过去的这一周，接到数个电话咨询工艺问题，核心的内容竟然出奇的一致，都是出水总磷濒临超标或者有超标的情况，加药量急剧上升，控制效果也不是很好。这么多的电话说明夏季污水厂磷超标的问题不是个性问题，而是多数污水厂都要面临的工艺问题，那么问题究竟是怎么产生，又该怎么解决呢？这一篇我们从污水厂内的微生物角度来探讨下夏季除磷工艺要调整的原因。
外部环境变化原因是每个运行人员都能感知到的，今年夏天厄尔尼诺现象异常活跃，天气条件不是酷热就是暴雨，污水厂内的生化池内的温度升高，进水浓度经常性被稀释严重，导致生化池内的活性污泥中的微生物处在温度高于往年的生存环境中。暴雨期间还有一些隐藏在大雨中的不法行为的问题，一些工业企业在暴雨期间将厂内积存的工业废水混合雨水直接排入到城市下水管网中，造成进水指标的异常频繁发生。
这些变化的环境因素对污水处理过程中核心微生物种群会产生较大的影响，特别是除磷的微生物系统。在夏季(尤其是水温超过25°C甚至30°C时)，污水处理厂的生物除磷(EBPR)系统常常会出现效率下降、出水总磷(TP)超标的现象。从微生物学的角度来看，这主要是由于温度升高改变了活性污泥中的优势菌群结构、微生物的代谢途径以及碳源竞争格局。活性污泥中的微生物群落构成及其复杂，从现在科学研究证实的几个角度来探讨一下夏季除磷的微生物变化问题：
第一个方面是聚磷菌PAO和聚糖菌GAO之间的竞争。
我们先来一起认识一下聚磷菌(PAO)和聚糖菌(GAO)，在污水厂现阶段采用的A2O工艺中的厌氧段是一个强化生物除磷(EBPR)系统，在这个厌氧环境中这两类细菌聚磷菌(PAOs)和聚糖菌(GAOs)是一对生来就在竞争相同生活资源的“宿敌”。
聚磷菌(Polyphosphate-Accumulating Organisms, PAO)：聚磷菌是指在厌氧/好氧(或缺氧)交替运行的系统中，能够超出其自身生理生长需要、在细胞内超量蓄积聚磷酸盐(Polyphosphate, Poly-P)的异养微生物群落。它是强化生物除磷(EBPR)工艺的核心功能菌。
聚糖菌(Glycogen-Accumulating Organisms, GAO)：聚糖菌是指在厌氧/好氧(或缺氧)交替运行的系统中，能够与聚磷菌(PAO)激烈竞争有机碳源(VFAs)，但在其生命周期代谢中，仅依靠体内糖原(Glycogen)的非氧化降解来获取能量和还原力，自身不具备超量积聚聚磷酸盐能力的异养微生物群落。
这两类细菌共同点：在厌氧段，它们都能吸收水中的挥发性脂肪酸(VFAs，如乙酸、丙酸)，并将其转化为胞内储能物质聚羟基烷酸酯(PHAs)。不同点是：PAO在好氧段会利用 PHA 降解产生的能量，超量吸收水中的正磷酸盐并合成聚磷(Poly-P)，通过排泥实现除磷。GAO 同样消耗 VFAs，但它们在好氧段不吸收磷，而是通过消耗糖原(Glycogen)来维持能量平衡。因此，GAO被形象地称为只消耗碳源却不干活的“吃货菌”。
不同的温度对这两种细菌竞争的产生不同的影响：
低温利于 PAO：在10°C-20°C时，PAO具有明显的动力学优势，能很好地压制GAO。
高温利于 GAO：当温度超过25°C甚至达到30°C以上时，GAO的比生长速率和吸附 VFA的速率会反超PAO。GAO成为优势菌群，把本属于PAO的碳源(VFAs)抢夺殆尽，导致PAO因缺乏碳源无法在厌氧区释放磷和合成PHA，进而导致好氧区的吸磷能力骤降。
所以夏季生物除磷效果下降的根本原因，不是高温杀死了除磷的微生物，而是改变改变了聚磷菌(PAO)与聚糖菌(GAO)之间的竞争格局——两类微生物在EBPR系统中争夺相同的碳源(挥发性脂肪酸VFA)，但只有PAO除磷，GAO不除磷。
第二个方面是聚磷菌(PAO)自身的高温“代谢危机”
除了被竞争对手GAO的压制，高温对PAO自身的生理代谢也极为不利：
