MBBR工艺在吴忠市第三污水处理厂扩建工程中的应用及运行效果

李艳; 崔娇娇; 王仁德; 霍学军

doi:10.12030/j.cjee.202010039

MBBR工艺在吴忠市第三污水处理厂扩建工程中的应用及运行效果

1.
银川市规划建筑设计研究院有限公司, 银川750001
2.
宁夏环保集团有限责任公司，银川750001

作者简介: 李艳(1985—)，女，硕士，高级工程师。研究方向：给水和排水工程设计。E-mail：403569635@qq.com

通讯作者: 崔娇娇(1981—)，女，硕士，高级工程师，研究方向：市政给水排水工程设计。E-mail：15685291@qq.com;

中图分类号: X703

Application and performance of MBBR process of No.3 Sewage Treatment Plant expansion project in Wuzhong city, China

1.
Architecture Design and Research Institute Co., Ltd. of Yinchuan in Ningxia, Yinchuan 750001, China
2.
Ningxia Environmental Protection Group Co., Ltd. , Yinchuan 750001, China

Corresponding author: CUI Jiaojiao, 15685291@qq.com ;

摘要: 以宁夏回族自治区吴忠市第三污水处理厂扩建工程为案例，探讨和验证了MBBR工艺的应用效果。该扩建工程设计规模为3×10⁴m³·d⁻¹，采用“MBBR+沉淀+滤布滤池处理”组合工艺，尾水采用次氯酸钠消毒，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准。该扩建工程建成运行后，进行了运行模式的实际运行数据分析。结果表明，扩建工程设计中所采用的工艺流程适当，主要构筑物参数合理，达到了预期设计要求。
- 污水处理 /
- MBBR工艺 /
- 工艺设计 /
- 运行数据
Abstract: The application effect of MBBR process is discussed and verified based on the case study in the No.3 Sewage Disposal Plant in Wuzhong city, Ningxia. The design scale of the expansion project is 3×10⁴ m³·d⁻¹. The combined process of MBBR+ precipitation + filter cloth treatment tank is adopted, the tail water is disinfected with sodium hypochlorite, and the effluent quality met the Class 1A level by the Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant (GB 18918-2002). After the operation of the expansion project, the analysis of the operation mode based on the operational data is carried out. Results show that the technological process adopted in the design of the expansion project is appropriate, the main structure parameters are reasonable, and the expected design requirements are met.
- sewage treatment /
- MBBR process /
- process design /
- run data

微塑料（microplastics，MPs）被定义为尺寸小于5 mm的塑料颗粒、碎片或纤维^[1]，按照来源被分为初级微塑料和次级微塑料^[2]，初级微塑料主要是以微尺度制造的应用于化妆品等日用品行业^[3-4]，如个人洗护产品（磨砂膏、牙膏和洗面奶等）、化妆品（眼影、指甲油和粉底液等）、药物和树脂颗粒等^[5]。次级微塑料是由大块塑料经过紫外线照射（光降解、脆化、光氧化）、风化和腐蚀等外界因素被分解成较小的塑料碎片^[6]。近年来，微塑料对环境的污染越来越受到人们的关注，据报道，在海水^[7-8]、淡水^[9-10]、土壤^[11]、室内灰尘^[12]、空气^[13]、人和动物粪便^[14]以及人体胎盘^[15]中都已经检测到微塑料。微塑料作为重要的新型污染物，其对人体、环境以及生态系统造成的潜在威胁应予以高度重视。

目前，提取沉积物中的微塑料通常采用密度分离法——使用饱和盐溶液（如NaCl或NaI溶液）将沉积物中的微塑料悬浮或漂浮于上层溶液，进一步从上清液中将微塑料分离出来^[16]，但该方法不适合分离粒径更小的塑料颗粒（<10 μm）^[17]，而且对于高密度微塑料来说，可能沉降于盐溶液底部，导致漏测现象发生。此外，还有研究根据微塑料的物理化学性质进行分离，例如使用油进行疏水性分离或利用尼罗红的吸附能力进行提取^[18-19]。目前，多数文献报道中沉积物微塑料以数量浓度计算，主要反映微塑料的数量丰度，而质量浓度参数也是评估微塑料污染状况的重要指标之一。通过质量浓度测量，可反映微塑料在环境介质中的赋存量级，为微塑料环境污染状况进行整体评估及监测提供基础数据^[20]。2017年，Connors等^[21]指出微塑料暴露浓度以质量浓度（mg·L⁻¹）表示可支持毒理学研究数据的一致性和可比性。Fuller等^[22]开发了利用加压流体萃取（PFE）的方法对微塑料的质量浓度进行测量的分析方法，为了减少复杂介质中基质的干扰，在100 ℃下使用甲醇清洗，在180 ℃下用二氯甲烷（dichloromethane，DCM）提取微塑料，吹干后对残留物进行重量分析，并通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）进行微塑料成分的鉴定。在实际样品分析中，利用甲醇预清洗可能会损失一部分微塑料，提取物中通常包含色素等其他有机杂质，对于方法的定性定量均可能产生干扰。本研究基于溶解—析出过程的特点，将溶解度参数（δ）作为指示性参数，可为微塑料质量浓度的检测提供新思路。

