導(dǎo)語(yǔ)：基于傳統(tǒng)生物除磷理論的帶有前置厭氧區(qū)的主流生物除磷脫氮工藝在過(guò)去近半個(gè)世紀(jì)的水體富營(yíng)養(yǎng)化控制過(guò)程中一直發(fā)揮著主導(dǎo)作用。近些年全球范圍內(nèi)側(cè)流活性污泥水解發(fā)酵項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱S2EBPR或SSH）得到快速發(fā)展及應(yīng)用，通過(guò)對(duì)這些項(xiàng)目生物除磷的研究發(fā)現(xiàn)，這些采用側(cè)流活性污泥發(fā)酵的污水廠出現(xiàn)了高效且更加穩(wěn)定的生物除磷現(xiàn)象，但這種側(cè)流EBPR卻無(wú)法利用傳統(tǒng)經(jīng)典理論來(lái)進(jìn)行對(duì)照解釋。這種情況下，一種可以直接利用葡萄糖及氨基酸進(jìn)行發(fā)酵并釋磷的新PAO菌屬Tetrasphaeraspp.被發(fā)現(xiàn)并分離，Tetrasphaeraspp.在很多側(cè)流活性污泥水解污水廠的菌群結(jié)構(gòu)中相對(duì)傳統(tǒng)Accumulibacter菌屬占有更高的豐度(abundance)， “Accumulibacter-Tetrasphaera”共生協(xié)同的“雙PAOs協(xié)同共生除磷理論”（coexistence and synergy）及模型建立是對(duì)傳統(tǒng)生物除磷理論的重大拓展與突破。本文基于污水處理生物除磷脫氮技術(shù)發(fā)展史視角，從主流污水脫氮除磷工藝技術(shù)發(fā)展史梳理開始，對(duì)側(cè)流EBPR現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)及側(cè)流發(fā)酵機(jī)理、Tetrasphaera發(fā)現(xiàn)、生化代謝模型及其生態(tài)位（ecological niche）、雙PAOs模型的建立等方面進(jìn)行了系統(tǒng)性梳理和總結(jié)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究成果及實(shí)際案例，總結(jié)了側(cè)流活性污泥水解發(fā)酵技術(shù)工藝構(gòu)型新發(fā)展及工程化應(yīng)用現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上展示了未來(lái)側(cè)流EBPR技術(shù)的發(fā)展前景，以期為我國(guó)污水廠未來(lái)深度脫氮除磷提標(biāo)改造尤其是低C/N比污水的處理提供借鑒。

控制水體或湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵性生態(tài)因子是減少氮、磷的輸入并控制合適的N/P比，對(duì)于緩流水體和湖泊，控制水體P的濃度又是防控富營(yíng)養(yǎng)化的首要控制因子，利用強(qiáng)化生物脫氮除磷（EBNR）工藝通過(guò)生化途徑去除營(yíng)養(yǎng)鹽被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)有效的方式，因此，半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，強(qiáng)化脫氮除磷甚至實(shí)現(xiàn)深度脫氮除磷（如達(dá)到技術(shù)極限型出水標(biāo)準(zhǔn)，LOT）、探索各種革新的工藝實(shí)現(xiàn)對(duì)N、P的高效穩(wěn)定去除一直是污水處理研究者和工程設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)工程師們癡迷和追求的極致方向。

