鐵鹽輔助生物除磷工藝研究進(jìn)展

何強(qiáng) 何璇 洪毅怡暉 劉杰妮 盧旺 徐仰輝 皇甫小留

摘 要：磷作為生命有機(jī)體中必不可少的元素，在生命活動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用。近年來(lái)，隨著污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，鐵鹽作為化學(xué)除磷藥劑被廣泛應(yīng)用于污水處理廠中。盡管目前已對(duì)化學(xué)輔助生物除磷和側(cè)流磷回收等創(chuàng)新改進(jìn)工藝開(kāi)展了大量的研究，但由于污水體系的多樣性和復(fù)雜性，污水廠的除磷效率及磷資源回收仍面臨諸多挑戰(zhàn)。綜述鐵鹽輔助生物除磷工藝運(yùn)行的基本特征，梳理污水處理過(guò)程中鐵與磷的相互作用機(jī)制，總結(jié)兩種工藝中鐵鹽對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)的影響及歸趨，并對(duì)今后工藝的研究方向進(jìn)行展望。研究發(fā)現(xiàn)，繼續(xù)系統(tǒng)開(kāi)展微生物與不同磷礦物共生關(guān)系的研究，優(yōu)化側(cè)流磷回收下游產(chǎn)物的分離純化條件，并建立合理預(yù)測(cè)和反饋污水處理系統(tǒng)中鐵、磷濃度的動(dòng)態(tài)模型是提高污水處理廠資源回收效率、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的必然舉措。

關(guān)鍵詞：化學(xué)輔助除磷;側(cè)流磷回收;鐵鹽;微生物群落;聚磷菌

中圖分類(lèi)號(hào)：X703.1 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：R ? 文章編號(hào)：2096-6717（2022）01-0160-08

收稿日期：2021-01-06

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFC0404703、2018YFC1903203）;重慶市技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)（cstc2019jscx-tjsbX0002）

作者簡(jiǎn)介：何強(qiáng)（1965- ），男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事污水處理技術(shù)研究，E-mail：hq0980@126.com。

皇甫小留（通信作者），男，副教授，博士生導(dǎo)師，E-mail：hfxl-hit@163.com。

Abstract： Phosphorus， as an essential element in life organism， plays an important role in life activities. Recently， with the increasingly stringent discharge standards of wastewater treatment plants （WWTPs）， ferric salts have been widely used in WWTPs as chemical agents for phosphorus removal. Although a large number of studies have been carried out， dueto the diversity and complexity of the sewage system， the efficiency of chemical-assisted biological phosphorus removal and side-stream phosphorus recovery is still facing many challenges. Therefore， this article reviews the basic characteristics of the ferric salt dependent phosphorus removal process， sorts out the interaction mechanism between ferric salt and phosphorus.The influence and trend of iron salt on microbial community structure in the two processes are summarized， and the research direction of the process in the future is prospected.It is found that continuing to systematically study the symbiotic relationship between microorganisms and different phosphorus minerals， optimizing the separation and purification conditions of downstream products of side stream phosphorus recovery， and establishing a dynamic model to reasonably predict and feed back the concentration of iron and phosphorus in the sewage treatment system are inevitable measures to improve the resource recovery efficiency of the sewage treatment plant and promote sustainable development.

Keywords：chemical-aid phosphorus removal; side-stream phosphorus recovery; ferric salt; microbial community; polyphosphate-accumulating bacterium

