目前主流的河道治理修复技术包括物理法、化学法和生物法。其中物理法包括人工曝气、污染底泥疏浚等。化学法主要是添加化学物质和吸附剂。生物法通过特定的生物（包括微生物、植物等）吸收、转化、降解或清除环境污染物，以实现环境净化及生态恢复，包括微生物修复技术、植物修复法、生态浮床及人工湿地等^〔1-2〕。

膜曝气生物反应器（MABR）是一种融合气体分离膜技术和生物膜处理技术的新型水处理技术^〔3〕。微生物膜附着生长在透氧中空纤维膜表面，水体在透氧膜周围流动时，污染物在浓差驱动和微生物吸附等作用下进入生物膜内，经过生物代谢和增殖被微生物利用，同化为微生物菌体固定在生物膜上或分解成无机代谢产物，从而实现对水体的净化。MABR是一种人工强化的生态水处理技术，能使河道水体形成循环的具备自我修复功能的自净化水生态系统^〔4-7〕。曝气供氧时氧气利用率高，通过控制供氧可使生物膜产生明显分层，从而达到去除污染物的效果^〔8-11〕。

微纳米曝气技术通过水泵加压，使曝气头内部的曝气石高速旋转，在离心力作用下内部形成负压区；空气通过进气口进入负压区，在容器内分为周边液体带和中心气体带，高速旋转均匀分割成直径为5~30 μm的微纳米气泡。由于气泡细小，不受空气在水中溶解度的影响，且不受温度、压力等外部条件限制，可在水体中长时间停留，具有良好的气浮效果。

天津市马厂减河的水环境治理中应用了以上组合技术，即MABR作为主要处理工艺，微纳米曝气为辅助处理工艺。与常规水处理技术相比，该组合技术具有技术、工程、成本方面的优势，以及运行管理优势，特别适于河道、湖泊等流域治理。

该河道上口宽约42～50 m，底宽约12 m，河底高程-2.7 m，由于河坡度很缓，河道上、下游设有节制闸，水体平时流动速度小，污染物及营养物质发生沉积，水体基本丧失自净能力，水质恶化。水中的溶解氧、COD、氨氮（NH₃-N）、总磷分别为1.68（1.42）、64（78）、3.38（4.41）、0.43（0.52） mg/L（括号内数字为最大允许超标值）。该河道水质劣于地表水Ⅴ类，主要超标项目为COD，主要超标月份为每年的3月—9月。

MABR包括曝气膜组件和生物膜，去除污染物的主要功能层是附着生长在曝气膜表面的生物膜。将膜组件安装于河道内，布设供气管道并安装配套风机设备，以保证膜系统氧的供应。膜组件为中空纤维帘式膜组件，尺寸为2 140 mm×210 mm，膜丝有效长度为2 000 mm，有效膜表面积≥3.5 m²，单件干膜气体通量≥0.5 m³/h，膜壳材质为UPVC，膜壳接口尺寸（内接）25 mm，膜材质为复合高分子材料，膜结构为均质复合膜（非涂层），膜丝内径300~450 μm，膜丝外径700~850 μm，膜丝平均断裂拉伸强度≥25 N，工作气压0.005~0.085 MPa，适应温度-15~45 ℃、pH在3~13。

微纳米气泡发生装置主要由发生装置、微纳米曝气头及连接管件组成。每台设备气水流量为6 m³/h，服务面积为1 500 m²。微纳米曝气设备规格：服务面积≥1 500 m²、尺寸D 1 000 mm×1 400 mm、功率0.8 kW、气水流量≥6 m³/h。

在该河道泵站及闸门、支流支渠汇入口、排污口、雨洪排口等共12 处设置强化耦合生物膜组件，同时在7处重点污染河段各布设微纳米曝气设备。其中，河道治理段总长度1 800 m，MABR膜组件160组。根据河道宽度选择顺水流或垂直水流放置。膜组件供气采用沉水风机（3.3 m³/min，50 kPa，5.5 kW）。工程使用的水质净化设备包括：MABR组件160组、曝气管12套、鼓风机24台（12用12备）、微纳米曝气设备7台、电控系统12套。