科學(xué)研究和技術(shù)的開發(fā)始于對(duì)特殊試驗(yàn)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，技術(shù)發(fā)展得益于現(xiàn)象背后的機(jī)理和規(guī)律被逐漸揭示，百年活性污泥發(fā)展史也概莫如此。早在1955年，Greenburg提出活性污泥法中磷的去除，印度Srinath研究小組和美國(guó)Alarcon研究小組分別在1959年、1961年報(bào)道了在污水廠發(fā)現(xiàn)了生物除磷現(xiàn)象，Levin and Shapiro (1965) 試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)活性污泥好氧過(guò)程的P的攝取和厭氧條件下P的釋放現(xiàn)象在此基礎(chǔ)上正式提出了PhoStrip工藝， 1967年Vacker和Connell在美國(guó)san antonio一座市政污水廠也發(fā)現(xiàn)生物超量除磷， 1975年Fuhs&Chen正式系統(tǒng)性提出聚磷菌PAO的厭氧釋磷-好氧過(guò)度攝取磷酸鹽生物機(jī)制，也是在同一年， James Barnard先生提出Bardenpho工藝、美國(guó)Specter獲得A/O及AAO工藝發(fā)明專利，1976年James Barnard正式推出Phoredox工藝的不同工藝類型組合，再到1980年UCT工藝構(gòu)型被提出，這一系列的生物除磷事件成為污水技術(shù)發(fā)展史上的里程碑，在過(guò)去近半個(gè)世紀(jì)中，上述活性污泥生物脫氮除磷及其變形或改進(jìn)工藝在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用，有效削減污水中有機(jī)污染物及營(yíng)養(yǎng)鹽、控制和減輕水體富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)揮了重要作用。

1側(cè)流活性污泥發(fā)酵強(qiáng)化EBPR現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)

傳統(tǒng)主流EBPR工藝除磷機(jī)理模型是建立在厭氧條件下Accumulibacter類PAO對(duì)進(jìn)水中可快速降解有機(jī)物主要是揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）的攝取而發(fā)生磷的釋放基礎(chǔ)上，運(yùn)行實(shí)踐也表明，進(jìn)水VFAs充足情況下，通過(guò)良好的設(shè)計(jì)和可靠的運(yùn)行，傳統(tǒng)EBPR工藝出水TP可以達(dá)到0.5～1.0mg/L；但是最近10～20年以來(lái)的一些沒有前置厭氧的活性污泥工藝獲得高效且較為穩(wěn)定的除磷現(xiàn)象在歐美一些污水廠被觀察到，僅依靠生物除磷出水TP可以達(dá)到0.1mg/L，經(jīng)典理論模型已經(jīng)無(wú)法解釋這種“非主流”除磷現(xiàn)象。與此同時(shí)，隨著對(duì)污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)要求的日益提高，常規(guī)主流的強(qiáng)化生物脫氮除磷工藝面臨越來(lái)越高的技術(shù)挑戰(zhàn)，如進(jìn)水水質(zhì)特性尤其是低C/N比污水對(duì)脫氮除磷工藝運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性與可持續(xù)影響，外回流攜帶的NO3--N進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)破壞厭氧環(huán)境而影響厭氧釋磷過(guò)程。此外，傳統(tǒng)主流脫氮除磷工藝（如A/O、A2O、Bardenpho工藝）中通過(guò)生物絮凝作用捕獲和吸附的膠體、顆粒性有機(jī)物，在生化厭氧、缺氧過(guò)程中由于水解作用不充分并沒有被作為有效碳源被脫氮除磷過(guò)程充分利用。

1972年被譽(yù)為“脫氮除磷之父”的James Barnard在進(jìn)行規(guī)模為100m³/d的“A/O-A/O”構(gòu)型的脫氮中試（裝置有一個(gè)用于調(diào)節(jié)池容分配的可移動(dòng)式隔板，無(wú)意中創(chuàng)造了一個(gè)“死區(qū)”形成了一個(gè)“發(fā)酵區(qū)”）中發(fā)現(xiàn)，這個(gè)帶有“發(fā)酵死區(qū)”的“A/O-A/O”脫氮系統(tǒng)獲得了高效的生物除磷效率，在進(jìn)水TP 為9mg/L情況下，出水TP可以低于0.2mg/L，在第二段缺氧區(qū)，混合液PO43--P達(dá)到30mg/L；當(dāng)取消“死區(qū)”后，裝置出水TP達(dá)到2mg/L。試驗(yàn)分析，顯然是“死區(qū)”的厭氧過(guò)程發(fā)生了污泥和混合液的水解作用，產(chǎn)生了VFAs，大量的VFAs通過(guò)25mm連接管涌入到第二段缺氧區(qū)，促進(jìn)形成了厭氧環(huán)境進(jìn)而發(fā)生了P釋放。顯然，這次著名的四級(jí)反應(yīng)器的脫氮試驗(yàn)，那個(gè)可以來(lái)回移動(dòng)的可調(diào)節(jié)“好氧-缺氧池容”的隔板及上面25mm的2個(gè)孔洞，為日后側(cè)流活性污泥強(qiáng)化生物除磷（S2EBPR）技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和進(jìn)一步發(fā)展，打開了一扇窗。