磷在地殼中含量豐富，是地殼中常見(jiàn)的元素之一，主要以磷酸鹽的形式存在于礦石中。磷在生物學(xué)功能上不能被任何其他元素所取代，并且是一種不可再生的自然資源。但由于全球人口的增長(zhǎng)導(dǎo)致對(duì)肥料的需求逐漸增加，這意味著未來(lái)對(duì)磷的需求將進(jìn)一步增加，預(yù)計(jì)到2050年全球磷需求量將增長(zhǎng)50%至100%[1]。而另一方面，由于磷過(guò)量存在會(huì)引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化，水體多樣性喪失，所以，限制磷排放對(duì)控制水體富營(yíng)養(yǎng)化具有重要意義。在此背景下，強(qiáng)化生物除磷工藝作為一種經(jīng)濟(jì)且可持續(xù)的處理工藝應(yīng)運(yùn)而生。因?yàn)槠渚哂刑幚沓杀鞠鄬?duì)較低、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行靈活等優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)化生物除磷工藝已成為污水處理除磷的重要途徑。但由于傳統(tǒng)的強(qiáng)化生物除磷工藝容易受到溫度、水力沖擊和進(jìn)水碳源等外界條件的變化干擾，導(dǎo)致除磷效果大幅降低，難以實(shí)現(xiàn)高效除磷。因此，能夠充分發(fā)揮強(qiáng)化生物除磷工藝優(yōu)勢(shì)，又能彌補(bǔ)化學(xué)除磷方法富磷污泥較多弊端的化學(xué)輔助生物除磷技術(shù)在近年來(lái)的城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)改造過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用。

化學(xué)輔助生物除磷主要是通過(guò)在污水處理系統(tǒng)中加入鐵鹽或鋁鹽等化學(xué)試劑，使化學(xué)沉淀和生物除磷同時(shí)進(jìn)行，以滿足穩(wěn)定排放的要求。近年來(lái)，學(xué)者們對(duì)鐵鹽的除磷性能[2]、鐵鹽對(duì)生物除磷功能[3]、污泥特性[4]等影響進(jìn)行了大量研究。但在化學(xué)輔助生物除磷工藝中各種物理化學(xué)參數(shù)之間關(guān)系復(fù)雜，其去除效率受DO、有機(jī)物、pH值、堿度以及化學(xué)藥劑種類(lèi)等因素影響[5]。因此，在實(shí)際污水處理過(guò)程中，鐵鹽等化學(xué)藥劑的投加量仍以經(jīng)驗(yàn)為主，造成了許多不必要的浪費(fèi)。其次，與傳統(tǒng)的強(qiáng)化生物除磷工藝相比，化學(xué)輔助生物除磷盡管大大提高了污染物的去除率，但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量富磷污泥。常用的填埋處置方法需要占用大量土地空間，污泥處置的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)成本大幅增加。此外，化學(xué)輔助生物除磷所產(chǎn)生的污泥中還含有大量的有機(jī)物和磷，分離污泥中與化學(xué)鍵結(jié)合的磷很困難，無(wú)法進(jìn)一步進(jìn)行有效的磷回收，從而限制了富磷污泥的下游經(jīng)濟(jì)效益[6]。

另外，中國(guó)城市污水中的有機(jī)碳氮比整體較低[7]，使用生物方法實(shí)現(xiàn)污水達(dá)標(biāo)脫氮困難且成本高昂。為了彌補(bǔ)生物脫氮過(guò)程中有機(jī)碳的不足，通常需要在廢水中加入甲醇、葡萄糖等外部有機(jī)碳源。因此，作為傳統(tǒng)生物強(qiáng)化除磷和化學(xué)輔助生物除磷工藝的創(chuàng)新改進(jìn)和新興替代品——側(cè)流磷回收工藝通過(guò)部分回流活性污泥或者通過(guò)側(cè)流厭氧反應(yīng)器分流污泥，利用剩余的回流污泥進(jìn)行發(fā)酵，所產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸（VFA）可實(shí)現(xiàn)減少化學(xué)藥劑使用量的目的，從而提高工藝穩(wěn)定性[8]。雖然目前側(cè)流磷回收工藝的研究已成為熱點(diǎn)，但關(guān)于其微生物種群的確切作用機(jī)制鮮有報(bào)道。筆者從工藝運(yùn)行特征、污水中鐵與磷的相互作用以及微生物種群的變化等方面，對(duì)不同形式的鐵鹽輔助生物除磷工藝進(jìn)行重新梳理和總結(jié)，以期為優(yōu)化污水處理廠運(yùn)行策略、提高污水處理廠的磷回收效率提供參考。