物质的溶解度参数被定义为：每单位体积物质的气化能的平方根，是一个能够表征简单液体分子间相互作用强度的参数值，用δ表示^[23]，公式如下：

$\delta =(\mathop {\Delta \mathop E\nolimits^v /V}\nolimits)^{1/2}$

$(1)$

其中，δ为溶解度参数，（J·cm⁻³）^1/2； $\Delta \mathop E\nolimits^v /V$ 是每单位体积物质的气化能，又叫内聚能，J·cm⁻³。

通过计算聚合物的溶解度参数，并与溶剂的溶解度参数进行比较，可以对聚合物和溶剂之间的溶解程度进行量化表征。根据计算模型，聚合物和溶剂的溶解度参数越接近，则聚合物的溶解程度越高^[24]；反之，聚合物和溶剂的溶解度参数差异越大，则聚合物的溶解程度越低，在溶剂中越易析出。

本研究在加压流体萃取法（PFE）的基础上，建立了基于“溶解度参数”计算对沉积物中微塑料进行分析检测的新方法。通过将加压萃取得到的提取物进行浓缩，并根据溶解度参数计算结果，调整溶剂组成比例，选择与微塑料溶解度差异较大的溶剂体系进行微塑料选择性析出，将得到的提取物进行重量分析以及红外光谱检测，实现对沉积物中微塑料的定量定性分析。所建立的方法进一步通过对实际沉积物样品中的微塑料检测进行了验证。该方法可为土壤、沉积物以及室内灰尘等复杂介质中的微塑料测量提取提供新的思路。

1. 实验部分（Experimental section）

1.1 仪器与试剂

仪器：ASE-350快速溶剂萃取仪（ASE）（Thermo，美国），IKA^®RV10基本型旋转蒸发仪，溶剂过滤器（津腾）（附0.22 μm玻璃纤维过滤膜），傅里叶变换红外光谱仪（Nicolet iS10），XP205电子天平（瑞士 Mettler Toledo公司）。

试剂：二氯甲烷（dichloromethane，DCM）、甲醇（methanol，MeOH）、乙腈（acetonitrile，ACN）、异辛烷（iso-octane）和正己烷（n-Hexane）（HPLC级，99.9%，J.T.Baker公司），溴化钾（KBr，99.99%，金属分析，J&K^®）。

标准品：聚丙烯（polypropylene，PP）、聚乙烯（polyethylene，PE）、聚苯乙烯（poly（styrene），PS）、聚碳酸酯（polycarbonate，PC）、聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）。本实验所用的微塑料购买自上海远纺工业有限公司，其中PE微塑料d₅₀约为20 μm，PET微塑料d₅₀约为50 μm，其余4种微塑料d₅₀均约为80 μm。

1.2 实验方法

准确称取10.00 g冷冻干燥的沉积物样品加入ASE萃取池中，分别加入10.00 mg左右PP、PE、PS、PC、PVC和PET 等6种标准微塑料，加入与样品等体积的硅藻土混匀，按照如下条件进行加速溶剂萃取：萃取溶剂为二氯甲烷；温度180 ℃，压力1500 psi左右，淋洗体积为80%，加热9 min，3个静态循环，吹扫时间为75 s，静置时间为1 min。

为进一步验证溶解度参数对微塑料的选择性析出的影响，将收集得到的提取物分别采用3种不同的方式进行处理：（a）直接抽滤；（b）浓缩至10 mL左右；（c）浓缩至10 mL后调节体系溶解度参数：（c₁）加入与微塑料溶解度参数不同的溶剂（其中，PP和PE中加入乙腈溶剂，PS、PC、PVC和PET中加入异辛烷溶剂）至100 mL；（c₂）加入与微塑料溶解度参数差异更大的甲醇作为溶剂至100 mL，用溶剂过滤器进行抽滤。将滤膜烘干，称重，用傅里叶变换红外光谱仪（Nicolet iS10）进行成分鉴定，得到光谱图。具体提取和分析方法流程如图1所示。实验重复3次，共计72组实验。