2側(cè)流活性污泥發(fā)酵強(qiáng)化EBPR技術(shù)的發(fā)展

James Barnard先生1972年采用的“A/O-A/O”脫氮工藝實(shí)際上就是其1975年提出的“四段式Bardenpho”工藝的前身，根據(jù)此試驗(yàn)結(jié)果后來(lái)進(jìn)一步提出了帶有厭氧區(qū)的Bardenpho工藝，也就是目前常用的“五段式Bardenpho”工藝。然而，James Barnard那次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)“死區(qū)”促進(jìn)BPR，但當(dāng)時(shí)其并沒有在這個(gè)試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出側(cè)流污泥發(fā)酵或者混合液發(fā)酵的概念。那次試驗(yàn)的前后幾年光陰，也是活性污泥工藝前端設(shè)置一個(gè)厭氧區(qū)作為實(shí)現(xiàn)生物除磷的基本工藝控制條件剛剛被認(rèn)知的年代，也是在1975年-1976年，James Barnard在Bardenpho工藝基礎(chǔ)上正式提出個(gè)發(fā)展帶有前置厭氧段的Phoredox系列同步脫氮除磷工藝，這些工藝構(gòu)型至今仍然在污水處理領(lǐng)域中扮演重要角色。

繼續(xù)梳理側(cè)流活性污泥發(fā)酵的技術(shù)發(fā)展史會(huì)發(fā)現(xiàn)，真正提出活性污泥側(cè)流發(fā)酵理念和工程應(yīng)用是1990年后的事情了。較早介紹并將側(cè)流活性污泥水解技術(shù)應(yīng)用于工程實(shí)踐的是丹麥克魯格公司（Kruger A/S）及Envidan公司，Brinch P.于1997年報(bào)道了利用“回流活性污泥水解”補(bǔ)充SCOD強(qiáng)化脫氮除磷的理念和做法， Vollertsen J.G. Petersen G.等人利用丹麥Aalbog東、西兩座污水廠進(jìn)行了側(cè)流活性污泥水解的前期開創(chuàng)性工作，并對(duì)污泥水解動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。實(shí)際上，最初的實(shí)踐是對(duì)初沉污泥進(jìn)行水解，工程案例主要集中在丹麥、瑞典和北美，主要工藝控制參數(shù)SRT為2～5d。由于初沉污泥水解需控制水解和產(chǎn)酸過(guò)程，而不進(jìn)入產(chǎn)甲烷化，水解產(chǎn)物需要進(jìn)行“泥-液”二次分離，因此存在SCOD及VFAs從泥水混合液中分離、“洗出”效率的問題，同時(shí)初沉污泥水解易受到進(jìn)水水質(zhì)、水量波動(dòng)及初沉池排泥影響。相對(duì)于初沉污泥水解，活性污泥水解產(chǎn)物SCOD產(chǎn)率雖然較低，但是活性污泥水解無(wú)需進(jìn)行發(fā)酵液的二次分離，泥水混合液可全部引入到厭氧池，同時(shí)回流的活性污泥流量及濃度可控，因此，活性污泥水解工藝穩(wěn)定性更高，近些年受到越來(lái)越多的研究和工程化應(yīng)用。