当河道宽度<10 m时，MABR膜组件采用对齐排列模式；当河道宽度>10 m时，MABR膜组件采用错位排列模式，见图1。膜组件固定在河道底部，间距10 m一组，每组膜组件单元由15个单组件构成。施工布置可根据河道具体情况调整膜支架结构和膜组件单元内单组件个数。其安装轴侧图见图2。

运行期间从河道下游断面采集水样，每周采样1次，持续24周，共采集24个样品。溶解氧采用电化学探头法（GB 11913—1989）现场测定，COD采用重铬酸盐法（GB 11914—1989）测定，氨氮采用纳氏试剂比色法（GB 7479—1987）测定，总磷采用钼酸铵分光光度法（GB 11893—1989）测定。检测结果与河道治理前上年度同期水样的检测结果进行比较。

工程正式运行后，COD随时间的变化曲线见图3。

如图3所示，随着运行时间的延长，COD逐渐下降，其中第1周至第6周COD下降速率较快，约2周内MABR膜组件已形成生物膜，吸收效果逐渐增加，6周内COD降解率为27.5%；第7周开始COD达到地表水Ⅴ类标准，且由于MABR膜组件上的生物量趋于稳定，随着运行时间的延长，河道水中的COD也基本稳定，平均值为33.92 mg/L。以上结果表明，应用MABR+微纳米曝气组合技术运行7周后，可使河道内COD达到地表水Ⅴ类标准，并能稳定达标。

工程正式运行后DO随时间的变化曲线如图4所示。

由图4可见，随着运行时间的增加，DO逐渐上升，其中第1周至第5周DO增速较快，主要原因是微纳米曝气设备的投入使用可快速增加DO；从第6周开始DO可达到地表水Ⅴ类标准，并随运行时间的延长而基本稳定，平均值为2.21 mg/L。MABR+微纳米曝气组合技术运行6周后可使河道内DO达到地表水Ⅴ类标准，并稳定达标。

工程正式运行后NH₃-N随时间的变化曲线见图5。

如图5所示，第1周至第8周NH₃-N下降速率较快，从第9周开始NH₃-N达到地表水Ⅴ类标准，并随运行时间的增长，NH₃-N基本稳定，平均为1.88 mg/L。结果表明，该组合技术运行9周可使河道内NH₃-N达到地表水Ⅴ类标准，并稳定达标。

工程正式运行后TP随时间的变化曲线见图6。

图6中，随着运行时间的延长TP逐渐下降，第1周至第6周TP降速较快，第7周开始TP达到地表水Ⅴ类标准，此后TP保持稳定，平均为0.37 mg/L。该组合技术运行7周后可使河道内TP达到地表水Ⅴ类标准，并稳定达标。

采用MABR+微纳米曝气组合技术对该河道进行治理后，DO、COD、NH₃-N、TP分别在运行6、7、9、7周后达到地表水Ⅴ类标准限值，稳定运行后净化效果见表1。

由表1可见，该组合技术对COD、NH₃-N、TP的去除率为47.00%、44.38%、13.95%，DO可增加31.55%。综上，该组合技术所需试运行期为6~8周，此阶段MABR膜组件上的生物量达到一定规模，同时通过微纳米曝气设备可进一步改善河道溶解氧含量，使生物量增长速率加快，缩短试运行期。稳定运行后河道水质达到地表水环境Ⅴ类标准要求。

为消除劣Ⅴ类河道水体，工程应用MABR+微纳米曝气组合技术。6~8周后该组合技术能稳定运行较长时间，且具有一定的抗冲击能力，治理过程中可改善河道水的溶解氧含量，一定程度上削减COD、NH₃-N、TP，使河道水质总体达到Ⅴ类水体标准。该项组合技术的应用为类似中小河道水质净化的工程项目提供了技术模式和实践经验。

对于该项组合技术，可进一步研究及优化应用运行条件，可从曝气量优化、曝气时段优化、不同流速下膜组件布置优化等方面考虑，在保证水质的条件下进一步降低运行成本，提升运行的稳定性。同时，河道治理与净化技术的运用，仅仅是城市水体治理的一种手段，还需通过管理手段、智慧化手段等综合治理，方可达到水安全、水资源、水环境、水文化、水景观、水生态、水管理、水经济的治理目标。