图 1 提取和分析方法流程图

Figure 1. Flow chart of extraction and analysis methods

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为了扣除沉积物本底中微塑料的干扰，设置了平行对照组实验。将10.00 g沉积物和等体积的硅藻土混匀，按照上述实验步骤进行处理，得到本底中微塑料的质量及光谱图。

傅里叶变换红外光谱仪（Nicolet iS10）的检测器类型为DTGS/KBr，波数范围为400—4000 cm⁻¹，样品扫描次数：32次，分辨率：4.00 cm⁻¹。将图谱与标准品谱库（OMNIC谱库）进行比对，规定匹配度达70%及以上的谱图对应的样品为微塑料，以此确定微塑料的成分。

1.3 溶解度参数计算

（1）采用基团贡献法对微塑料的溶解度参数进行计算^[23]，计算公式如下：

$\delta = \rho \sum \mathop F\nolimits_i /M$

$(2)$

式中，ρ为聚合物的密度，M为聚合物链节的分子量，F_i为聚合物分子中各基团组分的摩尔引力常数。本研究6种微塑料的δ值参考已报道过的溶解度参数值^[25]，见表1。

表 1 6种微塑料的溶解度参数δ值

Table 1. δ values of six microplastics

微塑料 Microplastics	溶解度参数δ/（J·cm⁻³）^1/2
PP	16.98
PE	18.42
PS	19.55
PC	19.43
PVC	19.69
PET	20.53

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（2）单一溶剂的溶解度参数值参考已有文献^[24]，见表2。

表 2 单一溶剂的溶解度参数δ值（298.15 K）

Table 2. δ value of single solvent （298.15K）

溶剂 Solvent	溶解度参数δ/（J·cm⁻³）^1/2
二氯甲烷（DCM）	19.84
异辛烷（iso-octane）	14.29
乙腈（ACN）	24.29
甲醇（MeOH）	29.86

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（3）混合溶液的溶解度参数根据以下公式进行计算^[23]：

$\mathop \delta \nolimits_{mix} = \sum\limits_{i = 1}^n {\mathop \phi \nolimits_i } \mathop \delta \nolimits_i$

$(3)$

式中， $\phi$ _i，δ_i为是第i组分溶剂的体积分数和溶解度参数，所有溶剂的体积分数之和∑ $\phi$ _i为1。经计算，得到混合溶剂的δ值见表3。

表 3 混合溶剂的溶解度参数δ值（298.15 K）

Table 3. δ value of mixed solvent （298.15K）

混合溶剂（V ∶ V）Mixed solvent	溶解度参数δ/（J·cm⁻³）^1/2
DCM∶iso-octane（10∶90）	14.85
DCM∶ACN（10∶90）	23.85
DCM∶MeOH（10∶90）	28.86

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2. 结果与讨论（Results and discussion）

2.1 不同析出方法对沉积物中微塑料的回收率影响

为了研究溶解度参数对微塑料选择性析出的影响，将收集得到的提取物采用如下方式进行处理：（a）直接抽滤，实验中发现只有PP和PE微塑料明显析出，这是由于DCM与PP和PE的溶解度参数存在差异，│Δδ│值分别为2.86、1.42（J·cm⁻³）^1/2，导致PP和PE常温常压下在DCM中溶解度较小，而DCM与PS、PC、PVC和PET 等4种微塑料的溶解度参数较为接近，│Δδ│值分别为0.29、0.41、0.15、0.69（J·cm⁻³）^1/2，因此未观察到明显析出；（b）采用旋转蒸发仪将提取液浓缩，通过减少溶剂的方式使微塑料析出，但实验中观察到浓缩至10 mL左右，微塑料并未明显析出，而由于溶解度的差异，提取液中的其他共萃物逐渐析出，表明浓缩的方式难以实现对微塑料的选择性析出；（c）为实现微塑料选择性析出，本研究进一步采用不同溶剂来调节体系的溶解度参数。针对PP和PE，选取乙腈进行添加，使溶剂体系溶解度参数与PP和PE的差值│Δδ│分别为6.87（J·cm⁻³）^1/2和5.43（J·cm⁻³）^1/2，针对PS、PC、PVC和PET，选取异辛烷进行添加，│Δδ│值分别为4.71、4.59、4.85、5.69（J·cm⁻³）^1/2，得到的回收率如表4所示。