3活性污泥發(fā)酵強(qiáng)化EBPR機(jī)理新發(fā)展

筆者曾對(duì)側(cè)流活性污泥發(fā)酵技術(shù)工藝構(gòu)型做過(guò)總結(jié)，在早期的側(cè)流活性污泥水解案例中，設(shè)置側(cè)流污泥發(fā)酵單元的初衷就是對(duì)部分回流活性污泥（RAS）進(jìn)行厭氧水解發(fā)酵，將產(chǎn)生的SCOD和VFAs提供給主流厭氧區(qū)的PAOs釋磷過(guò)程，因此，2010年前的關(guān)于側(cè)流活性污泥發(fā)酵的文獻(xiàn)，都是關(guān)于水解產(chǎn)率、影響因素及動(dòng)力學(xué)等方面研究和論述。

3.1Tetrasphaera菌屬的發(fā)現(xiàn)與分離

很久以來(lái)，CandidatusAccumulibacter一直被視為EBPR最主要的PAOs。2010年前后，丹麥和美國(guó)一些研究者發(fā)現(xiàn)一些未設(shè)傳統(tǒng)前置厭氧區(qū)的側(cè)流EBPR項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了高效生物除磷，而按照傳統(tǒng)PAOs生化代謝模型已經(jīng)不能解釋和擬合這些“非主流”工藝實(shí)際的運(yùn)行狀況和出水水質(zhì)。但是，當(dāng)時(shí)的研究關(guān)注點(diǎn)尚未對(duì)水解發(fā)酵過(guò)程微觀領(lǐng)域如菌群結(jié)構(gòu)特性等進(jìn)一步解析，只是停留在宏觀水解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)及影響因子的定量化研究等方面，對(duì)側(cè)流活性污泥技術(shù)的認(rèn)知也不夠深入。后來(lái)分子生物學(xué)技術(shù)手段的快速發(fā)展為揭開動(dòng)力學(xué)參數(shù)背后隱藏的“秘密”提供了通道，實(shí)際上，2000年前后Maszenan A.M.等人、Hanada A.等人從活性污泥中分離出了具有聚磷能力的Tetrasphaera菌屬，并確認(rèn)為是一種新型的PAOs，這一發(fā)現(xiàn)拓展了對(duì)PAOs菌屬種類的認(rèn)知及定義。但這個(gè)時(shí)期的研究?jī)H僅是確認(rèn)了Tetrasphaera的形態(tài)、生理生化及分類特性，Tetrasphaera菌屬的生態(tài)位及其與深度厭氧環(huán)境、側(cè)流RAS發(fā)酵之間的本質(zhì)聯(lián)系并沒有被揭示。丹麥奧爾堡大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)丹麥實(shí)際污水廠EBPR菌群結(jié)構(gòu)的定量化解析，發(fā)現(xiàn)Tetrasphaera的豐度超過(guò)了Accumulibacter,且Tetrasphaera類PAOs具有發(fā)酵特性并能直接利用葡萄糖和氨基酸進(jìn)行厭氧釋磷，并在后續(xù)工作中進(jìn)一步建立了Tetrasphaera生化代謝模型（見圖1）。美國(guó)東北大學(xué)April G.團(tuán)隊(duì)通過(guò)傳統(tǒng)主流EBPR和側(cè)流EBPR系統(tǒng)的對(duì)比也發(fā)現(xiàn)了類似規(guī)律，即S2EBPR工藝的活性污泥中Tetrasphaera具有較高的豐度，側(cè)流EBPR系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的除磷效率，此外，與傳統(tǒng)主流除磷工藝相比，S2EBPR中較低含量的GAOs（聚糖菌）使其出水水質(zhì)更為穩(wěn)定。上述兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的研究確立了深度厭氧環(huán)境下EBPR菌群結(jié)構(gòu)的多樣性，尤其是側(cè)流EBPR工藝與Tetrasphaera菌屬與之間的內(nèi)在本質(zhì)聯(lián)系�？梢哉f(shuō)，Tetrasphaera在生物除磷過(guò)程中的發(fā)現(xiàn)和分離，以及后續(xù)對(duì)代謝生化模型的建立大大推進(jìn)了對(duì)傳統(tǒng)EBPR理論的拓展及完善，這也促使一些具有遠(yuǎn)見的科學(xué)家不得不重新反思目前常規(guī)的主流脫氮除磷機(jī)理及工藝流程的技術(shù)缺欠和改進(jìn)的機(jī)會(huì)。

