综述：一体化固定膜活性污泥及其衍生工艺：载体设计、微生物调控与污水强化脱氮研究综述

（编辑推荐）本综述系统解析了一体化固定膜活性污泥（IFAS）工艺及其衍生技术高浓度粉末载体生物流化床（HPB）的核心优势：通过载体优化（如微米级粉末载体）构建生物膜-悬浮污泥双相系统，显著提升污染物（COD、NH4+-N、TN、TP）去除效率，突破传统工艺质量传递限制，并揭示胞外聚合物（EPS）、群体感应（QS）对功能菌群富集与微生态调控的机制，为污水脱氮除磷提供创新解决方案。

　　

Abstract
一体化固定膜活性污泥（IFAS）工艺因其生物膜与悬浮污泥的双重优势，在污水处理中展现出卓越性能。该工艺通过引入生物载体同步富集附着与悬浮微生物，显著提升系统生物量并延长污泥龄。本文系统梳理了IFAS的载体选择标准（如比表面积、孔隙结构）、生物膜形成过程，以及微米级载体衍生的HPB工艺如何通过全流态化体系突破传统IFAS的质量传递瓶颈。

Introduction
随着水体富营养化问题加剧，传统活性污泥（CAS）工艺面临脱氮效率低、污泥膨胀等挑战。IFAS通过载体介导的生物膜-悬浮污泥协同作用，实现了功能菌群（如硝化菌、反硝化菌）的定向富集，尤其在低C/N比条件下仍能保持高效脱氮。HPB工艺进一步采用微米级粉末载体，其比表面积（SSA）较传统毫米级载体提升数十倍，通过构建双污泥龄系统强化了同步硝化反硝化（SND）和厌氧氨氧化（ANAMMOX）路径。

Principle of IFAS
IFAS的核心在于载体表面形成的生物膜与悬浮污泥的协同降解机制。生物膜内部因氧梯度形成好氧/缺氧/厌氧微环境，为多途径脱氮（如短程硝化反硝化）创造条件。载体特性（如聚乙烯、聚氨酯材质）直接影响生物膜厚度与菌群结构，而EPS的分泌与QS信号传导则调控生物膜稳定性。

Characteristics of bio-carriers
理想载体需具备高机械强度、粗糙表面及多孔结构以促进微生物附着。HPB采用的粉末载体（粒径50-200μm）通过全流态化设计显著提升传质效率，其生物亲和性可定向富集硝化螺旋菌（Nitrospira）等功能菌属，使TN去除率较传统IFAS提升15%-30%。

Enhanced nitrogen removal mechanisms
IFAS中生物膜微环境通过以下路径强化脱氮：① 外层好氧区完成NH₄⁺-N氧化为NO₂^--N；② 内层缺氧区驱动反硝化或ANAMMOX；③ EPS形成的凝胶网络保护功能菌免受冲击负荷影响。HPB工艺因载体尺寸减小，溶解氧扩散深度降低，进一步促进SND效率。

HPB: Breakthroughs and challenges
HPB通过载体回收系统实现粉末载体循环利用，在天津某污水厂应用中，TN出水浓度稳定低于10mg/L（进水C/N=3.5）。但微载体分离能耗较高，未来需优化磁分离或旋流分离技术以降低运营成本。

Conclusion
IFAS与HPB通过载体革新与微生态调控，为污水脱氮提供了高效、紧凑的解决方案。未来研究应聚焦于载体表面改性（如导电材料负载）以进一步强化电子传递，推动工艺向低碳化发展。