1 鐵鹽輔助生物除磷工藝的運(yùn)行特征

傳統(tǒng)強(qiáng)化生物除磷的穩(wěn)定性和可靠性較差，容易造成出水磷濃度不穩(wěn)定的情況。因此，在過(guò)去的20年中，人們深入研究了使微生物代謝與金屬鹽協(xié)同作用的化學(xué)輔助生物除磷技術(shù)，這為提高污染物去除率而又不顯著增加處理成本提供了一種可行的方法。根據(jù)化學(xué)除磷藥劑投加位置的不同，可將化學(xué)輔助生物除磷工藝分為前置化學(xué)除磷、同步化學(xué)除磷和后置化學(xué)除磷[9]。同步化學(xué)除磷是將化學(xué)藥劑投加在曝氣池末端或二次沉淀池進(jìn)水中，藥劑在除磷時(shí)對(duì)有機(jī)物的固液分離有一定幫助。同時(shí)，該方式不用增添攪拌混合、沉淀分離設(shè)施，所需投資較小。因此，同步投加的方式使用最為廣泛，其典型流程圖如圖1所示。

化學(xué)輔助除磷主要通過(guò)向污水中投加金屬鹽，金屬鹽與污水中存在的溶解性磷酸鹽形成難溶的顆粒狀磷酸鹽沉淀物，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)污水除磷[10]。由于鐵鹽價(jià)格比鋁鹽便宜，固體沉淀中的磷酸鐵無(wú)毒，并且鐵鹽還可以防止厭氧消化過(guò)程中的硫化氫排放，目前鐵鹽已成為污水處理廠除磷的主流化學(xué)藥劑?，F(xiàn)有研究普遍認(rèn)為，鐵鹽輔助生物除磷工藝的主要作用機(jī)理是在酸性pH值范圍內(nèi)用鐵的水解產(chǎn)物進(jìn)行電荷中和，并在堿性pH值范圍內(nèi)被大量無(wú)定形沉淀物所包裹[11]。所以，當(dāng)鐵鹽添加到水體中時(shí)，會(huì)水解產(chǎn)生大量水解產(chǎn)物[12]，從而降低水體的pH值，隨后在聚集過(guò)程中改變膠體物質(zhì)的電荷和天然有機(jī)物的組織。但實(shí)際上，在鐵鹽輔助生物除磷系統(tǒng)中，鐵可以通過(guò)多種方式來(lái)增強(qiáng)生物系統(tǒng)中污染物的去除，例如零價(jià)鐵可通過(guò)降低氧化還原電位并影響微生物群落來(lái)改善厭氧消化系統(tǒng)的產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷活性[13]。此外，F(xiàn)e2+和零價(jià)鐵還可以作為微生物的電子供體，從而直接參與微生物的分解代謝和合成代謝。因此，進(jìn)一步分析污泥中確切的鐵磷化合物種類(lèi)和形態(tài)對(duì)了解磷素的遷移路徑、生物有效性至關(guān)重要。

2 鐵鹽輔助生物除磷工藝中的鐵磷化合物

鐵是一種過(guò)渡金屬，其化學(xué)性質(zhì)非常多樣，所以在鐵鹽輔助生物除磷工藝系統(tǒng)中除了發(fā)生化學(xué)沉淀、化學(xué)絡(luò)合作用外，還可以通過(guò)離子交換以及磷酸鐵鹽本身的沉淀對(duì)水中溶解磷進(jìn)行吸附來(lái)去除磷酸鹽。從而導(dǎo)致Fe2+和Fe3+在不同pH值和氧化還原電位（ORP）條件下達(dá)到平衡所存在的形態(tài)不同[14]。如圖2所示，F(xiàn)e2+和Fe3+在不同pH值條件下可被水解形成各種不溶性氧化物，羥基氧化物和氫氧化物[15]。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在污水中可形成針鐵礦、水鐵礦、纖鐵礦、赤鐵礦以及磁鐵礦等不同類(lèi)型的鐵氧化物[16]。不同的鐵氧化物具有不同的晶體結(jié)構(gòu)，并且這些結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了鐵氧化物的孔隙率、比表面積、溶解度和還原性等性質(zhì)[17]。同時(shí)，鐵氧化物的這些性質(zhì)又將反過(guò)來(lái)影響鐵氧化物與正磷酸鹽結(jié)合特性和吸附能力[18]。除此之外，相同類(lèi)型的鐵氧化物上正磷酸鹽的吸附能力也會(huì)因晶體表面羥基基團(tuán)的類(lèi)型和密度不同而有所差異。