圖1Tetrasphaera的厭氧生化代謝模型

3.2 “雙PAOs”共生協(xié)同作用及模型建立

生化過(guò)程機(jī)理一旦被解析，工藝控制條件隨之被認(rèn)識(shí)和優(yōu)化，后續(xù)工藝控制條件的深入研究進(jìn)一步揭示了深度厭氧環(huán)境（ORP為-300mV）獨(dú)特的工藝特性。傳統(tǒng)厭氧區(qū)的ORP在-150~-250mV，實(shí)際項(xiàng)目往往存在過(guò)度混合，且SRT往往較短（≤1.5h），難以培育更加豐富的厭氧生物菌群結(jié)構(gòu)， PAOs主要以Accumulibacter為主；深度厭氧環(huán)境下，ORP可以穩(wěn)定保持在-300mV以下，且污泥在側(cè)流池內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，使得EBPR菌群結(jié)構(gòu)更加豐富，尤其是PAOs多樣性發(fā)生很大變化，Mielczarek A.T.等利用FISH技術(shù)對(duì)丹麥具有EBPR功能的污水廠活性污泥種群進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)兩種不同的PAOs協(xié)同共生，其中Tetrasphaera占據(jù)活菌總量的27%，而傳統(tǒng)的Accumulibacter僅占3.7%。美國(guó)東北大學(xué)的 April Z. Gu團(tuán)隊(duì)研究也發(fā)現(xiàn)，S2EBPR系統(tǒng)的生物除磷性能顯著高于常規(guī)AAO系統(tǒng)，且S2EBPR釋磷比（P/PHA）是AAO的3倍，進(jìn)一步的菌群結(jié)構(gòu)定量分析表明，相對(duì)傳統(tǒng)主流EBPR，S2EBPR污泥中Tetrasphaera在聚磷菌占據(jù)主體地位（見表1）,且GAO數(shù)量要顯著低于常規(guī)AAO系統(tǒng)，在側(cè)流活性污泥工藝中，同時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)EBPR有負(fù)面作用的Competibacter類的GAO生長(zhǎng)受到明顯抑制。

表1. 側(cè)流活性污泥水解工藝PAOs、GAOs組成及釋磷比情況

過(guò)去傳統(tǒng)生物除磷理論認(rèn)為PAOs（主要是指Accumulibacter菌屬）利用進(jìn)水中VFAs（揮發(fā)性脂肪酸）進(jìn)行厭氧釋磷，因此進(jìn)水中的VFAs含量直接決定了厭氧釋磷的效果，在Tetrasphaera與Accumulibacter共生協(xié)同機(jī)制被揭示后，美國(guó)Black& Veatch公司開發(fā)了基于“雙PAOs”側(cè)流EBPR模型（見圖2）。不同種類的PAOs在EBPR過(guò)程中可有選擇地實(shí)現(xiàn)不同的生化代謝途徑，Tetrasphaera菌屬可以直接利用大分子的葡萄糖、氨基酸等進(jìn)行發(fā)酵釋磷，而糖酵解途徑比TCA循環(huán)更具有優(yōu)勢(shì)，這就意味著Tetrasphaera菌屬的發(fā)酵作用減少了對(duì)進(jìn)水VFAs的依賴，這也是為何沒有前置厭氧區(qū)的“非主流”工藝能取得高效生物除磷效果的原因所在。進(jìn)一步講，在側(cè)流反應(yīng)器內(nèi)，Tetrasphaera與Accumulibacter存在共生協(xié)同促進(jìn)作用，Tetrasphaera在深度厭氧環(huán)境下通過(guò)水解發(fā)酵作用將污水中的可慢速降解有機(jī)物進(jìn)行水解產(chǎn)生VFAs并釋放磷酸鹽，水解過(guò)程產(chǎn)生的VFAs被Accumulibacter吸收儲(chǔ)存并同時(shí)釋磷，顯然，對(duì)于碳源不足或者進(jìn)水VFAs匱乏的污水處理，通過(guò)引進(jìn)側(cè)流污泥發(fā)酵、利用“雙PAOs”協(xié)同作用可有效強(qiáng)化EBPR。