为了得到更加精确的回收率，本研究的回收率计算均通过平行试验扣除沉积物本底后进行计算。在3种不同的处理方式下，PP微塑料的回收率均高于93%，而通过计算发现，PP溶解度参数与DCM差异较大，因此常温常压下几乎完全析出。对于PET微塑料，在3种处理方式下，回收率均较低，均在30%以下。为了考察所建立方法的准确性，本研究设计两组加标实验进行验证：将PET微塑料标准品与硅藻土（模拟沉积物）混匀后经ASE提取：第一组将提取液经缓流氮气吹干，结果表明回收率在95%以上；第二组将提取液浓缩后加入甲醇，进行抽滤，回收率在85%以上。由此可见，PET微塑料在沉积物中的低回收率可能是由于沉积物环境引起的。有研究表明河流沉积物中的腐殖酸含有较多的羰基官能团^[26]，而PET微塑料的化学结构中存在两个羰基官能团，依据“相似相溶”原理，增强了PET在沉积物中的吸附效应，从而导致回收率较低。

表 4 不同析出方法的加标回收率（％）及相对标准偏差RSD（％，n=3）

Table 4. Spiked recoveries （%） and relative satandard deviation （RSD）（%, n=3） of different precipitation methods

	直接抽滤		浓缩		浓缩后调节溶剂体系Solvent system after concentration
微塑料Microplastics	Direct filtration		Direct filtration			c₁		c₂
	回收率Recoveries	相对标准偏差RSD	回收率Recoveries	相对标准偏差RSD	回收率Recoveries	相对标准偏差RSD	回收率Recoveries	相对标准偏差RSD
PP	94.67 ± 4.10	4.33	98.54 ± 0.54	0.55	93.16 ± 5.95	6.39	95.55 ± 3.39	3.55
PE	68.98 ± 11.21	16.25	72.16 ± 0.94	1.31	81.82 ± 1.07	1.31	92.75 ± 2.74	2.95
PS	27.32 ± 1.01	3.70	27.14 ± 3.95	14.55	74.61 ± 4.64	6.21	84.88 ± 0.89	1.04
PC	6.56 ± 1.54	23.45	1.96 ± 0.29	15.03	62.17 ± 5.00	8.03	75.67 ± 3.37	4.46
PVC	8.80 ± 1.99	22.65	6.95 ± 1.68	24.16	52.96 ± 2.58	4.87	80.75 ± 0.78	0.97
PET	15.49 ± 4.21	27.15	22.56 ± 2.75	12.20	24.16 ± 4.79	19.82	27.28 ± 2.63	9.63
（c₁） PP、PE微塑料用乙腈析出，PS、PC、PVC、PET4种微塑料用异辛烷析出；（c₂） 6种微塑料用甲醇析出。　　（c₁） PP and PE microplastics were precipitated with acetonitrile, PS, PC, PVC and PET microplastics were precipitated with isooctane; （c₂） 6 microplastics were precipitated with methanol.

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由图2可以发现，直接抽滤（a）和浓缩处理（b）后的微塑料回收率无明显提升，而采用本研究所建立的溶解度参数计算结果对溶剂体系进行调整（c₁）后，除PP和PET外，其他4种微塑料的回收率均有明显提高，表明增大溶剂体系溶解度参数与微塑料的差值│Δδ│对微塑料的选择性析出起到促进作用。

图 2 不同处理方式下沉积物中微塑料的回收率

Figure 2. Recoveries of microplastics in sediments under different treatment methods

（a）直接抽滤；（b）浓缩；（c₁）PP、PE微塑料用乙腈析出，PS、PC、PVC、PET 4种微塑料用异辛烷析出；（c₂）6种微塑料用甲醇析出。

（a） direct filtration; （b） concentration;（c_1）PP and PE microplastics were precipitated with acetonitrile, PS, PC, PVC and PET microplastics were precipitated with isooctane; （c_2） 6 microplastics were precipitated with methanol.

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进一步采用添加与微塑料溶解度参数差异更大的甲醇调节溶剂体系的溶解度参数（c₂），使溶剂体系溶解度参数与PP、PE、PS、PC、PVC和PET的差值│Δδ│分别达到11.88、10.44、9.31、9.43、9.17、8.33（J·cm⁻³）^1/2，观察对6种微塑料析出的影响，得到的回收率如图2（c₂）所示。通过图2中（c₁）和（c₂）结果对比发现，PE、PS、PC和PVC回收率均进一步提高，且得到的回收率均处于稳定的范围内，验证了│Δδ│值与微塑料析出量之间的相关性。