由于Fe3+在水溶液中的水解通常非常迅速，目前的研究認(rèn)為，在系統(tǒng)中投加Fe3+時(shí)，除磷的主要機(jī)理是正磷酸鹽在鐵氧化物上的吸附[19]。而投加Fe2+時(shí)，由于Fe2+可以部分或完全氧化為Fe3+，其情況較為復(fù)雜。一般來(lái)說(shuō)，F(xiàn)e2+的氧化很大程度上取決于環(huán)境中的溶解氧濃度和pH值，所以Fe2+通常被添加到污水處理廠的曝氣階段，以便氧化為Fe3+[20]。因此，在污水處理過(guò)程中需要較高的ORP，以發(fā)生不同的微生物和化學(xué)過(guò)程。但目前在污水處理領(lǐng)域因ORP的變化而引起的鐵形態(tài)改變并未引起太多關(guān)注。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在土壤和沉積物系統(tǒng)中存在大量能夠異化還原Fe3+的鐵還原菌。這些微生物通過(guò)將Fe3+還原成Fe2+的過(guò)程增加了鐵磷化合物的可溶性，從而提高了磷的活性[21]。但鐵氧化物的還原性取決于其晶體結(jié)構(gòu)、溶解度和表面積。針鐵礦和赤鐵礦等低表面積和低溶解度的鐵氧化物通常比纖鐵礦和水鐵礦等無(wú)定形氧化鐵更難被鐵還原菌利用[22]。但鐵氧化物一旦被還原，F(xiàn)e2+便會(huì)以磁鐵礦、綠銹或藍(lán)鐵礦的形式沉淀。此外，在電子受體（例如氧或硝酸鹽）存在的情況下，溶解態(tài)或固體的亞鐵化合物會(huì)在鐵氧化菌的作用下被氧化[23]。在一定條件下，某些鐵還原菌還會(huì)形成類(lèi)似菌毛的導(dǎo)電附屬肢體，作為電子導(dǎo)管向遠(yuǎn)距離鐵氧化物傳遞電子，避免細(xì)胞表面與電子受體的直接接觸，從而使Fe3+氧化物更容易被還原[24]。目前，有報(bào)道指出，在污水處理廠中鐵還原菌和氧化菌同樣非?；钴S[20]，因此，在厭氧條件下，F(xiàn)e3+的還原有可能也會(huì)導(dǎo)致污泥中磷的大量釋放。

