目前我国对于初期雨水收集处理尚未建立完善的收集处理设施和处理后的排放标准，且未考虑到水资源的循环，大多直接排入市政污水管网^〔1〕。国内现有的收集处理政策相对简单，常用的初期雨水预处理工艺主要去除初期雨水中的悬浮物质，处理前期采用筛网对雨水进行初步处理，通过混凝沉淀、过滤进一步净化雨水。但传统的预处理技术往往不适应所有的处理工程，尤其是絮凝技术处理时间长且易产生二次污染，对溶解性有机污染物没有良好的处理效果^〔2〕。因此迫切需要新型技术用于初期雨水的预处理。

沿海地区因为地缘因素，初期雨水含盐量高，污染物成分复杂，污染物浓度较高且水质波动剧烈。移动床生物膜反应器（MBBR）具有运转灵活，剩余污泥少，无需反冲洗，无需回流以及无需更换曝气器，抗水质冲击能力强，不易发生堵塞，可持续运行，易提高污泥浓度等技术优势。但是对于新型的MBBR处理高盐废水的研究则较少，尤其是用于预处理沿海工业园区初期雨水。因此创新地采用MBBR工艺对初期雨水进行缓冲预处理。

有研究表明，盐度胁迫下MBBR工艺可在一个月左右获得成熟的硝化生物膜并使其获得较高的耐高盐冲击能力^〔3〕。祁伟乐等的研究表明，在25 ℃时MBBR工艺对COD、氨氮、总氮的去除率分别为95%、96%、95%，且MBBR工艺的处理能力受温度影响较小^〔4〕。MBBR工艺与其他工艺相比虽具有显著优势，但在长期的实际工程应用中发现大部分MBBR填料的亲水性和生物亲和性等较差，微生物难以在填料表面附着，导致MBBR挂膜量少、挂膜速度慢等问题^〔5〕。若长期采用MBBR工艺对初期雨水进行处理，极易导致初期雨水中污染物去除效果差。目前，国外许多学者为提高MBBR工艺对污染物的去除效率，对填料性质进行了改性^〔6〕。但改性过程较为复杂，且使用强氧化剂、酸和碱等药剂会对环境产生一定的污染^〔7〕。因此，针对工业区初期雨水高盐度特性，笔者寻找新型填料作为MBBR工艺中微生物的附着载体，并集成高效曝气技术、生物膜过滤技术等，形成兼具启动时间短、抗冲击负荷能力强、耐盐等优点的工艺，用于提高其对初期雨水中污染物的去除效率。

试剂：高锰酸钾（KMnO₄）、浓硫酸（H₂SO₄）、浓盐酸（HCl）、氯化钠（NaCl）、氯化钾（KCl）、磷酸二氢钾（KH₂PO₄）、磷酸氢二钠（Na₂HPO₄）、丙烯酸（C₃H₄O₂）、氨水（质量分数25%），均为分析纯。聚氨酯泡沫原料、明胶蛋白溶液、硅藻土、粉末活性炭从adamas购得，所用试剂直接使用，均未提纯。Mini-Q水用于所有合成和后处理阶段。

原水：根据项目实际需求从天津市滨海工业园区收集的5月份道路雨水和临港二期湿地内河道存水，原水经2 mm格筛滤除大颗粒杂物后进行后续实验，其主要水质：pH 6~7、COD 100~160 mg/L、总氮4~16 mg/L、SS 10~20 mg/L、TP 0.2~1.5 mg/L、氨氮1.5~4 mg/L、电导率8~10 mS/cm。

在富氧条件下正方体聚氨酯填料（5.0 cm×5.0 cm×5.0 cm）浸泡于60 ℃酸性KMnO₄溶液中3 h后取出。用6 mol/L的盐酸溶液洗涤至表面的褐色层脱去为止，再用0.01 mol/L的PBS磷酸盐缓冲溶液洗涤至中性。于60 ℃烘箱内干燥1晚，制得Fe-MBBR填料。

将Fe-MBBR填料投入到体积分数为5%的丙烯酸溶液中，加热到50 ℃，6 h后取出；投入到盛有1 g/L的明胶蛋白溶液、硅藻土、粉末活性炭混合的悬浮液中（水: 明胶: 硅藻土: 活性炭质量比为18.5:0.5:0.5:0.5），并进行37 ℃水浴浸渍。搅拌24 h，取出后用Mini-Q水洗涤3次，于60 ℃烘箱内干燥1晚，制得改性MBBR填料用于实验。

MBBR填料表征是由以下测试设备测定的。傅里叶变换红外光谱（FTIR）由光谱聚集在傅里叶变换红外光谱仪（MultiGas 2030）上测定。在L-C109B型显微镜下观察生物膜菌体形态。SEM测试利用扫描电子显微镜（SEM，日本岛津）配备1个加速电压200 kV进行测定。利用琼脂糖凝胶电泳检测DNA的纯度和浓度，之后以通用引物F（5’到3’：AGAGTTTGATCCTGGCTCAG）和R（5’到3’：GNTACCTTGTTACGACTT）扩增16S rDNA片段，对PCR产物进行测序。

启动实验采用MBBR中试反应器（尺寸2.5 m×6.0 m×2.0 m），连续注入景观河道内河水。以未改性聚氨酯填料R1为对照组，3个反应器的设定如下：（1）直接注入河道内高盐水、填料（R1），其中进水电导率保持在8~9 mS/cm；（2）直接注入河道内高盐水、改性填料（R2），其中进水电导率保持在8~9 mS/cm；（3）进口盐度逐步增加、改性填料（R3）。R3先注入雨水井内废水，初始进水电导率为1.6 mS/cm，之后逐步减少雨水井内废水注入量且增加河道内高盐水的比例，直到完全注入河道内续存的高盐雨水，其中第5天进水电导率为5~6 mS/cm，第11天进水电导率达到8~9 mS/cm。根据先前的实验结果，各反应器均以30%的填充率填充填料。实验开始前一周进行了适应性处理，接种来自大韩庄生活垃圾渗滤液生化处理池内含耐盐工程菌的活性污泥，接种质量分数为5%。