2.2 不同析出方法对微塑料成分鉴定的影响

本研究中，6种微塑料在3种不同的处理方式下，由于所使用的试剂不同，选择性析出的组分会对微塑料成分鉴定造成不同的影响，鉴定结果如图3所示。由图3可以看出，在a、b、c₁方式处理下，6种微塑料的红外光谱图与标准微塑料光谱相比，在指纹区（波段500—1500 cm⁻¹）会存在杂峰干扰，在c₂方式处理下，光谱图整体峰形与标准微塑料光谱图一致，匹配度较高。与谱库的匹配数据结果如表5所示。

表 5 不同处理方式下沉积物中6种微塑料的鉴定结果

Table 5. Identification results of 6 microplastics in sediments under different treatment methods

加标聚合物Spiked polymers	不同处理方式 Different treatment methods	聚合物识别 Polymers identified	OMNIC 匹配度/% OMNIC Match
PP	a	PP	83.43
	b	PP	85.42
	c₁	PP	84.67
	c₂	PP	90.53
PE	a	PE	87.30
	b	PE	88.83
	c₁	PE	79.76
	c₂	PE	89.92
PS	a	PE	90.11
	b	PE	85.45
	c₁	ND	－
	c₂	PS	93.19
PC	a	ND	－
	b	ND	－
	c₁	PC	94.83
	c₂	PC	97.22
PVC	a	PE	81.85
	b	PVC	68.07
	c₁	PVC	69.04
	c₂	PVC	86.29
PET	a	ND	－
	b	ND	－
	c₁	PET	69.06
	c₂	PET	89.98
ND.，未检出。not detected．

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由图3中PP和PE可知，在a、b、c₁方式处理下，PP和PE微塑料在指纹区（波段500—1500 cm⁻¹）波形明显上移，且存在杂峰干扰，表明在微塑料析出过程中，溶剂和沉积物中有机质的存在会对微塑料成分鉴定造成一定的影响，这是由于在FTIR检测过程中，微塑料样品孔隙间存在沉积物中的有机质等杂质，会影响光谱图质量。但从整体来看，在c₂处理方式下得到的光谱图和标准微塑料光谱图匹配度较高。

图 3 不同处理方式下沉积物中6种微塑料的红外光谱图

Figure 3. FTIR spectra of microplastics in sediments under different treatment methods

　　（a）直接抽滤；（b）浓缩；（c₁）PP、PE微塑料用乙腈析出，PS、PC、PVC、PET等4种微塑料用异辛烷析出；（c₂）6种微塑料用甲醇析出。

（a） direct filtration; （b） concentration;（c₁）PP and PE microplastics were precipitated with acetonitrile, PS, PC, PVC and PET microplastics were precipitated with isooctane; （c₂） 6 microplastics were precipitated with methanol.

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由图3中PS可知，在a、b两种处理方式下，得到的光谱图经谱库检索，与PE光谱图匹配度达到90.11%和85.45%，这是由于PS的回收率较低，在30%以下，并且经过红外检测沉积物内存在PE微塑料本底，如图3中空白对照所示，导致光谱图特征峰被沉积物中的PE微塑料的光谱图所覆盖。c₁处理方式下，PS光谱图在1796、1749、1714、1688、1641 cm⁻¹处出现杂峰，与标准微塑料红外光谱图相比，存在一定的差异，经谱库检索，未得到匹配的聚合物。在c₂处理方式下，光谱图与标准谱图匹配度较高。由图3中PC可知，在a、b两种处理方式下，由于PC微塑料回收率较低，经谱库检索，未得到匹配的聚合物。在c₁和c₂处理方式下，得到的光谱图与标准微塑料光谱图匹配度均较高。另外，由于原PC微塑料标准品的粒径相比于经过ASE萃取回收得到的微塑料粒径较大，使其在指纹区（500—1460 cm⁻¹）的峰形分割不清晰，而经过萃取后，微塑料粒径变小且表面更加光滑、分布更加均匀，从而得到质量较好的光谱图。有研究表明红外谱仪检测时对样品的表面光滑度、厚度等要求较高，样品表面粗糙，易出现散射导致谱图信号变弱，从而对光谱图质量造成干扰^[27]。

由图3中PVC可知，PVC微塑料在a、b、c₁处理方式下，在指纹区（波段500—1500 cm⁻¹）的峰形与原微塑料的红外光谱图相比存在明显差异，峰形不清晰，且多为杂峰，经谱库检索，在a处理方式下得到了PE的特征峰，而在b和c₁处理方式下，得到的光谱图与PVC匹配度较低，无法判断聚合物类型。而在c₂处理方式下，其红外光谱图与标准谱图匹配度较高。由图3 中PET可知，在a、b两种处理方式下，得到的光谱图经OMNIC谱库检索，未得到匹配的聚合物。在c₁处理方式下，得到的光谱图与PET匹配度为69.06%，无法判断其聚合物类型。在c₂处理方式下，得到的光谱图与原标准微塑料的红外光谱图匹配度较高。

