移动床生物膜反应器耦合膜工艺去除生活与医院废水中微污染物的效能评估与机制解析

本研究针对传统污水处理工艺对有机微污染物(MPs)去除效率低的问题，创新性地将移动床生物膜反应器(MBBR)与超滤(UF)/纳滤(NF)膜工艺耦合，处理低C/N比(0.9-5.4)的生活与医院废水。系统对19种欧盟重点监控MPs(包括卡马西平等难降解物)的去除率达85%以上，并通过NF浓缩液回流使酮洛芬生物去除率提升至50.3%。该研究为复杂废水处理提供了高效集成方案。

　　

随着全球水资源短缺加剧，污水处理厂排放的有机微污染物(MPs)已成为威胁水生态安全和人类健康的重大隐患。这类污染物包括药物活性化合物、内分泌干扰物和农药等，尽管浓度通常低于1 μg/L，但其潜在的累积毒性和生态风险不容忽视。传统二级处理工艺对MPs的去除效率有限，特别是对卡马西平(CBZ)等顽固性化合物。更棘手的是，医院和生活废水中普遍存在的低碳氮比(C/N 0.9-5.4)特性，进一步制约了生物处理系统的脱氮效能。

法国图卢兹大学(Université Paul Sabatier)的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，构建了一套创新型集成工艺：将移动床生物膜反应器(MBBR)与超滤(UF)、纳滤(NF)单元耦合，处理经过预膜滤的医院和生活废水。研究采用实验室规模系统，通过17周生物膜驯化后，开展两个独立实验周期(C1:生活废水；C2:医院废水)。关键技术包括：(1)采用Hel-X Bio Chips Flake 30生物载体(比表面积5000 m²/m³)的MBBR；(2)30 nm陶瓷超滤膜与400 Da纳滤膜串联；(3)QuEChERS法提取19种目标MPs；(4)UHPLC-MS/MS分析技术；(5)Daphnia magna 48小时急性毒性测试。

3.1 集成工艺总体性能

系统展现出卓越的COD去除能力(>75%)，NF单元的加入使总去除率提升至98%。尽管C/N比严重偏低(1.3-5.4)，MBBR仍实现65%以上的铵氮去除，但总氮去除受限(9.6-37.4%)。生物量分析显示，附着生物膜占总生物量的93-98%，是污染物降解的主力军。

3.2 MPs去除效率

NF膜对大多数MPs的截留率>85%，其中阿奇霉素(AZT)因分子量最高获得96%截留率。生物系统对乙酰氨基酚(ACM)的去除率超99%，而甲福明(MFM)的去除受溶解氧影响显著(从93.4%降至1.2%)。最具突破性的发现是：NF浓缩液回流使酮洛芬(KTP)的生物去除率从5.9%提升至50.3%，验证了延长接触时间对难降解物处理的积极效应。

3.3 出水毒性评估

通过Daphnia magna测试显示，原水存活率仅35%，经生物-UF处理后升至55%，最终NF出水达到95%存活率，与对照组无显著差异(p>0.05)。值得注意的是，虽然环磷酰胺(CPP)的NF截留率达92%，但其在C2.3期的负去除率(-7.7%)提示了高浓度输入下的累积风险。

这项研究的重要意义在于：首次系统评估了膜浓缩液回流对MBBR处理MPs的实际影响，为"零排放"工艺设计提供了关键参数。所开发的集成工艺不仅解决了低C/N比废水处理难题，更通过NF单元实现了85%以上的综合MPs去除率，包括卡马西平等传统工艺难以降解的化合物。经济性分析表明，虽然该系统的CAPEX是传统活性污泥法的2倍，但其省去了浓缩液处理成本，且通过碳分流补偿了能耗。研究团队建议未来应优化回流比例，并开展慢性毒性测试以全面评估生态风险。这些发现为污水处理厂升级改造提供了兼具技术可行性和经济合理性的解决方案。