摘 要：传统厌氧/好氧生物（A/O）除磷工艺已经在世界各地被广泛地应用，单此工艺存在不稳定性，近年来，研究者对其工艺机理做了许多的研究，其中包括主导微生物的鉴定，生化代谢途径的探讨以及数学模型的建立等。与此同时，有研究者发现，生物除磷可以在单级好氧工艺中实现，由此开发出一种经济、简单的生物除磷工艺，即单级好氧生物除磷工艺，具有重要的意义。本文系统的总结了传统厌氧/好氧生物（A/O）除磷工艺和单级好氧生物除磷工艺的最新研究进展。
关键词：生物除磷；厌氧/好氧（A/O）；单级好氧
1 引言
磷是生物的重要营养源，但是水中如果磷的含量过多，将会引起水体富营养化。水体富营养化会有严重的后果，第一，导致水质恶化，使得饮用水处理变得困难；第二，因藻类覆盖水面会导致水体中溶解氧浓度降低，水生生物会缺氧引起窒息，水产养殖业减产损失严重。总之，水体富营养化既影响人类生活，又对工、农业生产造成不利的影响。所以除磷已经成为当今水污染处理的研究重点问题。生物除磷运行成本低、环境二次污染小，在实际污水处理中被广泛地应用。
传统的生物除磷认为，厌氧/好氧（A/O）交替运行是实现生物除磷的前提，但是其稳定性差，制约其进一步发展。由于大多数污水处理厂主要依靠经验来进行设计，除磷效率不能达到预期的标准。在某些时候，当A/O工艺不能有效除磷，需向污水中投加化学药剂以保证达到良好的除磷效果，这样，必须会增加污水处理的成本，这严重制约了A/O工艺用于生物除磷的发展。
为解决此工艺的不稳定性，近年来，研究者对厌氧/好氧（A/O）的机理做了许多研究，其中包括主导微生物的鉴定，生化代谢途径的探讨以及数学模型的建立等。同时有研究者发现，生物除磷可以在单级好氧工艺中实现，即单级好氧生物除磷工艺，具有重要的意义。本文系统的总结了传统厌氧/好氧生物除磷工艺和单级好氧生物除磷工艺的最新研究进展。
2 厌氧/好氧生物除磷工艺
2.1 A/O工艺影响因素
A/O工艺影响因素有许多，下面就一一进行描述。
2.1.1 溶解氧浓度
一方面溶解氧作为最终电子受体而抑制厌氧菌的发酵产酸作用，妨碍磷的释放，另一方面，溶解氧会耗尽能快速讲解的有机基质，从而减少了聚磷菌所需的脂肪酸的产生量，造成生物除磷效果变差，所以厌氧区的溶解氧必须严格控制在0.2mg/L以下。而在好氧条件下要供给足够的溶解氧，以满足聚磷菌对其储存的PHB进行讲解，释放足够的能量供其过量摄取磷，从而有效地吸收废水中的磷。所以好氧区的溶解氧一般需要控制在0.2mg/L左右。
2.1.2 厌氧区硝态氮
厌氧区中存在的硝态氮以两种方式影响生物除磷作用：第一，产酸菌因利用硝酸根或亚硝酸根最为最终电子受体氧化有机基质，从而抑制产酸菌的厌氧发酵以及产生挥发性脂肪酸的作用。其二是反应器中的反硝化菌会利用硝态氮进行反硝化作用，消耗掉生物降解的有机基质，从而影响其以发酵中间产物作为电子受体进行发酵产酸，进而抑制了聚磷菌的释磷和放磷能力以及PHA的合成能力。研究表明，当NO2浓度为2mg/L时，好氧吸磷的速率为2.4mg，已经对好氧吸磷造成严重抑制，当NO2浓度为6mg/L时，好氧吸磷的速率为0.6mg，已经完全对好氧吸磷造成抑制，而在没有NO2的正常情况下，最好好氧吸磷速率为24mg。
2.1.3 碳源
废水生物除磷工艺中，厌氧段碳源的种类、含量和与磷浓度的比值是影响生物除磷效果的重要原因。不同的有机物为基质时，磷的厌氧释放和好氧摄取是不同的。分子量相对较小的易降解有机物，而高分子难降解的有机物诱导释磷的能力会相对较弱。经试验表明，在厌氧段加入丙酸、乙酸和葡萄糖等简单的有机物能诱发磷的释放，其中以乙酸获得效果最佳。根据各种实验、经验表明，当碳源的含量和与磷浓度的比值在15-30之间时，聚磷菌有足够的基质需求而获得良好的除磷效果。
2.1.4 pH值
各種研究、试验表明，当pH值在6.5-8.0时，磷的厌氧释放会稳定；当pH值<6.5，生物除磷效果大减。当pH值从7.5升至8.0时，污泥中聚磷菌含量会明显地增加，除磷的效果也会大大增强。
2.1.5温度