圖2 發(fā)酵PAO-Tetrasphaera與傳統(tǒng)PAO共生協(xié)同促進(jìn)代謝機(jī)制

在 “雙PAO模型”基礎(chǔ)上，Black & Veatch公司進(jìn)一步建立了基于ORP抑制的Tetrasphaera厭氧發(fā)酵因子函數(shù)，發(fā)現(xiàn)厭氧ORP對(duì)Tetrasphaera厭氧活性具有直接影響，隨著ORP升高，其發(fā)酵及釋磷活性大幅降低（見圖3），顯然，這進(jìn)一步證實(shí)了Tetrasphaera與Accumulibacter具有完全不同的生態(tài)位。

圖3 ORP對(duì)Tetrasphaera類聚磷菌厭氧發(fā)酵及釋磷效率的影響

綜上所述，Tetrasphaera的發(fā)現(xiàn)和其代謝模型的建立，使是對(duì)幾十年以來(lái)傳統(tǒng)生物除磷理論的重大拓展和突破，必將更新對(duì)傳統(tǒng)生物除磷的技術(shù)認(rèn)知，并促進(jìn)設(shè)計(jì)及運(yùn)營(yíng)兩個(gè)層面從不同的維度，去思考如何優(yōu)化現(xiàn)有EBPR系統(tǒng)、如何重新構(gòu)建新型的高效EBPR系統(tǒng)。

4S2EBPR技術(shù)的主要工藝構(gòu)型及發(fā)展

4.1基本構(gòu)型

實(shí)際上，工藝的最初提出和發(fā)展并不是始于特殊功能的微生物的發(fā)現(xiàn)，而是始于運(yùn)營(yíng)中特殊現(xiàn)象、效果被發(fā)現(xiàn)而逐漸優(yōu)化改進(jìn)處理工藝，側(cè)流污泥水解工藝就是如此，最初的側(cè)流活性污泥工藝構(gòu)型由丹麥研究團(tuán)隊(duì)提出，即側(cè)流活性污泥水解概念（Side-stream activated sludge hydrolysis）；美國(guó)東北大學(xué)及BLACK&VEATCH公司提出了“S2EBPR”概念及構(gòu)型，雖然歸屬不同的名詞，但本質(zhì)上都是“側(cè)流（side-stream）活性污泥發(fā)酵”范疇，即旨在創(chuàng)造一個(gè)深度厭氧環(huán)境（ORP≤-300mV）以提高PAO種群多樣性、促進(jìn)Tetrasphaera的繁殖。

側(cè)流反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)和功能上是獨(dú)立于主生物池之外，通過(guò)獨(dú)立的反應(yīng)器設(shè)置，獨(dú)立的生境環(huán)境，進(jìn)行污泥或者混合液的發(fā)酵和特殊功能微生物的培育，進(jìn)而為主生物池進(jìn)行接種。側(cè)流反應(yīng)器可以與生物池合建，也可以單獨(dú)另行新建；對(duì)于改造項(xiàng)目，也可以從主生物池首端劃分出一個(gè)區(qū)段作為側(cè)流池。活性污泥發(fā)酵工藝常用的設(shè)計(jì)流程見圖（4）所示。