综上所述，经ASE萃取得到的提取液经浓缩后添加与微塑料溶解度参数差异更大的甲醇溶剂能够使微塑料析出更加完全，且没有明显杂质干扰，得到的红外光谱图与标准谱图匹配度较高，可以实现对复杂介质中微塑料的选择性析出及检测。

2.3 混合微塑料共析出

为了更加全面地探究微塑料的析出情况，本研究进一步进行了混合微塑料加标实验：即称取10.00 g干燥的沉积物样品放入ASE萃取池中，加入各2.00 mg左右的6种微塑料，加入等体积的硅藻土混合均匀，按照1.2实验方法部分的步骤进行ASE萃取，得到的萃取物经旋蒸后分别按c₁和c₂的步骤进行处理。结果表明，经c₁处理后，得到混合微塑料总回收率为77.94%，经c₂处理后，混合微塑料总回收率为81.08%，得到的红外光谱图如图4所示。

图 4 不同处理方式下混合微塑料的红外光谱图

Figure 4. FTIR spectra of microplastics in sediments under different treatment methods

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由谱库可知，6种微塑料的红外标准谱图特征峰的出峰位置见表6。图4中混标的红外光谱图特征峰出现的位置在3085、3060、3026、2951、2919、2850、1776、1725、1601、1505、1453、1376、1232、1194、1164、1081、1015、972、832、758、698 cm⁻¹等波数附近，与单标特征峰位置有重合，由此可以判断存在微塑料共析出的情况。结合红外光谱法的特征，在基于溶解度参数计算的前处理技术基础上，可对样品中具有标准谱图的微塑料成分进行初步定性，并可进一步采用Pry-GC-MS等技术对未知成分进行定性识别^[28]。

表 6 微塑料的红外标准谱图特征峰位置

Table 6. Position of characteristic peak of FTIR standard spectrum of microplastics

塑料类型	红外标准谱图特征峰位置/cm⁻¹
PP	2958、2919、1457、1374、1163、986
PE	2920、2848、1466、721
PS	3082、3060、3026、2920、2850、1601、1452、1375、1181、1028、906、756
PC	2967、2920、2850、1774、1601、1505、1464、1409、1365、1228、1193、1163、1103、1081、1015、831、769
PVC	2920、2850、1431、1330、1247、1093、964、695
PET	2920、2850、1725、1457、1411、1258、1105、1023、729

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2.4 实际样品应用

应用建立的基于溶解度参数计算选择性析出微塑料的方法对采集自黄河三角洲地区的30个沉积物样品进行检测分析，样品量为30 g。表7总结了所采集的沉积物中微塑料浓度分布及类型。

表 7 黄河三角洲沉积物中微塑料浓度分布及类型

Table 7. concentrations and types of microplastics in sediments of Yellow River Delta

样品Samples	浓度/（mg·g⁻¹）Concentration	微塑料类型Microplastic types	样品Samples	浓度/（mg·g⁻¹）Concentration	微塑料类型Microplastic types
1	0.04	PE	16	0.11	PE
2	0.14	PE	17	0.21	PS
3	0.05	PE	18	0.16	PE
4	0.19	PE	19	0.15	PE
5	0.08	PE	20	0.16	PP
6	0.08	PE	21	0.26	PS
7	0.15	PE	22	0.13	PE
8	0.07	PE	23	0.17	PS
9	0.08	PE	24	0.09	PE
10	0.39	PE	25	0.16	PS
11	0.25	PE	26	0.10	PS
12	0.25	PE	27	0.11	PP
13	0.23	PE	28	0.10	PE
14	0.15	PVC	29	0.27	PE
15	0.17	PE	30	0.25	PE

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图5为黄河三角洲沉积物中微塑料的红外光谱图。结果表明，共有4种微塑料被检出，分别为PE、PS、PP和PVC，检出率范围为3.33%—73.33%，其中，PE的检出率最高，其他3种微塑料的检出率均低于20%。有研究表明，渔业是沿海地区微塑料的主要来源^[29]，PE常用于包装和渔具等材料^[5]。因此，渔业产生的塑料污染和河流引入可能是黄河三角洲地区沉积物中微塑料的主要来源。张起源^[30]在湛江红树林湿地沉积物中开展的微塑料污染研究同样发现PE占比最高，该地区渔业养殖、河流引入以及海水中微塑料的沉积是微塑料的主要来源，与本研究结果基本一致。Zuo等^[31]在珠江口红树林沉积物中发现PE和PP在各采样点中占比最高，由于PP常用于编织袋、包装袋等产品^[32]，从而导致PP在沉积物中的检出率同样较高。此外，本研究中微塑料浓度范围为0.04—0.39 mg·g⁻¹，平均浓度为0.16 mg·g⁻¹，远高于我国雨山湖和南湖沉积物中微塑料的平均含量（0.04 mg·g⁻¹）^[33]，结合当地产业发展，应进一步开展对于该地区的微塑料污染监测。

