《Journal of Environmental Management》文章：移动床生物膜反应器处理含PPCPs废水的生物膜形成及微生物相互作用：综述

水资源是人类赖以生存和发展的关键，开发高效废水处理技术对于社会的可持续发展至关重要。传统的污水处理厂广泛采用活性污泥法、膜生物反应器等工艺，存在占地面积大、能耗高、产生温室气体等问题，无法满足日益严格的水处理需求。移动床生物膜反应器具有多种优点，被认为是对传统污水处理工艺的改进。
本文对MBBR工艺特点及其影响因素进行分析和总结，为该工艺的应用和发展提供支撑。同时，MBBR工艺被证明是去除新型污染物PPCPs的一种具有前景的技术手段，通过附着生物膜及微生物活动实现对PPCPs的生物降解和生物累积。但目前的研究缺少关于MBBR工艺处理PPCPs的归纳和总结，需要进一步分析探讨。因此，本文在分析MBBR工艺特点和影响因素的基础上，结合微生物相互作用，总结了MBBR工艺对不同PPCPs的吸附降解等去除途径以及PPCPs对MBBR系统的影响，并提出了强化MBBR系统去除PPCPs的改进方向，旨在促进MBBR工艺作为一种去除PPCPs的绿色经济手段得到更广泛的应用和发展。

MBBR载体附着生物膜是系统实现水质净化的关键主体。游离微生物首先通过分子间作用力、氢键等粘附在载体表面，硝化、反硝化菌等多种微生物占据不同的生态位，形成层级微生物群落。随着系统运行，生物膜受水流冲刷、机械碰撞等外力作用及生物膜老化等影响，部分附着微生物从生物膜中剥离，并重新附着在载体上，形成新的生物膜，系统在生物膜的脱落和更新中实现动态平衡。生物膜的形成还受载体类型、曝气策略、填充率、C/N比等多种因素影响，具有不同的微生物群落和结构特点。

吸附作用是MBBR系统去除PPCPs的第一步。水环境中的PPCPs受自身表面电荷、亲疏水性、解离常数、分子尺寸等影响在生物膜表面实现快速吸附。PPCPs可以在微生物酶系统的参与下，直接矿化或转化为次级代谢产物，实现生物降解和生物累积。某些微生物群落与部分PPCPs的降解转化之间存在统计学上的相关性。在添加PPCPs后，具有抗性或相应降解能力的微生物丰度出现不同程度的上升，生物膜微生物群落及结构发生变化，提高了MBBR系统的处理能力。PPCPs作为一种环境胁迫，也会影响系统的运行状况及对营养物质的净化能力，这在多项研究中均有证实。

MBBR系统可以通过调整工艺参数、接种特异性功能微生物、与物理化学或生物过程耦合等手段，提高对PPCPs的处理能力。
（1）如图3所示，PPCPs的处理效果受MBBR运行参数的影响，部分指标与某些PPCPs的去除效率之间存在明显的正负相关关系。针对不同类型PPCPs，可以通过调控进水污染物浓度、溶解氧含量、pH值、添加碳源等手段提高系统对PPCPs的处理能力。
（2）将从污染区域分离或单独培养的具有强耐受性或降解能力的特异性菌株作为接种物，接种在MBBR载体上，形成的特异性生物膜具有良好的适应性及对PPCPs的高效去除能力，能够作为针对部分PPCPs去除的专门化系统，得到更广泛的应用。
（3）MBBR工艺可以与其他物理化学或生物工艺相耦合，取长补短，充分发挥MBBR系统高生物活性的特点，提高对PPCPs的处理效率。
基于以上研究，总结归纳出MBBR系统作为PPCPs降解手段目前存在的问题及未来研究方向。
（1）生物膜胞外分泌物EPS在PPCPs的降解代谢过程中具有重要作用，但仍缺少相关分析研究，应阐明松散结合及紧密结合态EPS在PPCPs去除中的作用。同时，应进一步研究MBBR系统处理含有PPCPs废水时的信号分子类型和基因通路。
（2）实验条件下的进水PPCPs浓度一般高于实际水体环境，应考虑MBBR系统对实际水体中痕量PPCPs的去除效率及特点。
（3）目前的研究仍缺少关于PPCPs降解转化产生的次级产物在MBBR系统中的命运及其累积对MBBR系统的影响。同时也应对吸附在生物质上的PPCPs可能发生的解析过程进一步跟踪，评估其可能性及动态变化。
小结：
如何以较低的经济成本实现对含PPCPs废水的高效处理受到越来越多的关注。MBBR工艺被认为是一种在实际应用中有前途的生物技术，其具有高微生物活性和稳定性，对具有一定生物毒性的PPCPs也可以实现良好的去除效果。载体的类型、曝气/搅拌策略、C/N比和SRT是影响MBBR系统生物膜形成和微生物结构的主要参数。生物膜的结构特性会显著影响其对常规营养物质和PPCPs的去除性能，暴露PPCPs也会影响生物膜的微生物群落结构。MBBR系统可以通过生物降解、生物累积等途径降低PPCPs的环境风险。调整MBBR系统的运行参数，能够针对性地提高对某些PPCPs的处理效率。接种功能性细菌菌株可有效缩短生物膜反应器的启动期，提高靶向污染物的去除效率。MBBR系统可以与各种物理化学和生物过程进行耦合，表现出良好的应用前景和对不同类型废水的适用性。本文全面总结了近8年基于MBBR的系统的技术研究，希望能促进其作为处理含PPCPs废水的有效手段得到更广泛的应用和发展。

来源：Journal of Environmental Management