各种研究、试验表明，高当、中、低温时，不同菌群都有生物除磷的能力，但是低温状态下，厌氧区的停留时间要相对较长些，以用来保证发酵的完成以及基质的充分吸收。研究表明，当温度控制在5-30摄氏度时，除磷效果会比较好。但是，各种实验研究表明，在相对中低温时，系统除磷的效果会更好，在接近30摄氏度时，相对除磷效果时最差的。
2.2 A/O工艺的最新进展
自2004年，丙酸对A/O除磷工艺的影响和在聚磷菌体内的代谢过程，受到了众多试验学者的广泛关注。其中，Chen对乙酸/丙酸比例对A/O除磷工艺影响做了研究，并通过一系列试验证明，高浓度丙酸含量的污水在长期运行过程中会有更好的除磷效果。Pijuan等也证实了当丙酸作为单一的碳源时，A/O除磷效果会更好，并进一步地探讨了其在微生物体内的代谢特征。Tong等利用适当处理后的污泥水解上清液作为碳源也成功地得到了更好的除磷效果，建立了污染资源化与废水除磷的有机联系。为进一步探讨A/O除磷机理以获得稳定的除磷效果，Oehmen等研究了不同基质下聚磷菌和聚糖菌的比例及污泥中微生物的生态学特征。另外，也有部分的学者针对A/O除磷工艺的改进也取得了一些进展。Hanmin Zhang等利用MUCT-MBR系统能成功实现反硝化除磷，且除磷效果均多达80%以上。
3 单级好氧生物除磷工艺
各种研究表明，实现生物除磷效果，关键在是否有可诱导微生物过量摄取磷的环境条件，厌氧/好氧的运行模式以及污水中VFA的大量生物存在是实现生物除磷的必要条件。然而，一些研究者也发现，在污水中在没有VFA大量存在也实现了生物除磷的效果，这个发现表明，除了传统生物除磷认为的厌氧/好氧工艺，微生物对磷的摄取也可通过其他环境条件来实现。近年来，研究者正是了生物除磷可以在未设厌氧段的SBR中实现，即出现了单级好氧生物除磷，并对其做了研究。
3.1 单级好氧生物除磷工艺
早在2008年，湖南大学做了在对内循环SBR反应器进行同步脱氮除磷试验发现，在采用内循环SBR反应器处理以葡萄糖为单一碳源的模拟城市生活污水的除磷的过程中发现，进水后未经厌氧段而直接曝气，但是获得了良好的除磷效果，并对后续做了研究， 进一步研究表明，污水中磷酸盐的去除主要是微生物体内聚磷菌超量积累的结果，表明在无厌氧段，无PHA合成而直接好氧曝气，聚磷菌也可以将废水中磷酸盐合成聚磷，通过排除富磷污泥而达到除磷的目的，这和传统的理论有很大的差别，这就是我们所说的单级好氧生物除磷。
3.2单级好氧生物除磷可能的代谢途径
研究者通过进一步比较单级好氧生物除磷系统在两种典型的基质葡萄糖与乙酸盐作为单一碳源时的除磷效果，发现在两种基质作为单一碳源时，均有过量的磷的摄取，但是相对来说，葡萄糖作为单一碳源时，生物除磷能力更好。通过对比葡萄糖与乙酸盐的好氧代谢途径与各自除磷效果及其内碳源的变化，得出好氧段储能物质积累、转化量与其除磷能力联系紧密。相对于乙酸盐系统，葡萄糖系统中的单位微生物在外碳源消耗期中积累的内碳源更多，且两系统在外碳源消耗期积累的内碳源在内碳源消耗期几乎都被氧化掉，所以葡萄糖系统中单位微生物在此过程中获得的可利用的ATP更多，除去微生物自身生长和维持生命的能量外，有更多ATP供葡萄糖系统中微生物用于聚磷的合成，使得葡萄糖系统中微生物有获得更好的除磷效果。
4 总结与展望
综上所述， 虽然传统A/O生物除磷工艺在废水处理中得到了广泛应用，但是其运行过程容易受外界环境影响，不够稳定。深入研究其微生物学特征以及代谢途径，可以强化对此工艺的理解，从本质上探讨此工艺的控制策略。
单级好氧生物除磷工艺是近年来发展的新途径，此项工艺简单、经济，但是目前停留在实验室的阶段。此单级好氧生物除磷工艺中，主导微生物和其动态演替规律、污水中存在的不同碳源、外界的各种因素对其的影响和其在实际污水中的生物除磷效果均没有得到证实，需进一步探讨。
参考文献：
[1]王冬波等.SBR无厌氧段实现生物除磷.环境科学，2014，46（8）：1297-1303.
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