图 5 黄河三角洲沉积物中微塑料红外光谱图

Figure 5. FTIR spectra of microplastics in sediments of Yellow River Delta

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3. 结论（Conclusion）

本研究建立了基于溶解度参数计算的沉积物中微塑料的检测方法。通过调节溶剂体系的溶解度参数与微塑料的差值│Δδ│，实现了微塑料的选择性析出。结果表明，增大│Δδ│值对微塑料的选择性析出能起到促进作用。将本方法应用于黄河三角洲地区30个实际沉积物样品，共检出4种微塑料，进一步证实了本方法在实际样品分析检测中的可行性和实用价值。本研究为土壤、沉积物以及室内灰尘等复杂介质中微塑料的提取和分析提供了一种新的思路。

图 1 污水处理工艺流程图

Figure 1. Flow chart of the sewage treatment process

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图 2 MBBR池平面图

Figure 2. Floor plan of the MBBR unit

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图 3 MBBR池进水点及回流点分布图

Figure 3. Distribution of inlet and reflow points of the MBBR unit

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图 4 “MBBR池+深度处理”对COD、TN、NH₃-N、TP的处理效果

Figure 4. Effect of MBBR pool + advanced treatment on the removal of COD, TN, NH₃-N and TP

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表 1 设计进水与出水水质指标

Table 1. Designed influent and effluent quality mg·L^-1

进水或出水	COD	BOD₅	SS	NH₃-N	TN	TP
进水	550	230	300	45	65	6
出水	≤50	≤10	≤10	≤5（8）	≤15	≤0.5
注：括号外数值为水温>12℃时的控制指标，括号内数值为水温≤12 ℃时的控制指标。

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表 2 MBBR池设计参数

Table 2. Design parameters of the MBBR unit

需硝化的氮/(mg·L⁻¹)	需反硝化的氮/(mg·L⁻¹)	有效水深/m	污泥浓度/(mg·L⁻¹)	总回流比	气量/(m³·h⁻¹)	好氧区有效生物膜面积/m²	总停留时间/h
48.5	38.5	5.7	4 000	250%~400%	12 028	1.54×10⁶	18.9

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表 3 处理单元设计参数

Table 3. Design parameters of the treatment units

处理单元	设计参数
粗细格栅间、提升泵房及沉砂池	粗格栅2套，采用回转式机械粗格栅，栅宽1.2 m，栅条间隙20 mm，安装角度70°；
	潜污泵4台(3用1备)，单台流量600 m·h⁻¹，扬程15 m，功率45 kW，变频控制；
	细格栅2套，采用内进水孔板细格栅，渠道宽1.4 m，孔径3 mm，安装角度90°；
	旋流沉砂池2座，池内径3.05 m，旋流沉砂设备2套，砂水分离器1台。
MBBR反应池	厌氧区：潜水搅拌器5台(4用1备)，叶轮直径400 mm，转速980 r·min⁻¹，功率4 kW；
	缺氧区：低速推流器9台(8用1备)，叶轮直径2 000 mm，转速42 r·min⁻¹，功率6.5 kW；
	好氧区：管式微孔曝气器2772套，规格：DN65、长度1.0 m、EPDM材质；拦截筒48个，规格：直径600 mm，长度1 200 mm、材质SS304；穿墙回流泵3台(2用1备)，规格：流量520 L·s⁻¹，叶轮直径600 mm，功率7.5 kW。
二沉池	辐流式沉淀池2座，直径30 m，表面负荷0.88 m·m⁻·h⁻¹，有效水深为4 m。
深度处理车间	采用滤布滤池，平均滤速4.17 m·h⁻¹，峰值滤速≤6.25 m·h⁻¹，吸洗耗水率≤1%~3%。320 m过滤面积；反冲洗系统2套，反洗水泵流量54 m·h⁻¹，扬程17 m，功率3.7 kW。
曝气系统	空气悬浮风机3台(2用1备)，变频控制，流量101 m·min⁻¹，压力 80 kPa，功率190 kW。
加药系统	除磷药剂：聚合氯化铝；外加碳源：乙酸钠；消毒药剂：次氯酸钠。
接触池及计量渠	有效容积700 m³，加氯量12 mg· L⁻¹，不锈钢巴氏计量装置一套，喉宽0.5 m。
污泥处理系统	储泥池1座，有效容积250 m，双曲面搅拌机1台，功率2.2 kW；
污泥处理系统	离心式脱水机2台(1用1备)，处理能力25~30 m·h⁻¹，工作时间24 h·d⁻¹。

