磷是引起水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵限制性因子，過量的磷輸入會導(dǎo)致藻類暴發(fā)、水質(zhì)惡化及生態(tài)系統(tǒng)失衡。與化學(xué)沉淀法相比，生物除磷技術(shù)具有運(yùn)行成本低、污泥產(chǎn)量少、無二次污染等優(yōu)勢，已成為污水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。當(dāng)前，基于聚磷菌代謝特性的強(qiáng)化生物除磷工藝不斷發(fā)展，從傳統(tǒng)的厭氧-好氧工藝到新型功能菌群挖掘與耦合技術(shù)，為水體磷污染控制提供了多元化的解決方案。

一、傳統(tǒng)強(qiáng)化生物除磷工藝

強(qiáng)化生物除磷的基本原理是利用聚磷菌在厭氧和好氧交替環(huán)境中的代謝特性實(shí)現(xiàn)磷的去除。在厭氧條件下，聚磷菌分解胞內(nèi)多聚磷酸鹽釋放能量，吸收環(huán)境中的揮發(fā)性脂肪酸并合成聚羥基脂肪酸酯；在好氧條件下，聚磷菌利用PHA分解提供的能量，過量吸收水中的磷酸鹽并以聚磷酸鹽形式儲存于胞內(nèi)。通過排放富含磷的剩余污泥，實(shí)現(xiàn)磷從水相中的去除。

厭氧-好氧生物除磷工藝是一種流程簡單、無需投藥、無需混合液回流的成熟技術(shù)。該工藝污水停留時間一般為3-6小時，污泥濃度維持在2700-3000 mg/L之間，磷去除率可達(dá)76%左右，出水磷含量通常低于1.0 mg/L。該工藝的優(yōu)勢在于建設(shè)與運(yùn)行費(fèi)用較低，污泥沉降性能良好，污泥含磷量約4%，具有較好的肥效價值。但該工藝也存在除磷率難以進(jìn)一步提高的局限，尤其當(dāng)進(jìn)水BOD濃度較低或含磷量過高時，受限于微生物過量吸磷的生理極限，除磷效果會受到影響。此外，沉淀池內(nèi)污泥停留時間過長易發(fā)生磷的二次釋放，影響最終出水水質(zhì)。

二、基于新型聚磷菌的功能優(yōu)化

傳統(tǒng)研究長期聚焦于Candidatus Accumulibacter作為聚磷菌的代表菌屬。然而，近年來基于高通量測序的研究揭示，Tetrasphaera菌在全球污水處理廠中普遍存在，其豐度甚至超過Accumulibacter，成為潛在的"除磷黑馬"。Tetrasphaera具有代謝葡萄糖、氨基酸等多種碳源的能力，可能兼具脫氮與除磷的雙重功能，但其在人工環(huán)境中的穩(wěn)定富集一直是技術(shù)難點(diǎn)。

國內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)采用"自上而下"的群落構(gòu)建策略，以復(fù)合碳源（蛋白質(zhì)水解物、葡萄糖、乙酸鈉）模擬真實(shí)污水環(huán)境，配合低濃度硝化抑制劑烯丙基硫脲的精準(zhǔn)調(diào)控，成功實(shí)現(xiàn)了Tetrasphaera菌群的高效富集。經(jīng)過170天的動態(tài)調(diào)控，Tetrasphaera菌群占比從初始的1.5%提升至40%，系統(tǒng)磷去除率穩(wěn)定在85%，總氮去除率達(dá)80%。更為重要的是，污泥灰分中的磷含量較普通污泥提高23.2倍，達(dá)到32.5%，具備作為磷礦替代品的資源回收潛力。該研究不僅驗(yàn)證了Tetrasphaera在強(qiáng)化生物除磷中的核心地位，也為從污水處理向磷資源回收轉(zhuǎn)型提供了技術(shù)支撐。

三、反硝化除磷與耦合工藝

反硝化除磷菌是一類能夠以硝酸鹽或亞硝酸鹽為電子受體，在缺氧條件下同步完成反硝化和過量吸磷的特殊聚磷菌。這類菌群的存在可實(shí)現(xiàn)"一碳兩用"，即在去除氮素的同時完成磷的吸收，有效節(jié)約碳源需求，降低曝氣能耗和污泥產(chǎn)量。研究表明，在固膜活性污泥強(qiáng)化生物除磷系統(tǒng)中，反硝化聚磷菌的豐度受硝酸鹽回流比調(diào)控顯著，Clade I型Accumulibacter與硝酸鹽濃度呈正相關(guān)，而Clade II型則呈負(fù)相關(guān)。盡管反硝化聚磷菌對總脫氮貢獻(xiàn)率通常低于10%，但其富集對碳源節(jié)約和工藝優(yōu)化具有積極意義。

在工藝耦合方面，側(cè)流強(qiáng)化生物除磷技術(shù)通過將部分污泥進(jìn)行厭氧發(fā)酵后回流至主流系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了碳源捕獲與定向分配，使生物除磷與短程脫氮工藝得以兼容。中試研究表明，采用吸附/生物氧化與側(cè)流強(qiáng)化生物除磷耦合工藝處理實(shí)際城市污水，在碳源相對有限的條件下仍可實(shí)現(xiàn)86%的氮去除和87%的磷去除。此外，北京工業(yè)大學(xué)彭永臻院士團(tuán)隊(duì)通過絮體管理策略，成功構(gòu)建了厭氧氨氧化與強(qiáng)化生物除磷的單級混合系統(tǒng)，生物膜中厭氧氨氧化菌豐度達(dá)12.5%，氮和磷去除率分別達(dá)到97.7%和97.4%，突破了兩種功能菌群在生態(tài)位和污泥齡方面的沖突。

基于硫鐵礦的生物濾池技術(shù)代表了另一種生物-化學(xué)耦合的除磷思路。SMS-III生物濾池利用硫鐵礦的缺氧生物氧化過程將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，同時利用微生物代謝產(chǎn)生的鐵離子與磷酸鹽形成沉淀，在一個反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)生物脫氮與化學(xué)除磷的自然耦合。該技術(shù)無需外加碳源，水力停留時間僅1小時即可將總磷降至0.2 mg/L以下，處理成本低于0.1元/噸水，為污水處理廠提標(biāo)改造提供了經(jīng)濟(jì)高效的解決方案！