3 鐵鹽輔助生物除磷工藝中的微生物種群

與傳統(tǒng)強(qiáng)化生物除磷工藝中的微生物種群一樣，PAOs和GAOs仍是鐵鹽輔助生物除磷工藝中的重要微生物。近年來(lái)，越來(lái)越多地使用分子技術(shù)來(lái)表征鐵鹽輔助生物除磷工藝中的污泥微生物群落結(jié)構(gòu)，并根據(jù)其隸屬關(guān)系對(duì)PAOs進(jìn)行分類(lèi)。其中，Ca.Accumulibacter和Tetrasphaera是鐵鹽輔助生物除磷工藝中最重要的PAOs。但由于鐵鹽投加后可能會(huì)隨著污泥回流再次返回生物區(qū)，鐵鹽自身對(duì)于PAOs具有一定的抑制或毒性作用[25]。同時(shí)，通過(guò)污泥回流進(jìn)入到厭、缺氧池的鐵鹽也可能會(huì)迅速與進(jìn)水中的磷發(fā)生共沉淀作用，導(dǎo)致鐵鹽輔助生物除磷系統(tǒng)中進(jìn)水磷與碳源的比率較低[26]，從而影響系統(tǒng)的運(yùn)行特性和微生物種群。有學(xué)者認(rèn)為碳磷比是影響細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的重要因素。一方面，高碳磷比更有利于GAOs的增殖[27];另一方面，高碳磷比條件下PAOs還可以將多磷酸鹽累積代謝轉(zhuǎn)移到糖原累積代謝[28]。但目前鐵鹽對(duì)于聚磷微生物種群的具體影響研究較少。Wang等[29]報(bào)道了采用化學(xué)輔助生物除磷工藝的污水處理廠中微生物群落結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)盡管化學(xué)輔助生物除磷系統(tǒng)中存在多種PAOs，但是Ca.Accumulibacter和Tetrasphaera這兩個(gè)最重要的PAOs種屬的相對(duì)豐度分別僅為0.59%和0.20%，而GAOs的兩個(gè)屬Competibacter和Defluviicoccus的相對(duì)豐度則分別高達(dá)5.77%和1.28%。此外，不同類(lèi)進(jìn)化枝的Ca.Accumulibacter具有不同的代謝特征。進(jìn)化枝IIC被認(rèn)為是各種廢水處理系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)進(jìn)化枝[30]。Mao等[31]發(fā)現(xiàn)，來(lái)自全球6個(gè)不同國(guó)家的18座污水處理廠的進(jìn)化枝均一致。此外，還在Ca.Accumulibacter譜系中發(fā)現(xiàn)其相對(duì)豐度與進(jìn)水總磷和化學(xué)需氧量顯著相關(guān)（p<0.05），而與緯度等地理因素?zé)o關(guān)。這表明聚磷微生物除磷的潛力更多地是由污水處理廠的當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件驅(qū)動(dòng)，而不是靠特定的微生物群落驅(qū)動(dòng)。

4 新型側(cè)流磷回收工藝的運(yùn)行特征

盡管與傳統(tǒng)的化學(xué)除磷相比，鐵鹽輔助生物除磷工藝具有較好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境優(yōu)勢(shì)。但在實(shí)際處理過(guò)程中，由于需要使用鐵鹽來(lái)實(shí)現(xiàn)可靠的污染物去除性能和良好的出水效果。這種方式容易導(dǎo)致鐵離子在污泥中不斷累積從而對(duì)生物系統(tǒng)造成不良影響。所以，在不影響主流工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)增設(shè)側(cè)流磷回收工藝來(lái)輔助除磷已經(jīng)成為新的研究熱點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，側(cè)流磷回收工藝的主流部分仍是常規(guī)的生物處理系統(tǒng)，利用外加的側(cè)流操作單元將生物處理過(guò)程中的回流污泥進(jìn)行污泥發(fā)酵生產(chǎn)VFA，同時(shí)，讓聚磷菌在其最大釋磷能力條件下將水中殘余的磷濃度降至更低水平。最后利用化學(xué)方法產(chǎn)生難溶或沉淀物，從而實(shí)現(xiàn)磷資源從污水中剝離和回收。

目前應(yīng)用較多的側(cè)流除磷工藝形式主要有PhoStrip工藝和BCFS工藝。其中最為典型的PhoStrip工藝是在傳統(tǒng)常規(guī)活性污泥處理方法的基礎(chǔ)上增設(shè)一個(gè)除磷池和化學(xué)反應(yīng)池，將一部分回流污泥（約為進(jìn)水流量的4%～10%）轉(zhuǎn)移到厭氧釋磷池中使其釋磷[32]。釋磷后的污泥再次回流到好氧池中繼續(xù)進(jìn)行吸磷，富磷上清液則進(jìn)入化學(xué)反應(yīng)沉淀池。通過(guò)添加化學(xué)藥劑使其產(chǎn)生沉淀，最終磷以晶析沉淀的形式從水體中去除[33]。圖3是PhoStrip工藝流程圖。目前該工藝已發(fā)展成為比較成熟的城市污水處理工藝，能夠在不使用外部碳源或化學(xué)除磷的條件下實(shí)現(xiàn)出水平均TP濃度低于0.25 mg/L[34]。

