简介： 近年来，困扰污水处理厂的问题已经不仅仅是出水达标，而是怎么达到日趋严格的一级A、准IV类，甚至更高的出水标准。
近年来，困扰污水处理厂的问题已经不仅仅是出水达标，而是怎么达到日趋严格的一级A、准IV类，甚至更高的出水标准。强化生物除磷工艺（EBPR）是国内外城镇污水处理厂生物除磷的典型工艺，具有除磷效率高、运行费用低、产泥量少等特点。但在实际工程应用中，由于受到进水水质、温度、溶解氧、污泥回流等条件的影响，强化生物除磷工艺很难达到我国《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中的Ⅳ类水标准，通常需要通过化学辅助除磷来达到磷的高效去除的目的。但投加化学除磷剂不仅会产生大量难处理的污泥，而且会增加运营成本。因此，探究不同污水处理工艺的除磷效率差异及硝酸盐对强化生物除磷的影响，对城镇污水处理厂的高效稳定运行具有重要意义。
01传统生物除磷技术效果不算理想
EBPR 系统能够稳定实现对污水中磷的去除，主要是依赖于 EBPR 系统中微生物功能、结构的完整性。在 EBPR 系统中影响生物除磷的因素有很多，如溶解氧、温度、p H、BOD负荷和有机物性质、污泥龄及 HRT 及其他影响因素等。
然而传统EBPR目前存在以下“问题”：1.不适合低C/P比的进水；2.不能应对进水波动较大的情况；3.不适合用于A-B工艺；4.没办法和短程脱氮工艺兼容；5.满足不了太严格的出水要求，需要化学除磷做为备案。
这些问题其实都有其对应的原因：传统EBPR是让初沉池出水先经过厌氧区，但这种设计有很多问题：第一，这个厌氧区实际上不是严格的厌氧，原因是初沉池出水和回流污泥都会带进溶解氧，ORP的水平往往不足以支持有效的发酵；第二，聚糖菌(GAOs)和聚磷菌竞争挥发性脂肪酸(VFAs)，影响了PAOs的有效富集；第三，这种进水设计的VFAs浓度本来就不够高；第四，这种设计对碳/磷比非常敏感。
02污水处理中聚磷菌最新研究进展
在 EBPR 系统中存在着大量的微生物，其中功能微生物一直是研究的重点，γ-变形菌纲（γ-protebacteria）是最早被发现具有除磷功能的微生物，在2000年，Maszenan 等人通过 16 Sr RNA 基因测序发现两株不是 Actinobacteria 门下的聚磷菌，将其命名为 Tetrasphaera 菌属，直到2019年，Tetrasphaera 的除磷贡献才被证实，Fernando 等运用Raman 光谱技术对 Tetrasphaera 进行分析研究，首次证明了 Tetrasphaera 具有与Ca.Accumulibacter 相当的除磷贡献。
丹麦奥尔堡大学Per Halkj?r Nielsen教授的领衔团队就是利用Raman–FISH技术技术，在丹麦数十座污水厂的活性污泥分析中发现并确立了T.菌属的生态位及其对生物除磷的贡献。
图：Raman–FISH技术下的Tetrasphaera菌属形态及在活性污泥中的存在（黄色和橙色部分，绿色部分为总的活菌）
除此以外，相关研究人员通过宏基因组分析，还发现了新的Accumulibacter菌种，以及可以反硝化的聚磷菌，这就是现在的一个研究热点——DPAO。这意味着有微生物可以在缺氧区实现同时的生物脱氮除磷。
弗吉尼亚HRSD卫生局(Hampton Roads Sanitation Department)的Kester McCullough曾分享了他在A-B工艺的实验成果，考察了运用侧流MBBR，将强化生物除磷(EBPR)和主流厌氧氨氧化(Mainstream Deammonification)两者结合的可能性。结果显示MBBR的脱氮率(部分反硝化+厌氧氨氧化)要高于B段生物工艺的脱氮率。并发现了供给 部分反硝化(Partial Denitrification)的碳源是PHA而不是糖原(Glycogen)。
以乙酸作为碳源，在碳源充足条件下，活性污泥的释磷吸磷活性受到 NO3--N的影响较小，最大释磷速率不会因为NO3--N浓度的差异而发生变化，释磷量会随着NO3--N 浓度的升高而降低。
以城市污水处理厂原水作为碳源时，NO3--N对活性污泥释磷吸磷活性有较大的影响，这主要是由于在实际污水处理厂原水中 VFA 有限，聚磷菌与反硝化菌存在碳源的竞争，聚磷菌在释磷的同时，有一部分反硝化菌能够利用硝酸盐进行反硝化吸磷，因此，在缺氧过程中同时存在释磷和吸磷过程。
03探究发酵型聚磷菌Tetrasphaera 对强化生物除磷的贡献具有重要意义
在当前对发酵型聚磷菌 Tetrasphaera 的研究中，对其厌氧代谢途径仍存在争
议，Marques 的研究中认为发酵型聚磷菌 Tetrasphaera 在厌氧条件下能够通过厌氧发酵代谢氨基酸、葡萄糖等会有厌氧吸磷的现象。但在 Nguyen 等人的研究中指出，发酵型聚磷菌 Tetrasphaera 在厌氧条件下可吸收并发酵甘氨酸，同时会有磷酸盐的释放。因此，对于发酵型聚磷菌 Tetrasphaera 在厌氧条件下是释磷还是吸磷目前还没有明确的结论。
不过已经有不少实验可以论证：Tetrasphaera 和 Ca.Accumulibacter 共存于同一系统中，对系统的除磷更有利。
图：聚磷菌厌氧代谢能量平衡
Tetrasphaera 可以在厌氧过程中通过发酵产生 ATP，过剩的 ATP 可以用于吸磷，这将导致在厌氧条件下活性污泥系统的净释磷能力下降，为好氧阶段的吸磷减小压力，同时，发酵型聚磷菌在好氧条件下也可以吸收磷酸盐，这样在好氧条件下 Tetrasphaera 和 Ca.Accumulibacter 会竞争磷酸盐，因此对活性污泥系统的除磷更有利，Tetrasphaera 能够对 Ca.Accumulibacter
起到冗余的作用。又因为Tetrasphaera在厌氧发酵过程中产生的VFA可以被Ca.Accumulibacter 所利用，因此，Tetrasphaera 可以对 Ca.Accumulibacter 的除磷起到协同作用。
04强化生物除磷的研究有待进一步深入
我国城市污水特有的特征和环境特点，导致传统生物脱氮除磷技术效果不佳。随着我国对氮、磷排放标准的日趋严格，结合我国城市污水处理的可持续发展，未来应加大新型技术的研究和推广力度,加强对新技术的使用条件及优劣特点的认识，争取早日将此类具有潜力的新型污水生物脱氮除磷技术应用到我国的城市污水处理中，并基于此类新技术，积极开发出具有高效、节能一体化的污水生物脱氮除磷工艺，是解决此类问题值得考虑的研究方向。
