《Bioresource Technology》：Long-term carbon-limited operation of a pilot-scale high-MLSS anoxic–oxic reciprocating MBR: integrated removal of organic matter, nutrients, and micropollutants
编辑推荐：
•在持续碳限制条件下，600天的试点运行实现了持续的处理效果。•废水中的有机碳在不添加外部碳的情况下支持了营养物质的去除。•蛋白质类和亲水性碳优先被用作电子供体。•35种微量污染物在缺氧-好氧阶段表现出明显的去除效果。•往复式膜操作在高MLSS（混合液悬浮固体浓度）下保持了稳定的
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在持续碳限制条件下，600天的试点运行实现了持续的处理效果。
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废水中的有机碳在不添加外部碳的情况下支持了营养物质的去除。
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蛋白质类和亲水性碳优先被用作电子供体。
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35种微量污染物在缺氧-好氧阶段表现出明显的去除效果。
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往复式膜操作在高MLSS（混合液悬浮固体浓度）下保持了稳定的过滤效果。
引言
越来越多地期望废水处理系统在保持紧凑、节能和运行稳定性的同时，也能去除营养物质和痕量有机污染物（Gao等人，2022年；Ma等人，2018年；Palatsi等人，2021年）。在碳限制条件下实现这些多重功能尤其具有挑战性，因为废水中成分的时间变化会改变可用于异养代谢和反硝化的可降解有机碳的数量（Dong等人，2024年；Lee等人，2015年；Wang等人，2026年）。因此，需要能够有效利用可用碳同时保留多种微生物功能的处理工艺（Shi等人，2025年）。
在实际操作中，通常通过添加甲醇或乙酸等外部碳源来补偿碳的不足，以增强反硝化作用（Wu等人，2023年）。尽管这种方法有效，但连续补充会增加化学需求和操作复杂性，需要对变化的氮负荷进行仔细调整，而且过量添加可能会导致有机碳残留和生物质过度产生（Sheng和Wang，2026年；Xia等人，2024年）。这些限制促使人们寻求更有效利用废水中已存在的有机碳的处理策略（Cheng等人，2024年；Liu等人，2024年）。
通过保持较高的生物量库存和延长的固体停留时间（SRT），可以强化生物处理效果，从而在有限的反应器体积内提供较大的处理能力，并保留能够利用可降解且释放缓慢的底物的功能性强微生物群体（Amanatidou等人，2015年；Ng和Hermanowicz，2005年；Sun等人，2007年）。膜生物反应器（MBR）特别适合这种方法，因为膜分离使SRT与HRT（水力停留时间）分离，从而可以在紧凑的处理系统中维持较高的混合液悬浮固体（MLSS）浓度（Chang等人，2006年）。这些特性有助于支持稳定的硝化和异养碳利用，同时通过延长生物质停留时间和暴露于多种微生物功能来增加痕量有机污染物的转化机会（Maeng等人，2013年；Xia等人，2012年）。因此，高MLSS、长SRT的MBR操作可以在碳限制条件下维持多种处理功能，同时减少对外部碳补充的依赖（Dong等人，2024年）。
然而，高MLSS操作带来的生物优势也引入了一个重要的工程权衡：较高的生物量库存会增加对膜的固体和有机负荷，促进颗粒沉积、 Cake层形成和水力阻力；因此其实际价值取决于在高固体条件下的长期过滤稳定性（Trussell等人，2007年；Yigit等人，2008年；Zsirai等人，2014年）。机械诱导的膜运动提供了一种潜在的解决方法，即在膜-液体界面产生剪切力，而不降低反应器内的生物质浓度（Bilad等人，2012年；De Sotto和Bae，2020年；Nguyen等人，2023年）。特别是往复式膜过滤在膜表面和混合液之间产生周期性相对运动，可以限制颗粒沉积和Cake层的形成（Kim等人，2024年；Nguyen等人，2023年）。它可能提供一个适合持续高MLSS操作的固体分离平台，尽管其在碳限制条件下的长期生物强化处理中的整合效果尚未得到充分验证（Zuo等人，2025年）。
尽管已经分别研究了碳限制下的生物处理、微量污染物去除和膜污染控制，但它们在单一高MLSS处理系统中的长期整合在实际应用条件下的效果仍不够明确（Fal?s等人，2016年；Shi等人，2025年；Zuo等人，2025年）。特别是，目前尚不清楚顺序的缺氧-好氧处理是否能够在持续碳限制和高生物质浓度条件下同时实现营养物质的去除、水相微量污染物的减少以及稳定的膜过滤。填补这一知识空白需要一个全面的现场规模评估，整合有机物特性、营养物质去除、微量污染物命运、微生物群落组成和膜性能。
因此，本研究评估了在一个配备往复式膜模块（AO-MBRRM）的试点规模高MLSS Anoxic-Oxic MBR在600天运行期间的长期性能，整个运行过程中未添加外部碳。该研究同时考察了废水中的有机物特性、氮和磷的去除效果、35种微量污染物在水相中的去除情况、微生物群落组成以及膜过滤性能。本研究的主要贡献在于证明了在持续碳限制和高MLSS条件下，这些集成处理功能在一个试点规模系统中的长期可行性。
章节片段
系统配置和性能评估
在一个位于韩国Guri环境事务机构的试点规模AO-MBRRM中，连续运行了600天（图1）。该试点规模的AO-MBRRM处理来自市政污水处理厂的一级沉淀出水，平均进水流量约为110 m3/d，在持续低C/N条件下运行，未添加外部碳。污泥流量约为0.8 m3/d。混合液在MBR内部循环。
结果与讨论
本研究得出了三个关键发现：在高MLSS条件下系统运行和过滤的稳定性；在持续碳限制条件下有效的有机物和营养物质去除；以及具有独特微生物群落特征的特定化合物微量污染物的减少。
结论
本研究证明了在没有外部碳补充的情况下，试点规模高MLSS AO-MBRRM在碳限制条件下处理市政废水的长期可行性。在600天的运行期间，该系统实现了平均BOD5、CODMn、TN和TP的去除效率分别为99.3%、92.2%、74.1%和90.9%。顺序的缺氧-好氧配置支持了氮的转化，而蛋白质类和亲水性有机物质分数的变化表明...
CRediT作者贡献声明
Hojung Rho：撰写 – 初稿，数据整理。Daeho Kang：正式分析。Yong-Gu Lee：正式分析。Sangwon Kim：正式分析。Jaegwan Shin：正式分析。Jinwoo Kwak：正式分析。Seougjoon Kim：验证。Moon Sun Kang：验证。Kyeong-Ho Cheon：验证。Junho Jeon：撰写 – 审稿与编辑，概念构思。Kangmin Chon：撰写 – 审稿与编辑，监督，概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了韩国环境产业技术研究院（KEITI）的支持，该项目致力于通过研发核心设备和材料来增强水/空气环境产业的竞争力，资金来自韩国环境部（RS-2023-00215135）。此外，该研究还得到了NANO与材料技术发展计划的支持，该计划由韩国国家研究基金会资助，资金来源是科学技术信息通信部（项目编号：）。
Hojung Rho|Daeho Kang|Yong-Gu Lee|Sangwon Kim|Jaegwan Shin|Jinwoo Kwak|Seougjoon Kim|Moon Sun Kang|Kyeong-Ho Cheon|Junho Jeon|Kangmin Chon