圖4 不同的活性污泥水解工藝構(gòu)型

其中4（a）是活性污泥的側(cè)流水解經(jīng)典流程，將回流污泥RAS一部分引入到一個(gè)獨(dú)立的側(cè)流反應(yīng)器進(jìn)行水解產(chǎn)酸過(guò)程；4（b）與4（a）類似，只不過(guò)是4（b）在采用RAS發(fā)酵的同時(shí)還進(jìn)一步補(bǔ)充VFA，這部分VFA可以來(lái)自初沉污泥的發(fā)酵液，亦可以單獨(dú)投加商業(yè)碳源，投加VFA的目的是縮短側(cè)流水解池的SRT。圖4（c）為混合液在線發(fā)酵，通過(guò)厭缺氧區(qū)攪拌器的關(guān)閉實(shí)現(xiàn)了活性污泥混合液的水解發(fā)酵；4（d）是混合液的側(cè)流離線發(fā)酵模式，將混合液引入一個(gè)獨(dú)立的側(cè)流反應(yīng)器進(jìn)行水解。

4.2近些年工程化應(yīng)用及構(gòu)型新發(fā)展

隨著機(jī)理的解析，工藝技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用方式也愈加靈活和紛呈。側(cè)流污泥水解除了上述經(jīng)典的構(gòu)型，實(shí)際中還有很多與不同工藝相結(jié)合的靈活運(yùn)用方式，可將S2EBPR理念嫁接到不同的主流處理工藝中。

側(cè)流活性污泥發(fā)酵工藝在歐美快速發(fā)展，近些年中國(guó)也開展了針對(duì)國(guó)內(nèi)低C/P、C/N比污水的相關(guān)工程化應(yīng)用，截至目前，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)行中的側(cè)流項(xiàng)目大概有10座，如淮南第一污水廠、白銀市污水廠等項(xiàng)目，主要采用的工藝構(gòu)型見圖5，引10%～30%的RAS至側(cè)流SSH池，已運(yùn)行的案例證明側(cè)流RAS水解發(fā)酵技術(shù)可實(shí)現(xiàn)低C/N比污水的強(qiáng)化生物除磷，大大降低了外加碳源及化學(xué)除磷藥劑的投加量。

圖5 側(cè)流活性污泥水解強(qiáng)化脫氮除磷流程

美國(guó)在S2EBRP方面探索了較為靈活多樣的技術(shù)構(gòu)型，科羅拉多州的Pinery WRF中試項(xiàng)目關(guān)閉混合器后，采用UMIF運(yùn)行模式，出水TP可以穩(wěn)定在0.5mg/L以下而無(wú)需化學(xué)除磷；Henderson WRF項(xiàng)目采用UMIF運(yùn)行模式后，出水TP可以穩(wěn)定在0.1mg/L以下，采用UMIF運(yùn)行反應(yīng)器內(nèi)實(shí)際的SRT可達(dá)3d，這樣可為活性污泥發(fā)酵提供充分的“深度厭氧”環(huán)境及充足的SRT。

South Cary污水廠主流工藝在四段式Bardenpho工藝構(gòu)型中嵌入了S2EBPR，二沉池回流污泥RAS不像傳統(tǒng)回流模式直接至主生物池，而是將全部RAS順序經(jīng)過(guò)串聯(lián)的側(cè)流“缺氧/厭氧”池，其中再抽取厭氧池一部分污泥進(jìn)入活性污泥發(fā)酵池進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵后的污泥再回流到厭氧池。該廠出水TN可以穩(wěn)定達(dá)到3～4mg/L，出水TP達(dá)到0.5mg/L，可見，回流污泥的側(cè)流發(fā)酵大大提高了生化工藝脫氮除磷效率。

美國(guó)West Kelowna B.C.的Westside污水廠采用全部回流污泥側(cè)流發(fā)酵構(gòu)型，為了減小側(cè)流發(fā)酵池的SRT，將初沉污泥發(fā)酵產(chǎn)生的VFAs引入側(cè)流RAS池，初沉出水不進(jìn)入?yún)捬醭囟�直接進(jìn)入第一個(gè)缺氧區(qū)進(jìn)行反硝化，這樣在側(cè)流RAS池HRT只有1.3h的情況下，出水TP≤0.1mg/L，根據(jù)對(duì)氮的物料平衡分析，缺氧區(qū)發(fā)生了明顯的反硝化除磷作用，對(duì)TN的去除貢獻(xiàn)了20%～40%。這種工藝構(gòu)型對(duì)于低C/N比污水具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以充分挖掘和使用污水內(nèi)碳源，減少或取消外部碳源的投加。