BCFS工藝則是充分利用反硝化除磷菌（DPBs）的缺氧反硝化除磷作用以實(shí)現(xiàn)磷的完全去除和氮的最佳去除，圖4是該工藝的流程圖。BCFS工藝通過(guò)在UCT工藝的厭氧池與缺氧池中間加設(shè)一個(gè)接觸池，不僅可以對(duì)污水中的有機(jī)物進(jìn)一步吸附去除，防止污泥膨脹，還可以快速將回流污泥中的NO3-去除，為厭氧池中DPBs發(fā)揮釋磷作用提供保障[35]。此外，由于在厭氧池出水端磷酸鹽含量最高，所以在厭氧池后端還設(shè)置了除磷器進(jìn)行化學(xué)除磷。但在BCFS工藝實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，為了滿足硝化細(xì)菌脫氮的需要而設(shè)置的污泥停留時(shí)間一般較長(zhǎng)，存在硝化菌和聚磷菌在泥齡上的矛盾，從而降低了整個(gè)系統(tǒng)的除磷效果[36]。在PhoStrip和BCFS工藝的基礎(chǔ)上，業(yè)內(nèi)專(zhuān)家學(xué)者還開(kāi)發(fā)了與其他主流生物除磷工藝相結(jié)合的變形工藝，均在一定程度上實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)化除磷的目的。

此外，眾多學(xué)者就側(cè)流磷回流工藝側(cè)流位置的選擇以及投加化學(xué)藥劑的類(lèi)型也展開(kāi)了討論。側(cè)流工藝主要的效能提升方式是將污泥發(fā)酵作為補(bǔ)充碳源添加到側(cè)流厭氧反應(yīng)器中，從而實(shí)現(xiàn)在不添加化學(xué)藥劑的情況下確保污水處理廠出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[37]。但也有報(bào)道提出在傳統(tǒng)的強(qiáng)化生物除磷工藝中的厭氧池進(jìn)行改造[38]，劃分出一個(gè)區(qū)段作為側(cè)流池。該方法在減少工程措施費(fèi)用的同時(shí)還可以利用側(cè)流反應(yīng)器提供額外的可溶性COD，從而保證出水TP可以從平均2.05 mg/L降低至1.14 mg/L以下[39]。此外，對(duì)除磷藥劑的單位投加量也進(jìn)行了計(jì)算，認(rèn)為采用側(cè)流磷回收工藝的單位藥劑（CaO/mg）投加量?jī)H為直接進(jìn)行化學(xué)除磷的7.7%～8.4%。通過(guò)分析不同形式側(cè)流磷回收工藝的報(bào)道可以發(fā)現(xiàn)，利用PAOs厭氧釋磷的特性進(jìn)行側(cè)流化學(xué)磷回收確實(shí)可以在有效去除有機(jī)物的同時(shí)實(shí)現(xiàn)進(jìn)水磷素的回收。但目前所采用的這些側(cè)流磷回收工藝要去除污水中大部分磷所需的加藥量仍然較大，要真正實(shí)現(xiàn)回收磷資源還有很大的研究空間。

5 側(cè)流工藝中微生物種群的變化

一般來(lái)說(shuō)，側(cè)流磷回收工藝中的典型聚磷微生物Ca.Accumulibacter的數(shù)量占總生物量種群的4.6%至7.6%[34]，其比例與常規(guī)生物除磷工藝中的數(shù)量水平相當(dāng)。但同鐵鹽輔助生物除磷工藝一樣，進(jìn)水碳磷比會(huì)嚴(yán)重影響微生物群落結(jié)構(gòu)。有研究報(bào)道，當(dāng)進(jìn)水碳磷比在100∶2至100∶20之間變動(dòng)時(shí)，GAOs與PAOs共存于系統(tǒng)中;但當(dāng)碳磷比降至100∶2將會(huì)引起胞內(nèi)聚磷顆粒濃度降低，并將最終導(dǎo)致GAOs取代PAOs而成為系統(tǒng)中的主要菌群[41]。此外，與常規(guī)處理工藝相比，側(cè)流磷回收工藝中的Tetrasphaera菌屬豐度也相對(duì)較高[42]。當(dāng)然，這有可能是由于進(jìn)水水質(zhì)不同導(dǎo)致的，目前這一結(jié)論并沒(méi)有得到明確驗(yàn)證。

