3/d。实际运行的气水比为1.0~1.7，MBBR区温度维持在18~24℃；一、二级MBBR区溶化氧自启动开始至出水水质达标，分别由8.5、9.3mg/L降至5.6、7.6mg/L，并在后续稳定运行期维持在（5.30±0.68）mg/L和（8.07±0.79）mg/L。
Nitrospira在一、二级生物膜中的相对丰度分别为8.48%~13.60%、6.48%~9.27%，该菌属的部份菌株（如CandidatusNitrospirainopinata、CandidatusNitrospiranitrosa和CandidatusNitrospiranitrificans等）除携带负责氨氧化的氨单加氧酶（AMO）和羟胺氧化还原酶（HAO）外，还携带亚硝酸盐氧化还原酶（NXR），具有全程氨氧化能力，即将浊度直接氧化成硝酸盐氮。该菌属在不同时间的相对丰度变化无显著规律，但在一级生物膜中的相对丰度均低于同期二级生物膜，这可能是因为一、二级MBBR区进水浊度负荷差别所致。另外，根据稳定后的生物量核算，该项目中纯膜MBBR生物膜的比氨氧化速度为0.15kg/（kgMLSS·d），高于李俊等人在滤池近程硝化启动及运行研究中的比氨氧化速度[0.037kg/（kgMLSS·d）]，这可能是因为MBBR漂浮载体强化了对硝化微生物的富集疗效。
Hyphomicrobium在一、二级生物膜中的相对丰度分别为1.32%~13.40%、1.32%~6.69%，该菌属除可借助甲醇、甲胺等一碳化合物作为惟一碳源和能源进行脱氮外，还可参与多环芳烃（PAHs）污染底泥中菲的降解，这可能与进水中芳香烃类DOM的转化有关。在前35d，该菌属在一、二级生物膜中的相对丰度渐渐下降，且在一级生物膜中的相对丰度低于二级生物膜，说明该菌属的富集速度相对较慢，且受进水中某种成份在一、二级MBBR之间的含量差别影响造成相对丰度不同。
Nitrosomonas在一、二级生物膜中的相对丰度分别为2.89%~5.64%、0.00%~3.48%，该菌属为常见的近程硝化细菌，其在不同时间的相对产率无显著变化规律，但受一、二级进水浊度含量影响，除第35天外，其在一级生物膜中的相对丰度均低于二级生物膜。Kouleothrix在一、二级生物膜中的相对丰度分别为1.00%~5.56%、1.88%~4.38%，该菌属为丝状菌，在活性淤泥系统中与污泥膨胀有关，在生物膜中则可能参与生物膜骨架的产生过程，该菌属在不同时间不同样品中的相对丰度均无显著变化规律。Pedomicrobium在一、二级生物膜中的相对丰度分别为1.45%~2.88%、1.71%~6.45%，该菌属可进行反硝化脱氮，同时部份菌株对高浊度具有一定的耐受性。Pedobacter仅在第7天大量存在于一、二级生物膜中，相对丰度分别为12.38%、11.37%，其余时间相对丰度均大于0.05%，该菌属为污水处理系统内常见的渗碳菌，部分菌株可降解酚类物质，其在启动前期相对丰度较高可能与进水水质差别有关。