實(shí)際上，有些污水廠其實(shí)“無(wú)意中”已經(jīng)探索內(nèi)碳源開發(fā)模式下的污泥水解模式運(yùn)行，有污水廠運(yùn)行人員摸索發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)泥池按照污泥水解理念調(diào)整并改變運(yùn)行方式后也能發(fā)生部分污泥水解，上清液回收引入?yún)捜毖醭睾筇岬搅嗣摰�除磷效果，如中�?guó)嵊州市嵊新污水處理廠將儲(chǔ)泥池上清液引入缺氧池后TN去除量提高了3mg/L；有污水廠厭缺氧區(qū)攪拌器故障或停運(yùn)后，發(fā)現(xiàn)這樣可導(dǎo)致污泥沉淀進(jìn)而發(fā)生沉積層深度厭氧條件下的水解發(fā)酵，提高了脫氮除磷效率，因此將推流器或攪拌器改為“ON/OFF”實(shí)現(xiàn)UMIF模式運(yùn)行，取得了意想不到的脫氮除磷效果。

5結(jié) 語(yǔ)

污水處理技術(shù)的突破與發(fā)展起初往往是始于特殊現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與效果的確認(rèn)，很多情況，是實(shí)踐先于“理論”解釋，從最初的現(xiàn)象描述到新機(jī)理的揭示再到動(dòng)力學(xué)和生化代謝模型的建立，進(jìn)而逐漸形成比較完整的技術(shù)理論體系；新的理論體系完善后又進(jìn)一步促進(jìn)了對(duì)原有技術(shù)的變革在科學(xué)研究及工程實(shí)踐中不斷完善和優(yōu)化前續(xù)成果，實(shí)現(xiàn)技術(shù)發(fā)展的反復(fù)迭代過(guò)程。側(cè)流活性污泥發(fā)酵技術(shù)的發(fā)現(xiàn)發(fā)展軌跡也恰恰演繹了這種從“現(xiàn)象到理論”的技術(shù)發(fā)展邏輯。側(cè)流EBPR并不是對(duì)主流EBPR的技術(shù)顛覆，而是進(jìn)一步拓展和豐富了傳統(tǒng)生物除磷技術(shù)理論，闡釋了深度厭氧環(huán)境下（-300mV）可利用葡萄糖.氨基酸進(jìn)行發(fā)酵并除磷的Tetrasphaera菌屬與傳統(tǒng)Accumulibacter菌屬存在共生協(xié)同、促進(jìn)EBPR過(guò)程效率的機(jī)理，“雙PAOs”模型除磷理論體系的建立為未來(lái)可持續(xù)、更加高效穩(wěn)定的生物脫氮除磷技術(shù)開辟了一條嶄新的技術(shù)選擇路線，尤其是對(duì)于我國(guó)很多地區(qū)低C/N比碳源匱乏污水的處理提供了一個(gè)嶄新的可持續(xù)工藝解決方案。

近幾年，出現(xiàn)非常有趣的現(xiàn)象是，對(duì)于生物脫氮，專家們的眼光從“側(cè)流”轉(zhuǎn)向了“主流”；然而，對(duì)于生物除磷，關(guān)注點(diǎn)卻是從“主流”轉(zhuǎn)向了“側(cè)流”，脫氮與除磷這對(duì)孿生的“矛盾兄弟”，通過(guò)這次空間順序的輪換，是否能為未來(lái)的污水處理工藝發(fā)展締造一個(gè)新的里程碑？這不是意外，也不是巧合，亦無(wú)人導(dǎo)演，但此過(guò)程卻不以你我的意志為轉(zhuǎn)移，魅力無(wú)窮，這一切都依賴于科學(xué)家們對(duì)未知領(lǐng)域新探索新發(fā)現(xiàn)的逐步打開。

原標(biāo)題:劉智曉|生物除磷理論及實(shí)踐新突破：從主流EBPR到側(cè)流EBPR