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图( 4) 表( 3)

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1. 实验部分（Experimental section）
1.1 仪器与试剂
1.2 实验方法
1.3 溶解度参数计算
2. 结果与讨论（Results and discussion）
2.1 不同析出方法对沉积物中微塑料的回收率影响
2.2 不同析出方法对微塑料成分鉴定的影响
2.3 混合微塑料共析出
2.4 实际样品应用
3. 结论（Conclusion）

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城市污水活性污泥处理工艺的发展经历了漫长的发展过程，从开始的传统活性污泥工艺，发展到序批式活性污泥工艺及其衍生工艺(SBR、ICEAS、CASS、DAT-IAT、UNITANK、MSBR)，以及改良的活性污泥法(A-B法、氧化沟)^[1]。目前，业界提出了多种以活性污泥法为基础的、具有不同优良性能特点和功能的新工艺，如同步硝化-反硝化(SND)、氨厌氧氧化(ANAMMOX)、短程硝化-反硝化、移动床生物膜反应器(MBBR)、膜生物反应器(MBR)等工艺^[2-3]。

随着国家对环境保护要求的不断提高，对城市污水处理厂出水水质(尤其是氮和磷含量)的要求也越来越严格^[4]，污水处理工艺也相应发生变化，由应用较多的改良活性污泥工艺转变为MBBR^[5]和MBR工艺。孙逊等^[6]在山东济宁市采用MBBR工艺进行强化脱氮除磷中试实验，获得了成功，为污水处理厂改造提供了重要参考。该MBBR工艺不仅在无锡芦村污水处理厂升级改造中得到了全面认可^[7-8]，而且在青岛市李村河污水处理厂^[9]、团岛污水处理厂^[10]升级改造中均得到采用。这些实例表明，MBBR工艺不仅可以显著提高污水处理系统的硝化能力，而且均具有一定的抗冲击负荷能力；尤其在冬季低温时对氨氮有较高的去除效果，可以保证氨氮的稳定达标^[8]。

2017年以前，宁夏回族自治区现有污水处理厂大部分采用改良的活性污泥法，出水水质大都执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级B或二级标准。根据《水污染防治计划》和《宁夏回族自治区城镇污水处理及再生利用设施建设“十三五”规划》，“十三五”期间，必须对未达到一级A排放标准的污水处理设施进行提标改造，并要求新建污水处理厂出水水质全部执行一级A标准。2015—2016年，宁夏回族自治区采用MBBR工艺进行提标改造的污水处理厂主要有吴忠市第一、第二、第三污水处理厂，石嘴山市第一污水处理厂，中卫市城市污水处理厂，西吉县污水处理厂等。上述污水处理厂自改造完成后，出水水质均已稳定达到一级A标准。

本文以吴忠市第三污水处理厂扩建工程为案例，探讨和验证了MBBR工艺的应用效果。从设计水质出发，探讨了工艺流程及主要构筑物参数的合理确定问题，并总结分析了该工程的主要设计特点及运行效果，以期为相关地区城市污水处理厂提标改造及扩建工程提供参考。

4. 结论

1)本扩建工程采用内进水孔板细格栅代替常规机械格栅，可减少MBBR池拦截筒的堵塞，增加运行的稳定性；采用空气悬浮风机，自带变频控制，可实现曝气量的灵活调节及能耗的降低。

2) UCT工艺及其改良工艺具有灵活改变污水运行模式的特点。根据进水水质的特点，调整脱氮/除磷的主次地位，可加强生化系统的脱氮/除磷效率，且可减少外加碳源及除磷药剂的投加量。

3)进水水质的波动对出水指标影响较小，说明MBBR工艺抗冲击负荷能力强。

4) MBBR和UCT的结合工艺适用于生活污水处理厂。

参考文献 (13)

MBBR工艺在吴忠市第三污水处理厂扩建工程中的应用及运行效果

作者简介: 李艳(1985—)，女，硕士，高级工程师。研究方向：给水和排水工程设计。E-mail：403569635@qq.com

通讯作者: 崔娇娇(1981—)，女，硕士，高级工程师，研究方向：市政给水排水工程设计。E-mail：15685291@qq.com;