实验过程中COD采用快速密闭催化消解法，浊度采用紫外分光光度法，pH采用玻璃电极法，电导率采用实验室电导率仪法测定。测定结果表示为平均值±标准偏差。通过ANOVA分析数据，并且p＜0.05被认为具有统计学显著性。

为了适应初期雨水径流和水质特点，考察不同启动方式和填料对启动速度的影响，进行了MBBR反应器挂膜实验，结果见图 1。实际上，由于本研究中受中试装置限制，因此每种方法都没有进行重复实验，只进行样品多次取样测量。

从图 1可知，R2的效果仅稍好于R1，R3在第13天已经基本成熟，COD去除率为52.49%，比R2提前8~10 d左右，R2在第25天COD去除率52.76%。R2挂膜时间相对较长，这可能是因为在挂膜初期R2进水含盐量较高，微生物生长繁殖代谢消耗大，种群增殖速度较慢。R3在挂膜初期因为水体含盐量较低，微生物代谢消耗低，生长繁殖速率快，初始COD去除率相对较高。但当盐负荷突然升高，微生物开始适应过程，生物活性降低。这表明只要负荷增长不超过限度，微生物快速适应后，处理效率将会逐步升高。综上所述，逐步提高盐度的方法，能实现该装置适应进水水质波动大和需要不定期快速启动的条件，具有较好抗冲击负荷能力。

通过SEM观察到填料上生物膜表面结构、微生物形态、大小等随着挂膜时间增长不断演变，考察了在不同时期参数调整前后生物膜表面微生物特征的变化，如图 2和表 1所示。

随着R3反应器培养周期的增长，生物膜表面逐渐变得致密，7 d后，填料内表面已明显生成一层薄薄的生物膜，但仍有裂痕存在于填料生物膜上。但此时去除效果也得到相应提升，且系统更加稳定。同时可清晰观察到，参数调整前期，中球菌很少，以长杆菌为主，稳定阶段时球菌逐渐增多，且球菌个体尺寸不均。生物膜在外表面开始形成并逐渐增厚，COD去除率也随之逐步升高。稳定期时杆菌和球菌交错相生，球状菌附着于长杆菌生长，生物膜结构更加稳定，对COD去除率甚至达52.49%以上。后期COD去除率虽偶有波动，但始终在该范围内。这标志着改性MBBR挂膜完成，R3开始稳定运行。

从图 2和表 1还可以观察到，附着于填料上的生物膜以丝状菌、杆菌和球菌为主，球菌相对含量逐渐增大，原生动物小口钟虫，甚至轮虫、累枝虫等后生动物也逐渐生成，微生物丰富且致密。另一方面生物膜的生长规律是：长杆菌作为生物膜的骨架率先生长成为优势菌，随着驯化周期的加长，球菌由少变多，由小变大，附着于长杆菌边上，逐渐增长、增殖并稳定的处理工业园区初期雨水。进一步证明逐步盐度梯级驯化，能加快微生物适应过程，加快生物膜演变进程，从而达到MBBR快速应急启动目的。

为了验证一段时间的培养过程之后生物膜中各种微生物菌群的成分，对采样保存的样品进行了生物多样性检测分析，结果见图 3。

结果显示R3反应器有2个最丰富的类别，即球衣属和乳球菌属。金云霄^〔8〕在测定处理城市污水的序批生物膜反应器（SBBR）中生物膜的生物多样性中也发现变形杆菌门含量丰富。由于它们的高黏附性，发现这些基团在成熟生物膜中占很大比例。拟杆菌门和厚壁菌门也是优势群落，能起到产甲烷作用。在这项研究中，黄杆菌和古字状菌是所有生物膜样品中最常见的拟杆菌门类。与翟一帆等^〔9〕的研究在整合的固定膜活化污泥反应器中，变形菌门和拟杆菌门是主要的细菌群的结果相一致。据报道在有氧条件下这两个门的菌群具有高度稳定的去除氨和COD的能力^〔10〕。此外结合SEM下观察到菌体形态，两个门的菌群为球衣属和乳球菌属，所以改性聚氨酯MBBR生化单元在第13天就实现耐盐菌富集，远远早于报道中生长成熟时间，说明在该方法下微生物代谢较快，生长速率较高，从而得到了高含量耐盐菌，加快启动速率。

在二期湿地调节塘前端进口处，进行初期水MBBR预处理连续运行（3 000 m³/d）。采用铁硅复合磁絮凝辅助沉淀和高效MBBR生化单元，对12#雨水泵站区域管网收集的及景观河道内蓄存的初期雨水进行预处理，出水排至二期湿地调节塘前叠水进入湿地。7月—11月期间临港工业园区初期雨水预处理运行数据显示，进水COD在75~161 mg/L之间波动很大，但出水却在39~68 mg/L，这表明示范装置能适应径流和水质波动，能达到对汇水区域初期雨水的有效净化，优化后续人工湿地处理效果，并减少排放的污染物总量。

针对滨海工业区初期雨水含盐量较高不利于常规生化微生物生长及快速启动等问题，通过表面氧化、接枝活性物质和表面离子覆盖对MBBR填料进行了改性，并采用盐度梯级驯化逐步挂膜方法。该方法在第13天就实现所需生化作用，比常规启动方式要快8~10 d。综上，整个系统具有耐冲击性、启动快、耐盐的特点，对高盐度废水如沿海工业区初期雨水的实际处理有益。