农村生活污水点多、面广、分散，集中收集管网造价高、运维复杂，一直是水环境治理的难点。移动床生物膜反应器（MBBR填料工艺的核心载体系统）凭借结构紧凑、运行灵活、抗冲击负荷强的特点，被公认为分散式农村污水处理的适宜工艺之一，而填料作为MBBR工艺的核心，直接决定了挂膜速度、处理效率和运行能耗。近日，青岛理工大学联合桐乡市小老板特种塑料制品有限公司等单位，在国际SCI期刊《Journal of Water Process Engineering》发表研究论文，通过129天连续运行，系统验证了以小老板Biochip生物填料为核心的混合填料工艺的优异脱氮性能，氨氮去除率达98.9%。本文一文读懂这篇论文，看看混合填料工艺的优势，以及Biochip填料凭什么在四种载体中脱颖而出。

01 一篇来自SCI期刊的129天实证研究

研究团队构建了移动床生物膜反应器（AO-MBBR），连续运行长达129天。反应器内同时投加四种典型生物填料——PE05（S1）、Biochip（S2）、聚丙烯海绵（S3）、PE75S（S4），总填充率30%，每种各占7.5%。

混合填料工艺是否比单一填料工艺更有优势？四种填料在完全相同的工况下同台竞技：谁的挂膜更快、负荷更高、脱氮更强，用数据说话，一目了然。

图1 混合填料工艺反应器结构（论文 Fig. 1）

02 系统级硬核数据 混合填料工艺交出高分答卷

在129天连续运行中，系统整体性能表现亮眼：

COD：随着生物膜逐步成熟，平均去除率由55.1%±8.8%稳步提升至74.3%±6.4%，最大去除率80.7%，平均出水COD仅46.3 mg/L；

氨氮：平均去除率高达98.9%，稳定期维持在98.6%±1.4%，平均出水氨氮仅0.55 mg/L。

此次系统搭建基于桐乡市小老板特种塑料制品有限公司研发提出的混合填料工艺理念，其优势主要体现在以下几个具体维度：

● 提高系统抗冲击能力。不同填料的生物膜群落结构和厚度不同，组合后相当于在池内形成多个微型生态单元。当进水COD或氨氮突然升高时，多种生物膜共同缓冲，系统恢复速度更快。

● 不新增池容也能提升负荷。通过合理搭配高比表面积填料和优流化填料，在现有池体内提高单位容积的有效生物量，从而提升处理负荷，避免扩建带来的征地和土建成本。

● 改善池内流化状态。大小、密度、形状互补的填料组合，可以减少局部堆积和死角，降低曝气能耗，也让拦截筛网的负荷更均匀。

● 适应低温和水质波动。冬季硝化菌活性下降时，高生物量填料能够起到蓄菌作用；来水水质变化时，多种填料组合也能提供更强的工艺冗余。

● 降低长期运维风险。MBC混合填料采用HDPE等耐老化材质，机械强度高、不易破碎，能减少填料流失、筛网堵塞和补充更换的频率。

图2 129天长期运行COD与氨氮去除效果（论文 Fig. 2）

03 四种载体同台竞技 Biochip凭数据脱颖而出

为比较不同载体的单兵作战能力，论文将四种载体分别取出，在完全一致的条件下开展独立批次实验，测定各自的挂膜量、比表面积负荷与氮转化活性。结果清晰表明（具体数据详见论文）：

Biochip（S2）载体在比表面积负荷、同步硝化反硝化活性等关键指标上表现突出，综合脱氮性能在四种载体中名列前茅，展现出在复合载体MBBR系统中支撑高效脱氮的巨大潜力。

图3 四种载体比表面积负荷对比（论文 Fig. 4）

04 优势一 比表面积负荷出色 传质效率更高

Biochip的NH4+-N比表面积负荷在四种载体中最高，同时保持了充足的挂膜生物量（具体数据详见论文）。

论文指出，Biochip尺寸小、结构精巧，生物膜与主体水体的接触面积更大，显著提升了传质效率，使营养物质更易被微生物利用，从而获得更高的处理性能。这意味着在相同池容下，Biochip能承载更高的氮负荷——对一体化、小型化设备尤其友好。

05 优势二 同步硝化反硝化活性突出 能耗更低

批次实验中，Biochip的同步硝化反硝化（SND）率在四种载体中位居前列。

同步硝化反硝化意味着好氧硝化与缺氧反硝化可以在同一填料生物膜内同步完成：无需单独设置缺氧区与外加碳源，可显著降低曝气能耗与药剂成本。系统长期运行中SND效率提升至60.1%，与Biochip的强SND活性相互印证——选对填料，等于为污水站选对了节能引擎。

06 优势三 功能菌富集能力突出 系统更稳

高通量16S rRNA测序显示，Biochip载体表面富集了大量脱氮除磷关键功能菌：

● Pseudomonadota相对丰度高达64%，为四种载体中最高，该菌门兼具异养生长快、抗冲击负荷强的特点，可加速挂膜启动；

● Thaumarchaeota富集至15.2%，Nitrospira富集至11.9%，共同保障硝化路径畅通；

● 聚磷菌Candidatus Accumulibacter丰度达15.3%，使系统具备同步脱氮除磷的潜力。

功能菌的高效富集带来更快的挂膜速度、更强的负荷冲击抵抗力和更稳定的长期出水，这正是Biochip让系统129天稳定运行的关键所在。

图4 四种载体生物膜微生物群落组成（论文 Fig. 6）

07 机理揭秘 AOB主导 脱氮功能基因全线激活

论文采用微生物类群特异性抑制剂法，定量了不同氨氧化微生物的贡献：氨氧化细菌（AOB）贡献高达74.3%，是氨氧化的绝对主力；氨氧化古菌（AOA）贡献11.8%，全程氨氧化菌（Comammox）贡献13.9%。

本实验中相对较高的溶解氧环境更有利于AOB生长，而AOA与Comammox的贡献同样不可忽视，为系统提供了多重保障。

图5 不同氨氧化微生物类群的污染物去除性能（论文 Fig. 5）

PICRUSt功能预测进一步揭示：系统内硝化关键基因amoA/amoB/amoC、hao与反硝化关键基因nirK/nirS、nosZ丰度显著，且与运行时间正相关——意味着硝化-反硝化通路被全线激活。其中nosZ基因高表达（7862—23567 reads）有助于将温室气体N2O进一步还原为氮气，降低碳排放。

图6 氮代谢关键功能基因预测与代谢通路（论文 Fig. 7）

08 从实验室到工程现场 Biochip的应用价值

对农村分散式污水处理而言，混合填料工艺方案的优势显而易见：构型紧凑，适合一体化装备与就地分散处理；生物量保持高，抗冲击负荷能力强；长期运行稳定，出水稳定达标；载体耐久可复用，降低更换频率与全生命周期成本。

作为论文共同完成单位之一，桐乡市小老板特种塑料制品有限公司正是Biochip生物填料的研发生产企业。在这场四种载体的同台竞技中，Biochip以比表面积负荷表现出色、SND活性强、功能菌富集突出的表现，为混合填料工艺提效降耗提供了扎实的载体支撑，也展现了产学研协同创新的价值。

09 结语

这篇SCI论文不仅验证了混合填料工艺处理农村污水的技术可行性，更用129天的连续数据证明了优质填料对系统性能的决定性作用。选对填料，就是为污水站选对了心脏。小老板Biochip生物填料，用论文数据说话，为农村污水治理提供可靠选择。