鐵鹽投加對(duì)側(cè)流磷回收工藝中聚磷微生物的影響現(xiàn)階段還缺乏共識(shí)，但可以確定的是，側(cè)流磷回收工藝中厭氧發(fā)酵階段的微生物種群和數(shù)量與常規(guī)系統(tǒng)有很大區(qū)別。在厭氧除磷池中Bacteroidetes將會(huì)成為最大的微生物門(mén)類(lèi)，在該門(mén)中的大多數(shù)是Prevotella[43]。Prevotella菌屬有助于分解蛋白質(zhì)和碳水化合物，從而產(chǎn)生乙酸、丁二酸等短鏈脂肪酸[44]。其次就是與好氧池中相同的Proteobacteria菌門(mén)，但由于厭氧條件的存在，其占比較低。然后就是以Clostridiaceae菌科為主的Firmicutes菌門(mén)，該門(mén)中典型的鐵還原菌Clostridium beijerinckii和Alkaliphilus metalliredigenes在厭氧發(fā)酵過(guò)程中可以利用VFAs作為碳源和電子供體進(jìn)行Fe3+還原[23]。因此，投加Fe3+將會(huì)改變微生物群落結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致側(cè)流磷回收系統(tǒng)中生物群落的物種豐富度和多樣性有所下降。

6 結(jié)論與展望

日趨嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)必將促使城鎮(zhèn)污水處理廠不斷提高除磷能力和磷回收效率。鐵鹽輔助生物除磷工藝因?yàn)閾碛谢瘜W(xué)和生物除磷的同時(shí)作用，能夠大幅提高污染物的去除效率，在污水處理行業(yè)有著廣泛的實(shí)際工程應(yīng)用前景。但在處理過(guò)程中鐵鹽將回流至生物反應(yīng)區(qū)，導(dǎo)致系統(tǒng)中碳磷比降低，同時(shí)也導(dǎo)致GAOs與PAOs在厭氧段產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，削弱微生物系統(tǒng)除磷的作用。而側(cè)流磷回收工藝可以利用增設(shè)的側(cè)流操作單元將回流污泥進(jìn)行發(fā)酵，生產(chǎn)VFA，實(shí)現(xiàn)最大程度的厭氧釋磷并進(jìn)行磷資源的回收。但由于在側(cè)流磷回收工藝中投加的Fe3+會(huì)改變微生物群落結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致微生物群落的物種豐富度和多樣性下降。因此，在實(shí)際處理過(guò)程中所需的投藥量仍然較大，要真正實(shí)現(xiàn)回收磷資源還有很大的研究空間。污水廠除磷效率低、資源浪費(fèi)大的問(wèn)題也沒(méi)有從根本上得到解決。很多新問(wèn)題需要進(jìn)一步探索，因此，有以下幾點(diǎn)建議：

1）污水中含有大量的微生物，包括細(xì)菌和微藻。近年來(lái)，Acinetobacter、Cyanobacteria和鐵還原菌的不同類(lèi)型都被用于污水除磷，但由于磷礦物在自然環(huán)境和實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮著許多積極作用，因此，還需要研究微生物與不同磷礦物的共生關(guān)系。

2）盡管側(cè)流磷回收工藝是一種有效除磷和回收磷的方法，但目前其后端回收物鳥(niǎo)糞石和藍(lán)鐵礦等形成的影響因素，特別是結(jié)晶機(jī)理還不清楚。因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可以進(jìn)一步優(yōu)化不同結(jié)晶產(chǎn)物分離純化的操作條件，提高磷資源回收產(chǎn)率。

3）建立污水廠藥劑投加動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型，探討在污水廠運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)負(fù)載條件下鐵鹽對(duì)系統(tǒng)除磷效率的控制，合理地預(yù)測(cè)和反饋污水處理系統(tǒng)中鐵、磷濃度的動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)污水廠節(jié)能降耗技術(shù)措施“落地”。參考文獻(xiàn)：

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（編輯 王秀玲）