更新迭代速度升高：随着水温升高，活性污泥中微生物种群的世代更新速度加快，作为微生物种群之一的PAO的内源呼吸和细胞衰亡速率显著加快，导致污泥中活性PAO的生物量比例降低。
生存能量需求增加：在高温环境下，由于生存世代周期加快，生命活动增强，PAO需要消耗更多的能量来维持细胞基本的生命活动(如维持细胞膜的完整性、应对热应激等)。这直接导致可用于“超量吸磷”的能量被削减。
关键酶活性受阻：参与磷代谢的某些关键酶(如聚磷酸激酶PPK)其最适温度通常较低，高温可能会降低这些酶的活性，使PAO的释磷和吸磷速率出现热抑制。
第三个方面是污水系统中其他异养菌的“碳源截留”。
污水厂的运行人员都知道，夏季的出水水质明显高于其他季节，这是因为温度是微生物代谢的催化剂，但是这种因为温度带来的高效去除污染物的微生物特性，也给系统除磷带来一些负面的影响，在夏季的高温下：
管道内提前消耗：城市污水管网中的厌氧性的普通异养微生物代谢极其旺盛。在污水到达厂区前，它们就已经将大量易降解的有机物(包括 VFAs)消耗殆尽。
普通反硝化菌与异养菌抢食：在生物反应池中，非除磷异养菌在高温下的增殖和代谢速度也远快于低温时期，它们会在进入厌氧段前或在厌氧段初期快速“偷走”本就不多的优质碳源，使PAO陷入“无米下锅”的窘境。
第四个方面是强硝化作用带来的“硝酸盐干扰”。
夏季的高温极度有利于硝化细菌(如AOB和NOB)的生长与繁殖，这会导致曝气池中的硝化反应非常彻底，产生大量的硝酸盐(NO₃⁻)。
回流污泥/混合液携带：这些高浓度的硝酸盐会随着二沉池的回流污泥或内回流，被带入到厌氧区。
破坏严格厌氧环境：反硝化细菌(甚至包括兼性反硝化聚磷菌DPAOs)会优先利用这些硝酸盐进行反硝化脱氮，而这一过程会消耗掉大量的有机碳源。
抑制释磷：严格的厌氧环境(无分子氧、无化合态氧)是PAO释磷的必要前提。硝酸盐的存在破坏了这种环境，直接抑制了PAO的厌氧释磷过程。
总结来说，夏季除磷效率下降的生物学机制可以归纳为：“旁有强敌（GAO）抢食，自有代谢（PAO衰亡）危机，外有异养菌截留，内有硝酸盐搅局”。这样看来污水厂夏天的总磷波动甚至出现超标问题不再是污水厂工艺管理人员要背的黑锅了，但是作为工艺管理人员，在了解了夏季磷问题根源后，也要有相应的工艺调整手段来进行积极应对，针对这些微生物学特征，污水厂在夏季可以采取以下工艺调整策略：
1.缩短泥龄(SRT)：由于GAO的世代周期通常比PAO长，适当缩短泥龄可以利用“洗脱”效应排出 GAO，同时增加剩余污泥排放量，变相提高除磷效率。
2.补充特定碳源(如丙酸盐)：PAO对丙酸盐的利用能力强于GAO，补充丙酸盐能帮助 PAO 在竞争中战胜 GAO。
3.精准控制回流比与反硝化：控制好氧末端的溶解氧(DO)和内回流，减少回流至厌氧区的硝酸盐含量，确保厌氧区的绝对厌氧状态。
4.提高厌氧区pH值：在偏碱性环境(pH约7.5-8.0)下，PAO比GAO更具竞争优势。
污水厂的工艺管理人员明确了夏季的生物除磷效果较差的根源是生物除磷的复杂影响，污水厂管理人员可以在夏季高温到来前2-4周开始逐步降低SRT(因群落结构变化滞后温度2-4周)，加强排泥管理，防止PAO在二沉池中厌氧释磷，监测污泥含磷量——正常PAO污泥含磷3-6%，低于2%即预警GAO富集，对于富集GAO的污泥要进行积极的排泥，降低污泥中的GAO的含量，同时在夏季的高温期可以临时启动或者增加化学除磷(PAC或PFS)的用量，等温度回落后再恢复到原有水平，采取分点投加(生化池出水端、深度处理单元)，相对于单点投药的可以减少总药量10-15%。
污水厂夏季除磷的问题不应只是让污水厂或者厂内工艺管理人员陷入困扰的问题，更应该从微生物的深层面去认真面对的问题，希望这篇文章能给大家带来一些解决的思路。
原标题：从微生物角度探讨夏季除磷工艺的调整
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